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Unidade I REDES DE DADOS E COMUNICAÇÃO Prof. Me. Antônio Palmeira Conteúdo programático da disciplina Fundamentos de Comunicação de Dados Redes de Computadores Canal de Comunicação Padrões e Protocolos de Rede Camada Física Camada de Enlace Switching Redes sem Fio Conteúdo da Unidade I 1. Fundamentos de Comunicação de Dados 1.1 Sistema Básico de Comunicação 1.2 Tipos de Sistemas de Comunicação 2. Redes de Computadores 2.1 Elementos de uma Rede 2.2 Classificação das Redes 2.3 Topologias de Rede 2.4 Equipamentos de Rede Histórico das Redes de Comunicação Sinais de fumaça e pinturas nas cavernas. 1875 – Alexander Graham Bell inventou o primeiro sistema telefônico com transmissão elétrica inteligível da voz, por meio de fio, motivando diversos estudos, trabalhos e inovações em transmissão da informação. 1888 – Heinrich Rudolf Hertz apresenta o seu trabalho a respeito das propriedades das ondas eletromagnéticas e sua transmissão. 1893 – primeira transmissão de voz via rádio por meio de ondas eletromagnéticas na avenida Paulista (São Paulo), pelo padre Landell de Moura. Histórico das Redes de Comunicação 1897 – transmissão de sinais telegráficos sem fio por Guglielmo Marconi (1874-1937). 1898 – desenvolvimento de um sistema de comunicação de rádio para navios russos por Aleksander Stepanovich Popov. 1957 – lançamento do primeiro satélite artificial (Sputnik) pelos russos, proporcionando a comunicação de sinais de voz e de televisão. No final da década de 1960, a Agência de Projetos e Pesquisas Avançadas do Departamento de Defesa dos Estados Unidos criou a ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), considerada praticamente a primeira rede de computadores e precursora da internet. Sistema básico de comunicações Fonte: livro-texto Transmissor Receptor Usuário da Informação Canal Sinal RecebidoSinal Transmitido Fonte de Informação Tipos de sistemas de comunicação Sistema de telefonia fixa. Sistema de telefonia celular. Sistema de comunicação por fibras ópticas. Sistema de comunicação por rádio. Sistema de comunicação via satélite. Sinais da informação Sinais analógicos assumem infinitos valores em um espaço de tempo. Sinais digitais assumem valores definidos em um espaço de tempo. Fonte: livro-texto Características de um sinal analógico Amplitude: é o maior valor encontrado em um sinal analógico. Período: é o espaço de tempo em que o ciclo de uma onda se repete. Frequência: é a quantidade de ciclos (períodos) em um intervalo de tempo igual a um segundo; é, na verdade, o inverso do período e tem o seu valor dado em Hertz (Hz). Fase: é a posição da forma de onda em relação a um tempo igual a zero. Características de um sinal digital Assume apenas valores predefinidos. É mais adequado para as redes de computadores. O computador “compreende” apenas o que é digital, mais especificamente o que é binário, ou seja, dois valores: 0 (zero) e 1 (um). Cada algarismo que representa um número binário é chamado de bit. Assim, toda a realidade em volta de um sistema computacional é traduzida para bits e bytes (conjunto de oito bits). Transmissão de sinais Classifica-se em analógica ou digital. Pode ser executada de três modos diferentes: simplex, half-duplex e full-duplex. Também é possível classificar a transmissão como síncrona ou assíncrona. Transmissão simplex A transmissão simplex ocorre apenas de forma unidirecional, ou seja, obedece apenas a uma direção. Nesse modo, as duas pontas envolvidas no processo de comunicação executam os seus papéis bem definidos de transmissor ou receptor, sem qualquer inversão. Um bom exemplo é a transmissão de sinais de TV analógica ou de rádio AM e FM. Fonte: livro-texto Transmissão half-duplex A transmissão half-duplex ocorre de forma bidirecional e não simultânea, isto é, as duas pontas envolvidas no processo de comunicação exercem o papel de transmissor e receptor, mas isso não ocorre ao mesmo tempo. Um exemplo desse modo de transmissão é a comunicação de rádio tipo walkie-talkie. Fonte: livro-texto Transmissão full-duplex A transmissão full-duplex ocorre de forma bidirecional e simultânea, quer dizer, as duas pontas envolvidas no processo de comunicação transmitem e recebem simultaneamente. Um exemplo disso é o sistema de comunicação de telefonia móvel celular ou de telefonia fixa. Quando um dispositivo efetua transmissão e recepção, recebe o nome de transceptor. Fonte: livro-texto Interatividade Qual é o tipo de transmissão que ocorre apenas de forma unidirecional, ou seja, obedece apenas a uma direção? a) Transmissão duplex. b) Transmissão full-duplex. c) Transmissão simplex. d) Transmissão half-duplex. e) Transmissão isócrona. Transmissão síncrona e assíncrona A transmissão síncrona é a transmissão de informações de uma única vez, em blocos, determinada pelo sinal de clock de sincronismo. Isso significa que essas informações não podem ser transmitidas a qualquer momento pelo emissor, mas apenas no tempo fixado pelo relógio (clock) interno do receptor. A transmissão assíncrona, por sua vez, é aquela em que não há um controle por nenhum mecanismo de sincronização no receptor. As informações são enviadas, por exemplo, em sequências de um byte que contêm a indicação de início e fim de cada agrupamento. Principais processos de comunicação Modulação. Multiplexação. Codificação. Modulação É o processo pelo qual uma onda portadora é alterada segundo as características de um sinal que precisa ser transmitido a um destino. Na modulação, o sinal elétrico da informação modifica, pelo menos, um parâmetro da onda portadora: amplitude, frequência ou fase. A onda portadora modulada viaja no canal de comunicação, transportando os sinais da informação. Classificação da modulação Modulação analógica: ocorre quando os sinais analógicos da informação atuam sobre uma onda portadora também analógica. Modulação digital: ocorre quando uma portadora de pulsos interage com os sinais analógicos da informação. Multiplexação É o processo usado quando se deseja transmitir, em um único meio, sinais oriundos de diferentes fontes. É uma técnica que otimiza a infraestrutura de uma rede, permitindo que um único canal de comunicação seja compartilhado por vários outros simultaneamente. Classificação da multiplexação FDM (Frequency Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão de Frequência): é a divisão da frequência total de transmissão por canal em vários subcanais, em diversas frequências. Essa técnica é utilizada em sistemas de portadora analógica. TDM (Time Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão de Tempo): é a técnica mais adequada para a transmissão de sinais digitais, dividindo em canais, representados por espaços de tempo chamados de frames ou quadros. Os frames são divididos em slots que possuem um tamanho variável. Distúrbios em um canal de comunicação Interferência: sinal de origem humana que invade o canal de comunicação, atrapalhando e dificultando o processo de comunicação. Ruído: sinais aleatórios de origem natural que provocam efeitos indesejáveis nos canais de comunicação. Atenuação: perda de potência de um sinal ao se propagar por um canal de comunicação. Distorção: alteração da forma do sinal devido à atenuação imposta às diferentes frequências. Medidas de desempenho de um sistema de comunicação Taxade transferência – mede a quantidade de dados transferida no tempo. Essa taxa é, normalmente, medida a partir da quantidade de bits transmitidos em um segundo e pode ser representada pela unidade bps. Atraso (ou delay) – medida de tempo relacionada ao deslocamento da informação da origem (transmissor) até o destino (receptor). Ele é, normalmente, medido em milissegundos (ms = 0,001 s). Jitter – somar todos os atrasos encontrados nos pacotes de dados e dividi-los pelo número de pacote de dados. Medidas de desempenho de um sistema de comunicação Relação sinal-ruído – é a razão entre a potência transmitida de um sinal e o ruído encontrado na transmissão. Essa relação expressa as influências de um ruído em um processo de transmissão. Assim, quanto menor for a relação sinal-ruído, maior será o efeito indesejável no canal de comunicação. Tipos de sistema de comunicação Sistema de telefonia fixa. Sistema de telefonia celular. Sistema de comunicação por fibras ópticas. Sistema de comunicação por rádio. Sistema de comunicação via satélite. Sistema de telefonia fixa Considerado um dos mais antigos e populares sistemas de comunicação, o sistema de telefonia fixa é destinado à comunicação de sinais de voz por meio de todo o aparato de telecomunicações, que inclui centrais telefônicas, cabos metálicos, aparelhos telefônicos, entre outros equipamentos. Desde a sua implementação, a ideia é propiciar a comunicação entre assinantes