apostila redes 2

REDES DE COMPUTADORES 2

AGOSTO DE 2011

Sumrio1. Algoritmos de Roteamento...............................................................................................................5 1.1 Princpio da Otimizao.............................................................................................................5 1.2 Roteamento pelo Caminho Mais Curto.....................................................................................6 1.3 Roteamento com Vetor de Distncia.........................................................................................7 1.4 Roteamento por Estado de Enlace.............................................................................................8 1.5 Roteamento Hierrquico..........................................................................................................10 1.6 Exerccios.................................................................................................................................11 2. Transmisso de Informao............................................................................................................12 2.1 Informao e Sinal...................................................................................................................12 2.2 Banda Passante.........................................................................................................................13 2.3 Multiplexao..........................................................................................................................14 2.3.1 Multiplexao na Frequncia...........................................................................................15 2.3.2 Multiplexao no Tempo.................................................................................................15 2.4 Modulao...............................................................................................................................16 2.4.1 PCM.................................................................................................................................16 2.5 Comutao...............................................................................................................................17 2.5.1 Comutao de Circuitos...................................................................................................17 2.5.2 Comutao de Mensagens................................................................................................18 2.5.3 Comutao de Pacotes......................................................................................................18 2.6 Codificao e Transmisso de Sinais Digitais em Banda Bsica............................................19 2.6.1 Transmisso Assncrona...................................................................................................19 2.6.2 Transmisso Sncrona......................................................................................................20 2.7 Tcnicas de Deteco de Erros................................................................................................20 2.7.1 Paridade............................................................................................................................21 2.7.2 CRC..................................................................................................................................21 2.7.3 Paridade Cruzada.............................................................................................................21 2.8 Exerccios.................................................................................................................................22 3. Meios de Transmisso....................................................................................................................23 3.1 Par Tranado............................................................................................................................23 3.2 Cabo Coaxial............................................................................................................................24 3.3 Fibra tica...............................................................................................................................25 3.4 Transmisso Sem Fio...............................................................................................................27 3.4.1 Rdio................................................................................................................................27 3.4.2 Micro-ondas.....................................................................................................................28 3.4.3 Ondas Milimtricas e Infravermelhas..............................................................................28 3.4.4 Ondas de Luz....................................................................................................................28 3.5 Rdio Celular...........................................................................................................................28 3.5.1 Telefones Celulares Analgicos.......................................................................................28 3.5.1.1 AMPS (Advanced Mobile Phone System)...............................................................28 3.6 Satlite.....................................................................................................................................29 3.6.1 Satlites de Baixa rbita..................................................................................................30 3.7 Exerccios.................................................................................................................................30 4. Camada de Enlace de Dados...........................................................................................................32 4.1 Servios Oferecidos Camada de Rede..................................................................................32 4.2 Enquadramento........................................................................................................................32 4.3 Controle de Erros.....................................................................................................................34 4.4 Controle de Fluxo....................................................................................................................34 Redes de Computadores 2 ii

