Fundamentos redes de computadores- Aula 2- Camadas de enlace e física

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SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO:CAMADAS DE ENLACE E FÍSICA DO TCP/IP
A camada física e de enlace, são as topologias físicas e lógicas respectivamente que os dispositivos precisam para se comunicarem. Para tal comunicação ocorrer, é preciso de 4 fatores:
1) Entrega: É preciso que os dados sejam entregues apenas ao dispositivo de destino.
2) Precisão: Os dados precisam ser entregues sem alteração alguma, senão tornam-se inúteis. 
3) Sincronização: O envio do pacote não pode ter atrasos consideráveis, como por exemplo, em vídeoconferências.
4) Jitter: Jitter é o termo usado para a variação de atraso da entrega dos dados. Se a variação for muito grande, o envio não está sendo eficiente. 
Além disso, para a comunicação entre computadores ocorrer, também são necessários 5 componentes: Emissor, meio de comunicação, protocolo, mensagem e receptor. 
Para a MENSAGEM ser entregue, um EMISSOR precisam enviá-la por um MEIO DE COMUNICAÇÃO e um PROTOCOLO, para assim o RECEPTOR recebê-la. 
CAMADA FÍSICA
A camada física enxerga os Frames da camada de Enlace como Bits que são codificados e os transfere como SINAIS para um dispositivo final ou intermediário. 
Os diferentes meios de comunicação física diferem na velocidade que suportam carregar os Bits. Por isso depende da banda larga de cada um, que é medida por quilobits por segundo ou por megabits por segundo. 
Meio Físico Cabeado:
Com o avanço da tecnologia, o meio físico foi mudando sua arquitetura de interconexão. Antigamente, usava-se muito cabeamento coaxial de cobre fino ou grosso. Porém, hoje em dia, usa-se o cabeamento Trançado Não-Blindado (junto com conectores RJ45) na maioria das redes locais, para assim interligar computadores com dispositivos intermediários, como switches e roteadores. 
Cabeamento coaxial:
Cabeamento UTP (Unshielded Twisted-Pairs):
Existem 2 tipos de padrão de ordem de cabeamento UTP exigidos pela TIA/EIA 568: 
Existem 2 tipos de padrão de ordem de cabeamento UTP exigidos pela TIA/EIA 568: O T568A e o T568B.
Além disso, existe o padrão Ethernet de Cabo Direto e de Cabo cruzado. O Cabo direto utiliza só um padrão TIA/EIA 568 nas duas pontas, ou o T568A ou o T568B. Já o cabo cruzado, usa um padrão em cada ponta. 
Meio Físico sem fio (Wireless)
Esse meio físico transmite sinais eletromagnéticos para a comunicação entre dois dispositivos. Apesar de ser um meio sem restrições de caminhos e funcionar bem em locais abertos, seu sinal pode sofrer interferência em estruturas de locais fechados dos prédios, por conta de haver outros dispositivos que também liberam sinais eletromagnéticos, como microondas, lâmpadas fluorescentes, celulares etc. 
Os padrões de meio físico sem fio da IEEE são:
Padrão IEEE 802.11: O mais conhecido Wi-fi, que possui uma rede Wireless LAN e tem acesso ao meio físico por Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA). 
Padrão IEEE 802.15: Mais conhecido como Bluetooth e utiliza um padrão de rede Wireless Personal Area Network (WPAN) para conectar dois dispositivos distantes de 1 a 100 metros. 
Tipos de Fluxo de Transmissão
Os tipos de fluxo para transmitir os dados via meio físico, classifica as formas que o enlace se comunica. Os tipos de fluxo de transmissão, são:
1) Simplex: A transmissão é UNILATERAL, ou seja, não há retorno para o origem. Ex: Canais de televisão, canais de rádio, teclados, monitores.
2) Half-Duplex: A transmissão é bilateral, porém um lado só pode transmitir quando o outro lado acaba de transmitir. Ex: rádios walk-talk.
3) Full-Duplex: A transmissão é bilateral e pode ser feita ao mesmo tempo. Ex: Vídeoconferências, telefonemas. 
Topologia de Redes
Os arranjos topologicos servem para ligar os nós (dispositivos) entre si, através de enlaces físicos e de regras. Há a Topologia Física (Camada Física), que é o layout da conexão dos fios para interligar dispositivos e, há a Topologia Lógica (Camada de Enlace), que é o MECANISMO e PROTOCOLO de como os dados são passados por este meio físico. Tais ligações podem ser feitas Ponto-a-ponto ou por Multiponto.
1) Ponto-a-Ponto: Os enlaces se ligam de uma extremidade final a outra, ou seja, entre duas pontas. 
2) Multiponto: Vários dispositivos são ligados através de um único enlace.
Topologias Físicas
As topologias físicas são divididas em três: Por Barramento ou Barra, por Anel ou por Estrela.
1) Barramento ou Barra: 
É um segmento de Backbone que todos os nós se ligam. Ou seja, é uma configuração MULTIPONTO, portanto não necessita de roteamento, e é uma topologia HALF-DUPLEX.
Vantagens:
a) Facilidade de instalação;
b) Simples e barato;
c) Menos cabos para ligar
Desvantagens:
a) O sinal se torna mais fraco quanto mais ele se desloca (caso o cabeamento seja extenso)
b) Uma falha afeta a comunicação de todos os hosts
2) Anel
Essa topologia física tem como característica, um cabo que circula os hosts para interconecta-los, até este cabo voltar para o primeiro host. Portanto, os hosts trabalhariam como repetidores, ampliando o sinal. O primeiro host, está mais diretamente conectado com o último host. Normalmente não tem em redes locais. É unilateral.
 