de um serviço provido por uma operadora ou concessionária de serviços de telecomunicações. Sistema de telefonia fixa Fonte: livro-texto Interatividade Qual é o nome dado ao processo pelo qual uma onda portadora é alterada segundo as características de um sinal que precisa ser transmitido a um destino? a) Modulação. b) Multiplexação. c) Codificação. d) Simplificação. e) Comutação. Sistema de telefonia celular O sistema de telefonia celular é caracterizado pela construção de uma rede de comunicações baseada na divisão de uma região em células. Em cada célula, encontra-se uma Estação Rádio Base (ERB) que possibilita a comunicação do terminal móvel (telefone celular). Os tipos mais comuns de célula são as omnidirecionais e as setorizadas. As células omnidirecionais são constituídas por uma ERB com antenas que irradiam sinais em todas as direções. As células setorizadas são constituídas por uma ERB com várias antenas diretivas, oferecendo cobertura em toda uma área. Sistemas de comunicação por fibras ópticas O sistema de comunicação por fibras ópticas consiste na transmissão de um feixe de luz modulado pela informação que se pretende transmitir. Esse feixe é gerado por um transmissor óptico (fonte de luz) e é recebido por um receptor óptico (detector). O transmissor óptico pode operar com um dos dois tipos de fonte: LED ou laser. O laser é mais apropriado por oferecer um sinal de maior potência luminosa e menor largura espectral. O LED possui menor eficiência de acoplamento e muito mais ruído na transmissão. Sistemas de comunicação por rádio Nos sistemas de comunicação por rádio, o meio de propagação é o ar. Sinais eletromagnéticos são gerados e propagam-se carregando consigo os bits. Podemos classificar os sinais de rádio em duas categorias: os de pequeno alcance, de poucos metros a algumas centenas, e os de longo alcance, que podem alcançar algumas dezenas de quilômetros. Nos sistemas de comunicação por rádio, a antena é um dos principais componentes. Ela é um transdutor de energia elétrica para energia eletromagnética. Sistemas de comunicação via satélite Nos sistemas de satélite, as informações são recebidas de uma estação em terra, que usando um repetidor envia, em outra faixa de frequência, o sinal a outra estação em solo – tudo com taxas de transferência que podem atingir gigabits por segundo. O satélite, desse modo, funciona com um repetidor, regenerando os sinais e transmitindo-os para locais extremamente distantes das estações em terra que os geraram. Podemos classificar os satélites quanto à sua altitude e, por conseguinte, quanto à sua órbita, que nada mais é que a sua posição no espaço ao redor da Terra, podendo ser elíptica ou circular. Vantagens e desvantagens na comunicação via satélite As principais vantagens da comunicação via satélite são: Grande e considerável largura de banda. Cobertura de extensas áreas geográficas. Usuários com as mesmas possibilidades de acesso. Superação de obstáculos. Entre suas principais desvantagens estão: Vultosos investimentos iniciais. Pequena vida útil. Dificuldades e custos altos com manutenção. Necessidade de um veículo de lançamento. Sistema de telefonia celular Fonte: livro-texto Histórico da tecnologia de comunicação móvel celular 1ª geração (1G – geração analógica): terminais móveis operavam com um sistema de transmissão analógica, utilizando uma técnica conhecida como FDMA, que determinava uma frequência específica para cada usuário da rede. 2ª geração (2G): os telefones celulares passaram a ser conhecidos como telefones digitais; a voz era digitalizada no transmissor e enviada na forma de zeros e uns. Geração 2,5 (2,5G): a principal característica foi a elevação das taxas de transferência de dados, conseguida graças à comutação por pacotes, até então nunca utilizada na telefonia móvel celular. Histórico da tecnologia de comunicação móvel celular 3ª geração (3G): considerada um marco no uso da banda larga móvel, elevaram ainda mais as taxas de transferência. 4ª geração (4G): encontram-se as tecnologias que fizeram a migração de toda a comunicação de dados e voz para as redes TCP/IP, provendo uma velocidade de conexão de mais de 100 Mbps para usuários em movimento e quase 1Gbps para usuários parados. O principal conjunto de tecnologias 4G é o LTE (Long Term Evolution), adotado por operadoras no Brasil. Redes de computadores Uma rede é um conjunto de módulos processadores capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação (meios de transmissão e protocolos). Uma rede de computadores baseia-se nos princípios de uma rede de informações, que, por meio de hardware e software, torna-a mais dinâmica para atender suas necessidades de comunicação. A evolução dessas redes é constante, ampliando a capacidade de comunicação e favorecendo as interações sociais, comerciais, políticas e pessoais. Elas mudam rapidamente para acompanhar a transformação da rede global. Composição das redes de computadores Protocolos – regras que os dispositivos de rede usam para se comunicar. Meios de comunicação – meios de transporte que permitem a transmissão de dados. Também são conhecidos como canais de comunicação. Mensagem – aquilo que se deseja transmitir entre a origem e o destino. Dispositivos – elementos responsáveis pela transmissão, recepção e encaminhamento de dados. Protocolos Podem ser considerados como acordos ou regras que regem os processos de comunicação de dados. Eles, normalmente, são criados em um contexto descrito por um modelo ou padrão, não operando de maneira isolada, mas totalmente interligados, formando uma pilha de protocolos. Em redes de computadores, os principais modelos que agrupam protocolos são os modelos OSI e TCP/IP. Tipos de protocolo quanto ao sincronismo Assíncronos: definem formas de transmissão entre duas pontas que não operam de maneira sincronizada. Desse modo, os caracteres são transmitidos em intervalosde tempo diferentes. Síncronos: definem formas de transmissão síncrona, ou seja, ocorre um sincronismo no processo de comunicação, a partir de um sinal de clock. Esses protocolos podem ser classificados como orientado a caractere e orientado a bit. Isócronos: definem formas de transmissão que utilizam bits de start/stop a fim de delimitar caracteres, ou seja, o processo de comunicação de dados não obedece a um tempo padrão. Interatividade Qual das alternativas a seguir não se configura como uma vantagem da comunicação via satélite? a) Grande e considerável largura de banda. b) Cobertura de extensas áreas geográficas. c) Usuários com as mesmas possibilidades de acesso. d) Superação de obstáculos. e) Grande vida útil. Classificação das redes de computadores quanto à abrangência LAN (Local Area Network): rede relativamente pequena de computadores, de abrangência limitada. MAN (Metropolitan Area Network): rede de alta velocidade composta de LANs em uma mesma região metropolitana. WAN (Wide Area Network): rede que conecta LANs situadas em diferentes áreas metropolitanas. Classificação das redes de computadores quanto ao modelo computacional Processamento centralizado – caracterizava-se pela existência de um computador central com grande capacidade de processamento, interligado a diversos outros computadores sem qualquer capacidade de processamento, conhecidos como terminais burros. Computação distribuída – cada máquina tem o seu próprio poder de processamento. É possível subdividi-las em: Cliente-servidor são caracterizadas pela presença de um servidor, que controla e compartilha os recursos das redes. Ponto a ponto, não temos a presença de servidores, de modo que qualquer computador pode se comportar como servidor ou como cliente. Arquitetura de redes Uma arquitetura de rede é um meio de descrever o projeto lógico de uma rede de computadores. Ela apresenta os meios tecnológicos que sustentam a infraestrutura, os serviços e os protocolos de rede. As características abordadas pela arquitetura são: tolerância a falhas, escalabilidade, qualidade de serviço e segurança. Tipos de arquitetura de redes Cliente-servidor: é caracterizada pela existência do controle e gerenciamento central de recursos em servidores. Ponto a ponto: é uma arquitetura em que qualquer computador pode atuar tanto como servidor quanto como cliente. Topologias de rede Topologia física: descrição da configuração dos meios físicos que interconectam os dispositivos em uma rede. Topologia lógica: define o modo como os dispositivos se comunicam e os dados se propagam na rede. Topologias físicas de rede Topologia física em estrela: todos os componentes estão interligados a um equipamento concentrador, que é o núcleo central de uma rede. Nas redes locais modernas, é muito comum o uso dessa topologia, em que o equipamento concentrador é, normalmente, um hub ou um switch. Topologia