4.5 Exemplos de Protocolos de Enlace de Dados..........................................................................35 4.5.1 HDLC (High-level Data Link Control)............................................................................35 4.5.2 A Camada de Enlace de Dados na Internet......................................................................36 4.5.2.1 SLIP (Serial Line IP)................................................................................................36 4.5.2.2 PPP (Point to Point Protocol)...................................................................................37 4.6 Subcamada de Acesso ao Meio................................................................................................37 4.6.1 Alocao de Canais..........................................................................................................38 4.6.2 Protocolos de Acesso Mltiplo........................................................................................38 4.6.2.1 Aloha........................................................................................................................38 4.6.2.2 CSMA (Carrier Sense Multiple Access)..................................................................39 4.6.3 Protocolos de Acesso Ordenado.......................................................................................41 4.6.3.1 Polling......................................................................................................................41 4.6.3.2 Slot............................................................................................................................42 4.6.3.3 Insero de Retardo..................................................................................................42 4.6.3.4 Passagem de Permisso............................................................................................43 4.6.4 Protocolos para Redes Sem Fio........................................................................................44 4.6.4.1 MACA e MACAW..................................................................................................44 4.7 Exerccios.................................................................................................................................45 5. Padres para os Nveis Fsico e de Enlace......................................................................................47 5.1 O Padro IEEE 802..................................................................................................................47 5.2 IEEE 802.3 (CSMA/CD).........................................................................................................48 5.2.1 Sintaxe do Protocolo da Camada MAC...........................................................................48 5.2.2 Semntica do Protocolo da Camada MAC.......................................................................48 5.2.3 Camada Fsica..................................................................................................................49 5.2.3.1 Especificao 10BASE5...........................................................................................49 5.2.3.2 Especificao 10BASE2...........................................................................................50 5.2.3.3 Especificao 10BASE-T.........................................................................................51 5.2.3.4 Especificao 10BASE-F.........................................................................................51 5.2.4 Cabeamento......................................................................................................................52 5.3 IEEE 802.3u (Fast Ethernet)....................................................................................................52 5.4 IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet)...............................................................................................54 5.5 IEEE 802.11 (LAN Sem Fio)...................................................................................................55 5.5.1 Camada Fsica..................................................................................................................55 5.5.2 Subcamada MAC.............................................................................................................55 5.5.3 Arquitetura.......................................................................................................................56 5.6 IEEE 802.2 (LLC)....................................................................................................................57 5.6.1 Multiplexao...................................................................................................................57 5.6.2 Classes de Servios..........................................................................................................58 5.7 Exerccios.................................................................................................................................58 6. Protocolos de Switching.................................................................................................................59 6.1 Switches Transparentes............................................................................................................59 6.1.1 Switches Spanning Tree...................................................................................................60 6.2 Switches de Mdia Misturada..................................................................................................61 6.3 Switches Ethernet....................................................................................................................61 6.4 Exerccios.................................................................................................................................62 7. Segurana em Redes.......................................................................................................................63 7.1 Risco........................................................................................................................................63 7.2 Ameaas e Ataques..................................................................................................................64 7.2.1 Danos Acidentais.............................................................................................................64 Redes de Computadores 2 iii

7.2.2 Danos Intencionais...........................................................................................................64 7.2.3 Acesso No Autorizado ao Sistema.................................................................................64 7.2.4 Vrus.................................................................................................................................65 7.3 Poltica de Segurana...............................................................................................................65 7.4 Mecanismos de Segurana.......................................................................................................65 7.4.1 Descoberta e Remoo de Vrus......................................................................................66 7.4.2 Controle de Acesso..........................................................................................................66 7.4.3 Controle de Acesso Remoto.............................................................................................66 7.4.3.1 Callback....................................................................................................................66 7.4.3.2 Criptografia de Senhas.............................................................................................66 7.4.3.3 Senhas Dinmicas.....................................................................................................66 7.4.4 Criptografia......................................................................................................................66 7.4.5 Assinatura Digital.............................................................................................................68 7.4.6 Compromisso de Terceiro................................................................................................68 7.4.7 Deteco e Informe de Eventos........................................................................................68 7.4.8 Registro de Eventos..........................................................................................................68 7.5 Barreiras de Proteo - Firewalls.............................................................................................68 7.5.1 Filtro de Pacote................................................................................................................69 7.5.2 Gateway de Aplicao......................................................................................................70 7.5.3 Gateway de Circuito.........................................................................................................70 7.6 Rede Privada Virtual - VPN....................................................................................................71 7.7 Exerccios.................................................................................................................................71 8. Bibliografia.....................................................................................................................................73