Vantagens: 
a) É mais eficiente que a topologia por barramento
b) Tem maior alcance de sinal
Desvantagens:
a) Se um dos hosts falhar, impede o sinal do restante para os outros nós. 
b) As falhas são mais difíceis de localizar
3) Estrela
Conecta os hosts a um ponto central de comunicação (hub ou switch). Portanto, a comunicação é centralizada e necessita de um processador grande caso seja um switch. 
Vantagens: Sendo um nó central, simplifica gerenciar os acessos e a detecção de erros para manutenção. 
Desvantagens: Se algo ocorrer com o ponto central, a comunicação de todos os hosts é danificada. Além disso, se houver muitas solicitações de acesso, o sistema pode sobrecarregar e ficar lento. Ademais, limita a quantidade de hosts que podem ser conectados. 
Cada Enlace
A camada enlace é a camada que é responsável por enviar os seus PDUs, conhecidos como Quadros, através da camada física. Essa camada que é responsável pela topologia lógica, ou seja, de que forma a comunicação dos nós flui entre si. Há dois métodos para o controle de acesso destas informações: 
a) Controlado: Cada nó utiliza o meio e manda a informação adiante de cada vez e em sequência (cada host tem o seu momento pra isso). Esse método também é chamado de Passagem de símbolo (Token Passing), que nada mais é que um revezamento de passagem desse Token (ou acesso ao meio para receber o Quadro). Então enquanto um host está utilizando o meio, nenhum outro pode utilizar também, até este host passar o Token para o próximo nó receber.
b) Acesso Baseado em Contenção
Esse método consiste que todos os nós tem o direito de ter acesso ao meio quando tiverem algum Quadro a ser enviado (e quando o meio estiver livre para tal). Isso pode causar por consequência, a colisão de dados no meio físico, sendo preciso enviar novamente o Quadro quando o meio estiver livre.
 
Para controlar a colisão de dados, foi implementado o método Carrier Sense Multiple Access CSMA (Acesso Múltiplo Sensível a Portadora). Esse método verifica para nó que deseja mandar um sinal, se o meio está livre. Ou seja, se o cabo está transportando um sinal (chamado de sinal portador, ou Portadora) de outro host no momento ou não. Se houver uma Portadora, o CSMA faz o “host” se conter e não o permite mandar o sinal naquele momento. Se o meio estiver livre, o CSMA libera a passagem do sinal. Esse é o tipo de Topologia que a Ethernet e a rede sem fio utilizam. Há dois tipos de CSMA:
A) Carrier Sense Multiple Access/ Colision Detection CSMA/CD (Detecção de Colisão): Este método examina se o meio está disponível e se estiver, libera a transmissão de sinal. Porém se detectar uma colisão de dados, a transmissão cessa por um instante e reenvia a mensagem novamente. Método muito usado na Arquitetura Ethernet. 
B) Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance CSMA/CA (Prevenção de Colisão): Este dispositivoverifica se o meio está livre. Se estiver, primeiramente envia uma notificação ao meio que irá utilizá-lo e então, envia o sinal. É um método muito utilizado em rede sem fio 802.11.