física em barramento: cada um dos componentes está interligado a um barramento físico – por exemplo, um cabo coaxial, muito utilizado como barramento de redes locais. Topologia física em anel: há um meio físico interligando os componentes um por um, formando um anel físico. A grande fragilidade dessa rede está no ponto de falha que cada componente representa. Topologias lógicas de rede Topologia lógica em barramento: utiliza o método de contenção, que é um processo de acesso ao canal de comunicação com acesso múltiplo e verificação de portadora. A maior parte das redes locais opera com essa topologia e esse método porque trabalha com a tecnologia Ethernet. Topologia lógica em anel: utiliza o método de acesso controlado, de forma que os dispositivos podem utilizar o canal de comunicação de modo controlado e revezado. Nesse método, usa-se o processo de passagem do token – esse é passado entre os dispositivos de forma que seus detentores momentâneos possam utilizar o meio físico. Equipamentos de rede São os elementos responsáveis pela transmissão, recepção e encaminhamento de dados. Para o funcionamento de uma rede, são necessários dispositivos que permitam o transporte de dados e uma comunicação adequada entre os diversos equipamentos. Eles estão divididos em: dispositivos finais e dispositivos intermediários. Dispositivos finais Os dispositivos finais de rede (também chamados de hosts) são aqueles que estão mais próximos das pessoas. Esses dispositivos formam a interface entre os usuários e a rede de comunicação subjacente. Um dispositivo de host é a origem ou o destino de uma mensagem transmitida pela rede. São exemplos de dispositivos finais: computadores, impressoras de rede, telefones VoIP, terminais de videoconferência, câmeras de segurança e dispositivos móveis. Dispositivos intermediários Os dispositivos intermediários são os que se interconectam a dispositivos finais, fornecendo conectividade, e funcionam em segundo plano para garantir que os dados fluam pela rede. Esses dispositivos conectam os hosts individuais à rede e podem conectar várias redes individuais para formar uma rede interconectada. Os dispositivos intermediários podem ser classificados em: de acesso à rede (switches e pontos de acesso sem fio), de interconexão (roteadores) e de segurança (firewalls). Interatividade Qual dos dispositivos a seguir não se trata de um dispositivo final? a) Computadores. b) Roteadores. c) Impressoras de rede. d) Telefones VoIP. e) Terminais de videoconferência. ATÉ A PRÓXIMA! Unidade II REDES DE DADOS E COMUNICAÇÃO Prof. Me. Antônio Palmeira Conteúdo da Unidade II 3. Canal de Comunicação 3.1. Conceito e características dos Canais de Comunicação 3.2. Tipos de Canais de Comunicação 3.3. Distúrbios nos canais de comunicação 4. Padrões e Protocolos de Rede 4.1. Padrões internacionais 4.2. Modelo OSI 4.3. Modelo TCP/IP 4.4. Protocolos de Comunicação de Dados Meios físicos Os meios físicos de rede, também conhecidos como canais de comunicação, são os meios de transporte que permitem a transmissão de dados. Esses meios são peças fundamentais no processo de comunicação nas redes de computadores. Por isso que, em sua determinação, é necessária a adoção de critérios como: velocidades suportadas, imunidade a ruído, taxa de erros, disponibilidade, confiabilidade, atenuação e limitação geográfica. Classificação dos meios físicos Meios físicos confinados são os cabos coaxiais, de pares metálicos e as fibras ópticas. Meios físicos não confinados são os que utilizam comunicação sem fio, por exemplo: comunicação via satélite, enlaces de micro-ondas, bluetooth e radiodifusão de um modo geral. Cabeamento estruturado Ao trabalhar com meios físicos confinados em redes locais (LAN), é necessário seguir um conjunto de normas que visa a estruturar melhor o projeto de meios físicos. As principais normas utilizadas são as editadas pelas organizações EIA (Electronic Industries Alliance) e TIA (Telecommunications Industry Association). Quando esses padrões são seguidos, afirma-se que o cabeamento utilizado é estruturado. Objetivos do cabeamento estruturado Implementar um padrão genérico para ser seguido por fornecedores diferentes dos cabos de telecomunicação. Estruturar um sistema intrapredial e interpredial com produtos de fornecedores distintos. Estabelecer critérios técnicos de desempenho para sistemas de cabeamento diferentes. Subsistemas do Cabeamento Estruturado Cabeamento horizontal: interconexão entre a área de trabalhoe a sala de telecomunicação. É composto de cabos, terminações mecânicas, patch cords e ponto de consolidação ou saída para múltiplos usuários. Cabeamento vertical: interconexão entre a sala de telecomunicação, a sala de equipamentos e a entrada de serviço. É composto de conexões cruzadas, terminações mecânicas e patch cords. Cabo coaxial Foi o primeiro tipo de meio físico de rede empregado em uma LAN. Esse cabo é utilizado para comunicações de vídeo. É constituído por um fio de cobre condutor, revestido por uma camada com um material isolante coberto por uma blindagem de alumínio ou cobre para proteger o fio de interferências externas. Com essa composição, é mais indicado para longas distâncias, suportando velocidades de megabits por segundo sem a necessidade de regeneração do sinal. Os principais tipos de cabo coaxial dividem-se em cabos coaxiais finos e cabos coaxiais grossos. Cabo coaxial fino O cabo coaxial fino foi utilizado no início das redes locais com topologia em barramento; com o desenvolvimento das topologias em anel e estrela, porém, ele passou a ser substituído pelos cabos UTP (Unshielded Twisted Pair). Foi padronizado pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) como 10Base2 e é, muitas vezes, descrito como RG-58, com uma impedância de 50 ohms. Utilizando o cabo coaxial fino é possível chegar ao comprimento máximo de 185 m, com trinta conexões e uma taxa de transferência de 10 Mbps. Para conectá-lo a um computador, é necessária a utilização de um conector chamado BNC T. Cabo coaxial grosso É usado em redes de computadores industriais com distância superior a 200 m ou quando há grande incidência de interferências eletromagnéticas. Também foi utilizado na transmissão de voz e imagens analógicas e em backbones em virtude do alto custo das fibras ópticas. As suas principais características são: velocidade máxima de transmissão de 10 Mbps; alcance máximo do cabo de 500 m; comporta até cem computadores no barramento, com distância entre as estações de 2,5 m ou múltiplos; aplicado em rede Ethernet ou Token Ring; possui uma impedância de 75 ohms devido à dupla blindagem. Vantagens dos cabos coaxiais Blindagem que habilita o cabo a alcançar distâncias maiores que os cabos de pares trançados metálicos. Pode ser utilizado na transmissão em banda larga. Considerável maior imunidade a ruídos em comparação com os cabos de pares trançados metálicos. Desvantagens dos cabos coaxiais As características construtivas deste cabo não permitem flexibilidade o suficiente, além de apresentar o defeito de “mau-contato”. Dificuldades no lançamento e passagem deste cabo. Funciona em topologia física em barramento, onde caso o cabo quebre ou apresente mau-contato toda a rede pode ficar fora de operação. Interatividade Qual das opções a seguir não pode ser considerado um meio físico confinado? a) Cabo coaxial grosso. b) Cabo de par trançado. c) Fibra óptica. d) Ar. e) Cabo coaxial fino. Cabo de par trançado O cabo de par trançado é composto por 1, 2 ou 4 pares de fios enrolados de dois em dois formando uma camada isolante. Essa medida mantém as suas propriedades elétricas ao longo do fio e reduz o nível de interferência eletromagnética. São encontrados em redes domésticas e corporativas interligando dispositivos de rede. Sua transmissão suporta sinais analógicos ou digitais e sua largura de banda é de 10/100/1000 Mbps que pode variar conforme o meio onde está inserido. Há cabos UTP que alcançam a velocidade de 10 Gbps sendo utilizados em backbones interligando roteadores em redes distintas. Cabos de pares trançados sem blindagem Os cabos de pares trançados sem blindagem são conhecidos como cabos UTP e são constituídos de quatro pares de fios enrolados revestidos com uma capa de plástico – PVC. É um dos cabos mais utilizados, principalmente o de categoria 5e, devido à facilidade de manuseio, baixo preço, transmissão de dados de até 100 Mbps a uma distância máxima de 100 metros. Utiliza conectores com oito contatos, conhecido por conector RJ-45. Como desvantagem esse cabo pode sofrer interferências eletromagnéticas externas quando instalado próximos a fios de rede elétrica e motores, por exemplo. Cabos de pares trançados blindados Os cabos de pares trançados com blindagem, como o próprio nome sugere, possuem