Redes de Computadores 2

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1. Algoritmos de RoteamentoA principal funo da camada de rede rotear pacotes da mquina origem para a mquina destino da melhor forma possvel. Na maioria dos casos os pacotes necessitaro de vrios hops (saltos entre roteadores) para chegar ao seu destino. O algoritmo de roteamento a parte do software da camada de rede responsvel pela deciso sobre qual linha de sada a ser usada na transmisso do pacote que entra. Se a sub-rede utilizar datagramas, esta deciso dever ser tomada para todos os pacotes de dados recebidos. Se a sub-rede utilizar circuitos virtuais internamente, as decises de roteamento sero tomadas somente quando o circuito virtual estiver sendo estabelecido. Independente do tipo de servio utilizado, existem determinadas propriedades que so desejveis em um algoritmo de roteamento:

Correo sempre convergir para rotas corretas. Simplicidade ser de fcil entendimento. Robustez continuar funcionando mesmo em presena de falhas de hardware. Estabilidade convergir para um estado de equilbrio. Equidade hosts devem receber fatias justas de trfego. Otimizao conseguir a maior vazo possvel na sub-rede.

Embora a equidade e a otimizao possam parecer bvias, elas possuem objetivos contraditrios. Os algoritmos de roteamento podem ser agrupados em adaptativos e no-adaptativos. Os algoritmos no-adaptativos no baseiam suas decises de roteamento em medidas ou estimativas do trfego e da topologia atuais. A escolha da rota a ser utilizada previamente calculada e transferida para os roteadores quando a rede inicializada. Tal procedimento tambm conhecido como roteamento esttico. Os algoritmos adaptativos mudam suas decises de roteamento para refletir mudanas na topologia e/ou no trfego. Tal procedimento tambm conhecido como roteamento dinmico.

1.1 Princpio da OtimizaoO princpio da otimizao estabelece que, se o roteador B estiver no caminho timo entre o roteador A e o roteador C, o caminho timo de B a C tambm estar na mesma rota. Como consequncia direta do princpio da otimizao, pode-se observar que o conjunto de rotas timas de todas as origens para um determinado destino forma uma rvore com raiz no destino. Uma rvore como essa chamada de rvore de escoamento (sink tree), e como toda rvore, representa uma topologia livre de loops. A figura abaixo mostra um exemplo de uma rvore se escoamento para uma rede. O objetivo de todos os algoritmos de roteamento descobrir e utilizar as rvores de escoamento em todos os roteadores.


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Na prtica existem complicaes. Enlaces e roteadores podem parar e voltar durante a operao, e diferentes roteadores podem ter diferentes ideias sobre a topologia atual. Alm disso, cada roteador deve obter individualmente as informaes sobre a base do clculo de sua rvore de escoamento ou obter estes dados de algum outro meio.

1.2 Roteamento pelo Caminho Mais CurtoO protocolo de roteamento pelo caminho mais curto um protocolo esttico cuja ideia criar um grafo da sub-rede, com cada n do grafo representando um roteador e cada arco indicando um enlace. Para escolher uma rota entre um determinado par de roteadores, o algoritmo simplesmente encontra o caminho mais curto entre eles no grafo.