uma blindagem além da cobertura de plástico em seus pares. Essa blindagem é uma capa metálica com imunidade a ruídos que é instalada em cada par. O custo desse cabo é mais elevado sendo indicado para ambientes com interferência eletromagnética. Categorias de cabos de pares trançados Categoria 1: são os cabos telefônicos utilizados para o tráfego de voz, mas não dados. Categoria 2: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 4Mbps. Possui 4 pares de fios. Foi muito utilizado em redes que seguem o padrão token ring. Categoria 3: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 16 Mbps. Possui 4 pares de fios. Foi utilizado nas primeiras redes ethernet com 10 Mbps. Categoria 4: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 20 Mbps. Possui 4 pares de fios. Foi muito utilizado em redes token ring. Categorias de cabos de pares trançados Categoria 5: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 100 Mbps. Possui 4 pares de fios. Categoria 5e: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 1 Gbps. Possui 4 pares de fios. Visualmente não possui diferença. Categoria 6: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 10 Gbps. Possui 4 pares de fios. Categoria 7a: certifica cabos de pares trançados com blindagem, permitindo velocidade de até 40 Gbps. Fibras ópticas Por meio das fibras ópticas, os dados são transportados na forma de sinais luminosos – fótons. É um meio seguro de transmitir os dados, pois não transportam sinais elétricos, minimizando problemas de segurança e de ruídos/interferência. A transmissão nas fibras ópticas ocorre sob o princípio da reflexão da luz através de aparelhos que transformam sinais elétricos em pulsos de luz – fótons. Cada fóton representa um código binário, 1 ou 0. Constituição das fibras ópticas É constituído de material dielétrico, em geral muito fino de sílica ou vidro, transparente flexível e de dimensões reduzidas, além de ter em sua construção mais três elementos: Núcleo central de vidro – ocorre a transmissão da luz que possui alto índice de refração. Casca – material de vidro que serve de camada para envolver o núcleo com índice de refração inferior. Revestimento – cobertura de plástico fino para proteger o revestimento interno. Vantagens das fibras ópticas Imune a interferências eletromagnéticas: essa característica permite a instalação em ambientes com ruídos e próximos a cabos elétricos. Alcance a grandes distâncias: devido à baixa atenuação e a baixa taxa de erro permite alcançar distância de 100Km. Alta velocidade: operam na casa dos Terabytes. Fiber to the home (FTTH) Fiber To The Home ou simplesmente FTTH é uma tecnologia capaz de transmitir telefonia, TV digital e internet com alta velocidade. Esse meio, até pouco tempo atrás, era utilizado ou como ponto de acesso aos backbones das prestadoras de telecomunicações ou para usuários de grande porte, como empresas e indústrias. No FTTH, as taxas chegam à ordem dos gigabits, mas usualmente utilizam-se entre 100 e 500 Mbps. Hoje é crescente a oferta de FTTH nas grandes capitais com taxas similares a essas. Canal de comunicação derádio No canal de comunicação de rádio a informação é transportada por meio das ondas eletromagnéticas. Estas ondas são irradiadas por antenas transmissoras em uma determinada frequência e captadas por uma antena receptora dentro da mesma frequência. A antena é um elemento de grande importância na transmissão de um sinal de radiofrequência e sua instalação tem que ser sempre bem considerada. A antenas podem ser classificadas de acordo com as propriedades físicas; a frequência ou comprimento; a direção de variação, com relação ao sentido de propagação. Distúrbios nos canais de comunicação Interferência – sinal de origem humana que invade o canal de comunicação atrapalhando e dificultando o processo de comunicação. Ruído – sinal aleatório de origem natural que provoca efeitos indesejáveis nos canais de comunicação. Atenuação – perda de potência de um sinal ao se propagar por um canal de comunicação. Distorção – alteração da forma do sinal, devido à atenuação imposta às diferentes frequências. Distúrbios específicos do canal de comunicação de rádio Atenuação no espaço livre. Perdas por vegetação e obstáculo. Efeito das ondas multipercurso. Ação da chuva. Efeito doppler. Formação de dutos no percursos da onda. Interatividade Qual das categorias de cabos a seguir opera na velocidade de 100 Mbps? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5e Padrões Os padrões de facto são aqueles que não foram reconhecidos por uma organização ou comitê ao serem lançados por uma pessoa ou comunidade. Os padrões de jure são protocolos reconhecidos legalmente ou por organizações. Organizações Padronizadoras IEEE (Institute of Electrical and Eletronics Engineers). ANSI (American Nacional Standars Organization). ISO (Internacional Organization for Standardization). ITU- T (Internacional Telecomunication Union). IEC (Internacional Eletrotechnical Commission). EIA (Eletronic Industries Alliance). Modelo OSI Este modelo de redes foi desenvolvido entre o final da década de 1970 e o ano de 1984, a fim de interconectar sistemas abertos e segmentar a “problemática” das redes de computadores em camadas. O OSI foi criado pela ISO (Internacional Organization for Standardization) que é uma das maiores organizações internacionais de padronização, atuando em diversas áreas de desenvolvimento tecnológico. A ISO é constituída por diversas organizações de diferentes países. Benefícios trazidos pelo modelo OSI Auxilia na elaboração do protocolo. Estimula a competição. Impede que mudanças em uma camada afetem outras. Prover uma linguagem comum. Camadas do modelo OSI Fonte: Livro-texto. Camadas do modelo OSI Camada 7 (Aplicação): comunicação do usuário por meio de aplicativos. Camada 6 (Apresentação): formatação dos dados. Camada 5 (Sessão): estabelecimento, gerenciamento e encerramento de sessões. Camada 4 (Transporte): transporte das informações. Camada 3 (Rede): endereçamento lógico e roteamento. Camada 2 (Enlace): endereçamento físico e comutação. Camada 1 (Física): padrões físicos. PDU das camadas do modelo OSI Camada 7 – Dados. Camada 6 – Dados. Camada 5 – Dados. Camada 4 – Segmento. Camada 3 – Pacote. Camada 2 – Quadro. Camada 1 – Bit. Camadas superiores do modelo OSI Camada de aplicação – fornece a interface entre as aplicações que utilizamos para a comunicação e a rede subjacente pela qual nossas mensagens são transmitidas. Camada de apresentação – responsável pela sintaxe e semântica dos dados transmitidos, bem como pela conversão e formatação dos dados. Camada de sessão – responsável pelo estabelecimento, gerenciamento e finalização de sessões entre a entidade transmissora e a receptora. Camada de transporte do modelo OSI Habilita a comunicação de múltiplas aplicações na rede ao mesmo tempo em um único dispositivo. Assegura que, se necessário, todos os dados sejam recebidos confiavelmente e em ordem pela aplicação correta, empregando mecanismos de tratamento de erros. Os principais tipos de transporte são: orientado a conexão e não orientado a conexão. Camada de rede do modelo OSI É a camada 3 do modelo OSI, conhecida também por camada da internet no modelo TCP/IP. É responsável pelo endereçamento lógico dos dispositivos de rede e é responsável pelo roteamento dos pacotes. O primeiro propósito desta camada é o endereçamento lógico, também conhecido como endereço IP, que é um número formado por 32 bits que identificam a rede e o host. É também nessa camada que ocorre o roteamento, que é o processo de determinação do melhor caminho. Pode ser classificado em: estático (configurado manualmente pelo administrador de redes) e dinâmico (configurado por meio de um protocolo de roteamento). Interatividade Qual das organizações a seguir desenvolveu o modelo OSI? a) IEEE (Institute of Electrical and Eletronics Engineers). b) ANSI (American Nacional Standars Organization). c) ISO (Internacional Organization for Standardization). d) ITU- T (Internacional Telecomunication Union). e) IEC (Internacional Eletrotechnical Commission). Modelo TCP/IP O Modelo TCP/IP, também conhecido como Modelo DoD (Departamento de Defesa Norte-americano), foi criado para atender a necessidade de criação da Rede de Computadores da ARPA (Agência de Pesquisas e Projetos Avançados Do Departamento de Defesa). É um modelo aberto e relativamente simples concebido como projeto em 1970, que traduz toda a problemática das redes em quatro camadas: camada de aplicação, camada de transporte, camada da internet e camada de acesso a rede. Modelo TCP/IP Fonte: Livro-texto. Camadas do Modelo TCP/IP Camada de aplicação – conhecida como camada de processo, lidando com aplicativos e dispositivos de origem e destino, sendo a camada mais próxima do usuário. Camada de transporte - conhecida como camada de host-a- host, gerenciando o fluxo de informações entre dispositivos, gerenciando o tipo de transmissão (orientada ou não orientada a conexão). Camada de internet – executa o processo de roteamento de pacotes e endereçamento lógico. Camada de acesso à rede – responsável por gerenciar a transmissão da informação no meio físico. Comparação Modelos OSI e TCP/IP Fonte: Livro-texto. Protocolos de Internet (IP) Responsável pelo encapsulamento dos segmentos camada de transporte. Possui baixo overhead (cabeçalho) e é sem conexão, utilizando o serviço de “Melhor Esforço”, além de opera independente do meio físico. A versão 4 mais utilizada nos dias de hoje. No entanto a versão 6 já está fortemente propagada pela Internet. Versões 4 e 6 do IP Na versão 4 possui um endereço de 32 bits agrupados em grupos de 8 denominados octetos. Um endereço IP possui 4 octetos composto por duas porções: host e rede. A versão 6 nasceu em meados de 1990, no entanto o padrão foi publicado em 1998. Surgiu devido ao esgotamento da quantidade de endereços IP disponíveis na versão 4. A versão 6 aumentou o número de endereços IP válidos de 4 bilhões para mais de 134 trilhões. A quantidade de bits aumentou de 32 bits para 128 bits. O endereço IP na versão 6 é representado por números hexadecimais. Protocolos de transporte Os principais protocolos que operam na camada de transporte são: User Datagram Protocol (UDP). Transmission Control Protocol (TCP). User Datagram Protocol (UDP) É um protocolo de transporte não orientado a conexão (ou sem conexão), que tem uma grande preocupação com a velocidade natransmissão da informação. É um protocolo de melhor esforço, ou seja, segmentos UDP podem ser perdidos ou entregues à aplicação fora de ordem. É muito utilizado para aplicações de meios contínuos (voz, vídeo), que são tolerantes a perdas e sensíveis à taxa de transmissão, assim como todas as aplicações isócronas (aplicações que precisam reproduzir-se na mesma taxa com que foram geradas). Transmission Control Protocol (TCP) Diferentemente do UDP, é um protocolo que preza que qualidade no transporte. É um protocolo orientado a conexão, que executa processos como o janelamento, controle e correção de erros, retransmissão de dados perdidos, segmentação de forma organizada, dentre outros. Interatividade Qual das opções a seguir não é uma camada do modelo TCP/IP? a) Aplicação. b) Física. c) Internet. d) Acesso à rede. e) Transporte. ATÉ A PRÓXIMA! Unidade III REDES DE DADOS E COMUNICAÇÃO Prof. Me. Antônio Palmeira Conteúdo da Unidade III 5. Camada física 5.1 Padrões de Camada Física 5.2 Sinalização e Codificação 5.3 Multiplexação e Modulação 5.4 Interfaces e Conexões 6. Camada de enlace 6.1 Funcionalidades da Camada de Enlace 6.2 Padrões da Camada de Enlace 6.3 Ethernet Camada física É responsável por definir os meios físicos utilizados nos enlaces para transporte dos bits, além de todos os padrões mecânicos e elétricos que o cercam. Essa camada recepciona os quadros oriundos da camada de enlace e os transforma em bits. Esses bits são codificados e passam por alguns outros processos, até que sejam transmitidos no meio físico e cheguem até o receptor em seu destino. Padrões de camada física Existem padrões de camada física para redes WAN e para redes LAN. Mencionando redes WAN, definem-se as interfaces de conexão utilizadas nas duas pontas (lado do provedor do serviço e lado do cliente). Sobre redes LAN, definem-se as conexões locais e os padrões de conexão com os meios físicos. Seja para WAN, ou seja, para LAN, a definição desses padrões é de grande importância, justamente por ser esse, praticamente, o primeiro passo na implementação de redes de computadores. Padronizadores da camada física International Organization for Standardization (ISO). Associação de Indústrias de Telecomunicações/Associação de Indústrias Eletrônicas (TIA/EIA). International Telecommunication Union (ITU). Instituto Nacional de Padronização Americano (ANSI). Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Autoridades regulatórias nacionais de telecomunicações, incluindo a Comissão Federal de Comunicações (FCC) nos EUA e o Instituto Europeu de Padrões de Telecomunicações (ETSI). Códigos de sinais elétricos digitais A transmissão das informações utilizando sinais elétricos encontrou a melhor solução na representação da base binária, ou seja, por meio dos bits. O sinal elétrico pode apresentar dois valores de tensão elétrica (popularmente conhecido por voltagem), representados pelos dígitos 0 ou 1, sendo assim chamado de sinal elétrico digital. Esses sinais digitais possibilitam a utilização de esquemas de codificação de uma maneira mais simples que os sinais analógicos. Sinalização e codificação Sinalização é o método utilizado para representar bits. Codificação é a conversão de um conjunto de bits de dados em um código predefinido. Códigos e codificação de sinais Os códigos representam um grupo de bits usados como um padrão previsível e reconhecível por transmissor e receptor. Os códigos da camada física fornecem grupos de bits que contém dados e grupos de bits de controle. A ideia principal que rodeia a codificação é transformar uma mensagem digital em uma nova sequência de símbolos para a transmissão. Na recepção ocorre um processo de decodificação. Codificação NRZ (Não Retorna ao Zero) Fonte: livro-texto Codificação Manchester Fonte: livro-texto Código MLT-3 Fonte: livro-texto Interatividade Qual dos processos de codificação trabalha com transições de subida e descida? a) NRZ. b) RZ. c) Manchester. d) HD3. e) TRZ. Multiplexação A multiplexação é um processo que ocorre na camada física quando se é necessário transmitir, por um único sinal portador, diversos sinais originados de diferentes fontes de informação. A operação inversa que ocorre na recepção é chamada de demultiplexação. Os equipamentos que executam esse tipo de processo de multiplexação e demultiplexação são, respectivamente, chamados de MUX e DEMUX. Diagrama em blocos em um sistema multiplexado Fonte: livro-texto Tipos de multiplexação Na multiplexação por divisão de frequência, utiliza-se uma banda de frequência, chamada de banda base dos canais multiplexados. Essa banda é dividida em sub-bandas que são chamadas de canais multiplexados, em que cada um transmite e recebe, ao mesmo tempo, em uma frequência diferente. Na multiplexação por divisão de tempo, o tempo da transmissão é subdividido em pequenos espaços de tempo, em que cada um dos canais multiplexados transmite em seu tempo específico. Como os espaços de tempo, destinados a cada um dos canais, são extremamente pequenos e a sua ocupação é revezada, tem-se a sensação que a transmissão e a recepção são ao mesmo tempo. Modulação A modulação é um processo que consiste na transformação de um sinal portador (onda portadora) a partir das informações contidas no sinal de informação que se deseja transmitir (sinal modulador ou modulante). O resultado desse processo é a criação de um sinal modulado que será injetado no canal de comunicação. Modulação em banda base em banda larga Modulação em banda base – ocorre uma conversão dos elementos sinalizadores em níveis de tensão elétrica ou sinais luminosos. Esse processo é conhecido também como modulação digital. Modulação em banda larga – utiliza-se a portadora analógica e modifica-se de acordo com os bits e as informações que se desejam transmitir. Tipos de modulação Modulação analógica – nessa modulação, a portadora, o sinal modulante e o sinal modulado são analógicos. Um bom exemplo é o sistema de comunicação de rádio AM e FM. Modulação digital – nessa modulação, a portadora e o sinal modulado são analógicos e o sinal modulante é digital (binário). Bons exemplos são encontrados na telefonia celular digital e nas transmissões em banda larga. Modulação por pulsos – nessa modulação, a portadora e o sinal modulado são digitais e o sinal modulante é analógico. Bons exemplos são encontrados na telefonia digital convencional. Placas de rede Elas funcionam como um transceptor que transmite sinais codificados nas redes LAN. Por meio de sua interface, os hosts conseguem acessar os meios das redes que adotam o padrão Ethernet, por exemplo. As principais interfaces encontradas nas placas de rede são: BNC – utilizado para cabos coaxiais finos. AUI – utilizado por transceptores externos, as placas de rede que utilizam cabos coaxiais grossos. Conector óptico – utilizado quando o meio físico é a fibra óptica. 8P8C (RJ-45) – utilizado por cabos de pares trançados. Modens É um dos principais dispositivos de camada física para atender padrões de conexões de redes WAN. Os modens são conectados a computadores ou roteadores para que eles tenham acesso a uma WAN. O nome modem significa MOdulador e DEModulador, ou seja, na transmissão, o modem opera como um modulador, em que o sinal digital binário é modulado em uma portadora analógica. De forma inversa, na recepção,o modem se comporta como um demodulador, retirando sinais digitais de sinal analógico. Modens externos Os modens externos são interligados por interfaces seriais, dentre elas: Interfaces RS-232 de 25 e 9 pinos – conexão entre modens e computadores diretamente. Interfaces RS-232 (DB-25) – conexão entre modens e roteadores e outros tipos de dispositivos de WAN. Interface V.35 – conexão de 34 pinos entre modens e roteadores e outros tipos de dispositivos de WAN. Sinalizações do modem TXD – led identificado com o número 103 que indica a presença de bits de dados para transmissão. RXD – led identificado com o número 104 que indica a presença de bits de dados para a recepção. CD – led identificado com o número 109 que indica a presença de portadora na linha de transmissão. MR – indica que o modem está pronto para operação. RTS – indica a requisição de envio. TST – indica que o modem está em teste. Interatividade Qual é o processo que ocorre na camada física quando se é necessário transmitir, por um único sinal portador, diversos sinais originados de diferentes fontes de informação? a) Modulação. b) Codificação. c) Sinalização. d) Multiplexação. e) Transmissão. Camada de enlace A camada de enlace assegura que os dados sejam transmitidos ao equipamento apropriado e faz a “ponte” entre a camada superior (Rede) e a camada inferior (Física), tornando possível a transmissão por meio de meios físicos diversos. A camada de enlace formata a mensagem em frames e adiciona um cabeçalho próprio contendo, entre outras informações, o endereço de hardware (MAC address) da máquina transmissora e da destinatária. Tratamento de erros na camada de enlace Erros são causados por atenuação do sinal e por ruído. O receptor é capaz de detectar a presença de erros. Após essa detecção, o receptor sinaliza ao remetente para retransmissão ou simplesmente descarta o quadro em erro. Correção de erros é o mecanismo que permite que o receptor localize e corrija o erro sem precisar da retransmissão. Técnicas de detecção de erros Verificações de paridade. Métodos de soma e verificação. Verificações de redundância cíclica (CRC). Enquadramento na camada de enlace A PDU da camada de enlace é o quadro. Os pacotes da camada de rede são encapsulados em quadros. Padrões e protocolos de baixo nível Tanto a camada de enlace, quanto a camada física são controladas por protocolos de baixo nível, ou seja, com grande influência do hardware de redes, diferente das camadas de 3 a 7 que são praticamente controladas por software. Dentre os principais padrões e protocolos de baixo nível é possível citar para redes LAN: ethernet, wifi (802.11), token ring, FDDI. Para redes WAN é possível citar: LAP-B, Frame Relay, ATM, PPP, HDLC. Tecnologias e padrões de camada de enlace para LAN Ethernet – padrão adotado na maior parte das redes locais do mundo, além de ser também utilizado em redes metropolitanas, conhecidas como redes Metro Ethernet. Funciona como um método de acesso ao meio por contenção que permite que hosts compartilhem o meio físico, além de definir especificações paras as camadas física e de enlace. Wifi (IEEE 802.11) – mais popular padrão para redes sem fio, operando na camada de enlace e física do modelo OSI. Esse padrão determina como se recebem os pacotes dos protocolos de alto nível e se encapsulam em quadros para serem transmitidos via ondas eletromagnéticas. Tecnologias e padrões de camada de enlace para LAN Token Ring – criado pela IBM para fazer frente ao crescimento do padrão ethernet. Embora algumas organizações ainda possuam arquiteturas de redes montadas em token ring, esse padrão é praticamente obsoleto e caiu em desuso, com exceção a redes de computadores de grande porte conhecidos como mainframes. FDDI (Fiber Data Distributed Interface) – foi um dos primeiros em redes LAN baseado no uso das fibras ópticas, também operando nas camadas de enlace e física do modelo OSI. Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN X.25 Criado na década de 1970, quando linhas de transmissão digitais tinham um uso escasso. Permite o desenvolvimento de software e hardware para ligação de um computador a qualquer rede pública do mundo, utilizando comutação de pacotes. O LAP-B (Link Access Protocol, Balanced) é o padrão de camada de enlace utilizado pelas redes que operam com o protocolo X.25. O X.25 possui como características sistêmicas: conectividade, velocidade do serviço, custo, flexibilidade, confiabilidade e segurança. Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN ATM Conjunto de tecnologias que operam nas camadas mais baixas do modelo OSI. Trabalha com arquitetura não confiável e com um processo de comutação por células. Tem protocolos próprios para o nível de enlace. São eles: AAL1 (ATM Adaption Layer 1), AAL2, AAL3/4, AAL5. Interliga redes locais, metropolitanas e de longa distância para dados, voz, áudio e vídeo. Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN Frame Relay Rede de transporte implantada como infraestrutura em operadoras de serviço. Rede Frame Relay é vista como enlaces representados por circuitos virtuais (normalmente permanentes, ou PVC – Permanent Virtual Circuit). É sempre representada por uma nuvem, já que ela não é uma simples conexão física entre 2 pontos distintos. Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN HDLC (Hight-Level Data Link Control) É um protocolo comum da camada de enlace de dados do modelo OSI, com orientação bit a bit. Ele especifica um método de encapsulamento de dados de ligações seriais síncronas. É um protocolo ponto-a-ponto utilizado em linhas privadas e não possui qualquer método de autenticação. É proprietário. Tecnologias e padrões de camada de enlace para WAN PPP (Protocolo Ponto-a-Ponto) Foi desenvolvido e padronizado pela RFC 1548 (1993) com o objetivo de transportar todo o tráfego entre dois dispositivos de rede por meio de uma conexão física serial única e full-duplex. O encapsulamento do PPP provê multiplexação de diferentes protocolos da camada de rede simultaneamente pelo mesmo link. O protocolo PPP divide-se em dois outros protocolos: Link Control Protocol (LCP), Network Control Protocol (NCP). Interatividade Qual foi a tecnologia criada pela IBM para camada de enlace em uma LAN utilizando mainframes? a) FDDI. b) Ethernet. c) Token ring. d) Frame Relay. e) X.25. Ethernet É o padrão adotado na maior parte das redes locais do mundo, além de ser também utilizado em redes metropolitanas, conhecidas como redes Metro Ethernet. Funciona como um método de acesso ao meio por contenção que permite que hosts compartilhem o meio físico, além de definir especificações paras as camadas física e de enlace. Surgiu na década de 1970, criado por estudantes da Universidade do Hawaii que propunham interligar os computadores espalhados pelas ilhas em um computador central na ilha de Honolulu. Padrão Ethernet 802.3 Em 1985, a IEEE desenvolveu o padrão 802, mas, para assegurar os padrões da ISO/OSI, alterou o projeto original Ethernet para 802.3. Subcamadas da camada de enlace no padrão Ethernet Controle Lógico do Enlace (LLC) – constitui a interface entre o método de acesso ao meio e os protocolos da camada de rede, ou seja, cuida de todas as tratativas com os protocolos de alto nível. Controle de Acesso ao Meio (MAC) – é responsável pela conexão com o meio físico e o endereço físico, também conhecidocomo endereço MAC. Também é responsável pela montagem do quadro. CSMA/CD É o método de acesso da ethernet. Significa acesso múltiplo por portadora com detecção de colisão. Permite o compartilhamento do meio físico, evitando que dois dispositivos transmitam simultaneamente, provocando uma colisão. Foi a solução encontrada para se evitar o problema das colisões. Funcionamento do padrão Ethernet Escuta o meio físico, isto é, verifica se o meio físico está ocupado. Transmite o sinal pelo meio físico, caso não esteja ocupado. Se o meio físico estiver ocupado, o host aguarda a sua desocupação. Após a utilização, o host desocupa o meio físico. Caso haja alguma colisão, os hosts envolvidos “forçam” a percepção da colisão por parte de todos os dispositivos. Os hosts aguardam um período tempo pseudoaleatório antes de voltar a transmitir. Esse é o tempo de backoff. Se houver 15 tentativas que resultarem em colisão, o host abandona a transição. Endereçamento Ethernet O endereçamento de ethernet pode ser expresso por 48 dígitos binários ou 12 dígitos hexadecimal (4 bits formam um dígito hexadecimal). Assim, divididos em duas porções iguais, em que a primeira porção (contendo 6 dígitos hexadecimais ou 24 bits) é conhecida por Identificador Organizacional Único (OUI) e a segunda porção é a designada pelo fabricante. O endereço encontra-se gravado na memória ROM da placa de rede do computador ou nas memórias dos roteadores e switches que possuem porta ethernet. É comum chamar o endereço ethernet de endereço MAC, ou endereço de hardware, ou endereço de placa de rede. Comando IPCONFIG /ALL Fonte: livro-texto Quadro Ethernet Para o padrão ethernet, a subcamada de controle de acesso ao meio encapsula o pacote oriundo da camada de rede em um quadro, chamado de quadro ethernet. Fonte: livro-texto Ethernet na camada física Fonte: livro-texto Interatividade Quando é o nome da subcamada de camada de enlace que constitui a interface entre o método de acesso ao meio e os protocolos da camada de rede? a) Transporte. b) Controle lógico do enlace. c) Controle de acesso ao meio. d) Aplicação. e) Apresentação. ATÉ A PRÓXIMA! Unidade IV REDES DE DADOS E COMUNICAÇÃO Prof. Me. Antônio Palmeira Conteúdo da Unidade IV 7. Switching 7.1 Conceito de Comutação 7.2 Operação da Switch 7.3 Configurações em Switch 7.4 Redes Locais Virtuais 8 Redes sem fio 8.1 Redes 802.11 8.2 Classificação das Redes HUB x switch HUB e switch são equipamentos concentradores. HUB é um equipamento de camada 1 (física). Switch é um equipamento de camada 2 (enlace). Fonte: livro-texto HUB O hub é um equipamento que trabalha na camada física do modelo OSI, responsável por repetir, amplificar e regenerar um sinal para toda a rede, operando com o meio físico que utiliza cabos de pares metálicos. O hub também é conhecido como repetidor multiporta, devido ao fato de repetir bits recebidos em uma porta para todas as outras portas, sem a utilização de quaisquer processos inteligentes. Isto é, o hub não tem o conhecimento dos hosts que estão interligados nas suas portas. Esse é o principal motivo justifica se referir ao hub como um equipamento “burro”. HUB e o domínio de colisão O domínio de colisão é um segmento de rede, em que há a possibilidade de mais de host transmitir sinais ao mesmo tempo. Em redes com grande número de hosts não é recomendável a utilização de hub, devido ele causar um aumento do número de colisões. Essas colisões ocorrem quando mais de um host tenta transmitir ao mesmo tempo, degradando, assim, o desempenho e a eficiência das redes. A inserção de um hub aumenta o tamanho do domínio de colisão. O ideal é que as redes LAN tenham domínios de colisão pequenos. Switch O switch opera na camada de enlace do modelo OSI, justamente porque ele possui o conhecimento dos hosts que estão interligados em suas portas. O conhecimento do switch é baseado no endereço físico que cada host possui, conhecido como endereço MAC. O switch encaminha as informações apenas para o endereço físico de destino correto, evitando tráfego desnecessário, aumento da eficiência no processo de comunicação de dados. O switch constrói e armazena uma tabela interna dos endereços MAC dos hosts interligados a suas portas, habilitando o processo de tomada de decisão sobre o correto encaminhamento das informações que por ele trafegam. Switch e o domínio de colisão Ao adicionar switches em uma rede LAN em substituição de hubs, consegue-se diminuir o tamanho do domínio de colisão, a partir da segmentação (divisão) de grandes domínios de colisão gerados pelos hubs. Comutação Ethernet O processo de comutação também é conhecido como encaminhamento de frames e é sempre baseado no endereço MAC de destino situado no cabeçalho do quadro Ethernet. Nas redes que adotam o padrão Ethernet, os switches operam como comutadores eficientes e rápidos na camada de enlace, sem se preocupar com quaisquer questões pertinentes à camada de rede e ao pacote gerado por ela. O switch apenas se preocupa com o quadro, executando todo o seu processo em hardware, em vez de software. Essa comutação permite a segmentação de domínios de colisão e a transmissão full-duplex fim a fim. Tarefas do switch Aprendizagem de endereços: registro de endereços MAC dos hosts que transmitem dados em uma rede. Decisões de filtragem e encaminhamento: decisões sobre qual porta deverá enviar um determinado quadro. Modos de comutação Store-and-Forward. Cut-Through. FragmentFree. Fonte: livro-texto Store-and-Forward Consiste em receber e armazenar todo o quadro e somente depois encaminhá-lo pela porta correta. Antes da retransmissão do quadro, ocorre, nesse tipo de comutação, uma checagem de erros a partir do último campo do quadro Ethernet. Caso o cálculo de redundância cíclica executado a partir do checksum apresente problemas, o quadro é descartado. Os switches do fabricante Cisco das linhas 2960 e 3560 utilizam esse método. Cut-Through Utilizado em switches que desejam uma menor latência (atraso) e alta performance na transmissão de quadros. Esse modo consiste em receber e examinar o quadro até o endereço MAC de destino para imediatamente encaminhá-lo pela porta adequada. O ponto negativo desse método é o encaminhamento antes da checagem de erros do quadro, que é executada pelo cálculo de redundância cíclica feito no checksum. Os switches do fabricante Cisco da linha Nexus operam com esse modo de comutação. FragmentFree Conhecido como Cut-Through modificado. Nesse modo, o encaminhamento só acontece após a passagem da “janela de colisão”, que se refere aos 64 bytes iniciais de quadro Ethernet. A partir do uso desse método, é possível detectar se, na verdade, tem-se um quadro ou um fragmento de colisão. Os switches do fabricante Cisco das linhas 1900 e 2900 operam com esse tipo de comutação. Interatividade Qual dos modos de comutação consiste em receber e armazenar todo o quadro e somente depois encaminhá-lo pela porta correta? a) Store-and-Forward. b) Cut-Through. c) FragmentFree. d) ISL. e) Dot1Q. Processo de aprendizagem de endereços do switch Quando o switch inicia suas operações ou quando ele é reinicializado, a sua tabela de endereços MAC encontra-se vazia, ou seja, ele não tem qualquer informação sobre os hosts que estão conectados a ele. Esse primeiro estágio do switch o faz parecer com um hub, quetambém nada “sabe” sobre os dispositivos interligados a suas portas. Assim, se qualquer dispositivo transmitir algum quadro para o switch, ele vai retransmiti-lo para todas as portas, justamente porque a sua tabela MAC está vazia, sem qualquer informação sobre os hosts. Processo de aprendizagem de endereços do switch Após receber quaisquer quadros por um porta, o switch inicia o aprendizado com base no endereço MAC de origem, preenchendo a tabela MAC. Da mesma forma que o switch aprende novos endereços MAC, relacionando-os a interfaces para preencher a sua tabela MAC, ele também poderá esquecer tudo. Basta que os hosts parem de transmitir por um tempo para que todos os registros inativos sejam retirados. Com isso, a tabela MAC permanece sempre atualizada. Processo de aprendizagem de endereços do switch Fonte: livro-texto Processo de decisão de filtragem e encaminhamento do switch Ao chegar a uma interface, o quadro é recepcionado pelo switch, que verifica a existência de um registro na tabela MAC que o ajude na tomada de decisão. Caso haja, ele filtrará a transmissão apenas pela interface informada pela tabela MAC. Se não houver registro na tabela MAC que o auxilie na filtragem, o quadro será enviado para todas as suas interfaces ativas, com exceção da interface da qual o quadro foi originado. Redundância e loops Um dos critérios mais importantes no projeto de arquitetura de redes de computadores é a criação de redundâncias e contingências, a fim de garantir a alta disponibilidade dos sistemas. Fonte: livro-texto Spanning Tree Protocol O protocolo STP foi criado por uma empresa chamada DEC e homologado pelo IEEE como padrão IEEE 802.1d. A tarefa do STP consiste em evitar loops em redes comutadas, a partir de um monitoramento da rede, identificando redundâncias e desativando caminhos alternativos que podem gerar problemas. Operação do STP Eleição do switch-raiz. Portas do switch-raiz são transformadas pelo protocolo STP em portas designadas (habilitadas para a transmissão). Cada switch que não foi eleito raiz e que está interligado diretamente ao switch-raiz tem a sua porta de menor custo transformada em porta-raiz (habilitadas para a transmissão). Após a designação das portas-raiz, prossegue-se com a determinação das outras portas designadas e não designadas (desabilitadas para a transmissão) nos outros switches não raiz. Eleição do switch-raiz Essa eleição ocorre por meio da troca de informações de controle de loop contidas na BPDU (Bridge Protocol Data Unit). A partir da troca das BPDUs, é eleito o switch-raiz aquele que tiver a menor prioridade encontrada no BID. Em caso de empate, será escolhido aquele que tiver menor endereço MAC. Caso o administrador da rede queira forçar a eleição de um switch como raiz, é preciso apenas alterar sua prioridade e colocar um valor mais baixo. Informações carregadas pela BPDU Bridge ID (BID): número de oito bytes formado pela prioridade (dois bytes) do switch no processo STP e pelo endereço MAC do switch (seis bytes). Custo das portas (interfaces): cada porta do switch opera com uma determinada largura de banda, que possui um custo. Custo das portas na operação STP Fonte: livro-texto Interatividade Qual é o protocolo utilizado para prevenção de loops em redes com redundância, utilizando switches? a) STP. b) UTP. c) VTP. d) TCP. e) IP. Redes locais virtuais As redes locais virtuais ou VLANs são domínios lógicos definidos em switches, ou seja, são segmentações de uma rede em outras redes, de forma a diminuir o domínio de broadcast, sem utilizar necessariamente um equipamento de camada 3 (rede). Hosts associados a uma determinada VLAN só enxergam hosts da mesma VLAN. Assim, máquinas, ainda que estejam fisicamente interligadas a um mesmo switch, podem estar em redes diferentes se estiverem em VLANs diferentes. Benefícios das VLANs Segmentação de domínios de broadcast. Organização de VLANs por localidade, função, departamento, entre outros. Melhoria na performance e no gerenciamento das redes locais. Melhoria na segurança e no controle de acesso aos recursos de uma LAN. Aumento da flexibilidade e da escalabilidade. Redes locais virtuais Fonte: livro-texto Portas de um switch operando com VLANs Portas de acesso. Portas tronco. Associação de VLANs As VLANs podem ser associadas de duas formas: estática e dinâmica. Na associação estática, o administrador da rede associa manualmente as portas do switch a uma VLAN até que nova mudança manual seja feita nessa perspectiva de VLAN. Na associação dinâmica, todo o processo é conduzido por um servidor especial chamado de VMPS (VLAN Management Policy Server), que executa a configuração dinâmica das VLANs em cada um dos switches. Métodos de identificação de VLANs Método ISL – proprietário da fabricante de equipamentos de rede Cisco. Efetua um encapsulamento de frames por meio da adição de um novo cabeçalho com as informações da VLAN. No ISL, o quadro não é alterado – apenas são inseridos 26 bytes por meio de um novo encapsulamento. Método IEEE 802.1q – também conhecido como método dot1q, é o padrão para identificação de VLANs em quadros da tecnologia Ethernet. Consiste em inserir no quadro Ethernet um campo específico que identifica VLANs, modificando o cabeçalho. Configuração de switch Um switch já vem pronto de fábrica, com todas as configurações para funcionar adequadamente. Não obstante, para criar padrões, aumentar a segurança e gerenciar melhor uma rede, convém estabelecermos mais configurações do que aquelas que são básicas. Para primeiro estabelecer uma comunicação e um adequado gerenciamento do switch, é necessário utilizar um cabo apropriado, que interligue a porta serial COM1 (padrão DB9) do computador à porta console (padrão RJ-45), encontrada em um switch. Configuração de switch No computador, é necessário ter o software HyperTerminal instalado para ter acesso à CLI do switch. A figura a seguir mostra a primeira janela aberta quando se inicializa o software HyperTerminal: Fonte: livro-texto Configuração de switch Fonte: livro-texto Redes sem fio Desde o seu surgimento, a transmissão de dados por meio de ondas eletromagnéticas tem se popularizado cada vez mais. O principal padrão e o mais conhecido para comunicação entre computadores em uma rede local é o IEEE 802.11, também conhecido como padrão Wi-Fi. O padrão IEEE 802.11 opera nas camadas física e de enlace do modelo OSI, sendo desse modo responsável por recepcionar os pacotes, encapsulá-los em frames e transformá-los em bits para a transmissão por meio de ondas eletromagnéticas. Wi-fi Wireless Fidelity (Fidelidade sem Fio), ou simplesmente Wi-Fi, é uma tecnologia que permite o acesso à internet por meio de dispositivos em sistemas finais sem fio. Hoje, um grande número de equipamentos é capaz de utilizar o Wi-Fi, como laptops, PCs, celulares, televisores, geladeiras, câmeras de segurança, videogames e muitos outros. Interatividade Qual dos itens a seguir não apresenta um dos benefícios das VLANs? a) Segmentação de domínios de broadcast. b) Organização de VLANs por localidade, função, departamento, entre outros. c) Melhoria na performance e no gerenciamento das redes locais. d) Melhoria na segurança e no controle de acesso aos recursos de uma LAN. e) Aumento da flexibilidade e diminuição da escalabilidade. Camadas da arquitetura IEEE 802.11 Controle Lógico do Enlace(LLC): subcamada responsável pelo relacionamento com o protocolo de alto nível. Controle de Acesso ao Meio (MAC): subcamada responsável pela montagem do quadro. Procedimento de Convergência do Meio Físico (PLCP – Physical Layer Convergence Procedure): subcamada responsável pelo encapsulamento do quadro da subcamada MAC em um quadro PLCP, que possibilita o método de acesso CSMA/CA. Dependente do Meio Físico (PMD – Physical Medium Dependent): subcamada que define as frequências que serão utilizadas, bem como a largura de banda da camada física. Modos da arquitetura IEEE 802.11 Ad-hoc. Basic Service Set (BSS). Extended Service Set (ESS). Modo Ad-hoc Deve ser utilizado para interligar um pequeno número de computadores sem um ponto de acesso sem fio (acess point). Os hosts trocam dados entre si, de maneira semelhante a uma rede ponto a ponto. Nesse modo, é possível que uma das máquinas acesse a internet, ou uma intranet, e compartilhe esse acesso com as outras máquinas. Modo BSS A rede Wi-Fi é controlada por um access point, que está interligado à internet ou a uma intranet. As redes que operam uma infraestrutura com BSS são identificadas pelo SSID (Service Set ID), configurado manualmente pelo administrador. Modo ESS A rede Wi-Fi é controlada por diversos access points, formando uma mesma rede com um único SSID. O usuário tem à sua disposição uma rede com maior alcance. Serviços de um computador em uma rede sem fio Autenticação: o objetivo desse serviço é permitir ou negar o acesso de um computador ou dispositivo, a partir do uso de técnicas de criptografia. Desautenticação: serviço que tem por fim encerrar a comunicação de uma estação com a rede sem fio. Privacidade: o intuito desse serviço é proteger dados por meio da criptografia. Entrega de dados: objetivo principal das redes sem fio. Serviços de um ponto de acesso em uma rede sem fio Associação: permite a ligação lógica entre um ponto de acesso e uma estação. Desassociação: permite a saída de uma estação ou de um ponto de acesso de uma infraestrutura. Reassociação: permite à estação mover-se de um ponto de acesso para outro dentro de uma infraestrutura em modo ESS. Distribuição: permite o acesso a vários pontos de acesso e estações. Integração: permite a conexão de redes 802.11 com outras redes. CSMA/CA O esquema de transmissão utilizado nas redes Wi-Fi é o CSMA/CA. Nesse esquema, as estações que querem transmitir primeiro escutam o meio físico para verificar se alguém está utilizando o canal. Se ele não estiver em uso, a estação começará a transmitir. Se estiver em uso, a estação aguardará um tempo aleatório e depois tentará novamente. Evolução e classificação dos padrões IEEE 802.11 O padrão IEEE 802.11 foi a primeira especificação para rede WLAN, lançada em 1997. Opera com uma taxa máxima de transferência de 2 Mbps, além de trabalhar na frequência 2,4 GHz. Pode utilizar três tipos de operação: FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum), DSSS (Direct- Sequence Spread Spectrum) e infravermelho. O padrão IEEE 802.11b foi lançado em 1999, com uma taxa de transferência da ordem de 11 Mbps. Opera também na frequência de 2,4 GHz, ou seja, é compatível com a faixa de frequência do padrão anterior. Evolução e classificação dos padrões IEEE 802.11 O padrão IEEE 802.11a foi igualmente lançado por volta de 1999, com taxas de transferências de 55 Mbps. A faixa de frequência de operação desse padrão é de 5 GHz. O padrão IEEE 802.11g é praticamente o padrão mais usado nas redes sem fio, operando com 54 Mbps. Ele trabalha na mesma frequência dos padrões IEEE 802.11 e IEEE 802.11b. Sua maior desvantagem é o uso limitado de canais sem sobreposição. O padrão IEEE 802.11n foi lançado como objetivo de atingir uma taxa de transferência de 100 Mbps, além de ser compatível com os padrões que operam nas frequências de 2,4 GHz e 5 GHz. Interatividade Qual dos serviços a seguir não está disponível em um computador acessando uma rede wi-fi? a) Autenticação. b) Desautenticação. c) Privacidade. d) Reassociação. e) Entrega de dados. ATÉ A PRÓXIMA!
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