Uma forma de medir o comprimento do caminho em nmero de hops (nmero de enlaces que devem ser utilizados). Utilizando essa unidade mtrica na figura acima, os caminhos ABC e ABE so igualmente longos. Uma outra unidade mtrica a distncia geogrfica, caso em que ABC mais longo que ABE. Outra unidade mtrica baseada no trfego nos enlaces. Nesse grafo, o caminho mais curto o caminho mais rpido, e no o caminho com menos arcos ou com menor distncia. Os valores dos arcos podem ser calculados como uma funo da distncia, da largura de banda, do trfego mdio, do custo de comunicao, do comprimento mdio de fila, do retardo detectado e de outros fatores. Alterando a funo de atribuio de pesos, o algoritmo calcularia o caminho mais curto medido de acordo com determinados critrios que podem ser ou no combinados. Existem diversos algoritmos para o clculo do caminho mais curto. O mais conhecido deles foi desenvolvido por Dijkstra em 1959, onde cada n rotulado (entre parnteses) por sua distncia at o n de origem ao longo do menor caminho conhecido at ento. Inicialmente nenhum caminho conhecido e todos os ns so rotulados com infinito. A medida que o algoritmo prossegue e os caminhos so encontrados, os valores podem mudar, refletindo melhores caminhos. Um valor pode ser provisrio ou permanente. Para encontrar o caminho mais curto de A at D marca-se o n A como permanente, o que indicado por um crculo preenchido. Depois examinado, um a um, cada n adjacente a A alterando o rtulo de cada um deles para a distncia at A. Sempre que um n rotulado novamente, ele tambm rotulado com o n a partir do qual o teste foi feito; assim, pode-se reconstruir o caminho final posteriormente. Aps examinar cada n adjacente a A verifica-se todos os ns provisoriamente rotulados no grafo tornando permanente o de menor rtulo, que passa a ser o novo n ativo. O prximo a ser verificado deve ser o n B. Examina-se todos os ns adjacentes a ele. Se a soma do valor de D e a distncia entre B e o n que est sendo considerado for inferior ao valor desse n, este ser um caminho mais curto e, portanto, o n ser rotulado novamente. O processo segue at que seja estabelecido o caminho mas curto entre os ns em questo.


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1.3 Roteamento com Vetor de DistnciaO roteamento com vetor de distncia um algoritmo dinmico que opera fazendo com que cada roteador mantenha uma tabela que fornece a melhor distncia conhecida a cada destino e determina qual linha deve ser utilizada para se chegar l. Essas tabelas so atualizadas atravs da troca de informaes com os vizinhos. O algoritmo de roteamento com vetor de distncia recebe tambm outros nomes. Trata-se do algoritmo de roteamento ARPANET original que tambm foi utilizado na Internet com o nome RIP. Alguns roteadores utilizam protocolos com vetor de distncia mais aperfeioados. Cada roteador mantm uma tabela de roteamento indexada por cada roteador da sub-rede. Cada entrada contm duas partes: a linha de sada preferencial a ser utilizada para esse destino e uma estimativa do tempo ou distncia at o destino. A unidade mtrica utilizada pode ser o nmero de hops, o retardo de tempo, o nmero total de pacotes enfileirados no caminho ou algo semelhante. Presume-se que o roteador conhea a distncia at cada um de seus vizinhos. Se a unidade mtrica for o hop, a distncia ser de apenas um hop. Se a unidade mtrica for o comprimento da fila, o roteador examinar cada uma das filas. Se a unidade mtrica for o retardo, o roteador poder medi-lo com pacotes ECHO que o receptor exibe e retransmite o mais rpido possvel.


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O processo de atualizao das tabelas de roteamento mostrado na figura acima. A parte (a) mostra uma sub-rede. As quatro primeiras colunas da parte (b) mostram os vetores de retardo recebidos dos vizinhos do roteador J. A alega ter um retardo de 12 ms at B, um retardo de 25 ms at C, um retardo de 40 ms at D, etc. Supondo que J tenha medido ou estimado seu retardo para seus vizinhos, A, I, H e K, como 8, 10, 12 e 6 ms, respectivamente. Como J calcula sua nova rota para o roteador G? Ele sabe que pode chegar a A em 8 ms e A alega ser capaz de chegar a G em 18 ms; portanto, J sabe que pode contar com um retardo de 26 ms para G se encaminhar pacotes de G para A. Da mesma forma, ele calcula o retardo para G via I, H e K como 41 (31+10), 18 (6+12) e 37 (31+6) ms, respectivamente. O melhor desses valores 18; portanto, ser criada uma entrada na tabela de roteamento em que o retardo para G seja de 18 ms e em que a rota a ser utilizada passe por H. O mesmo clculo feito para todos os outros destinos, com a nova tabela de roteamento mostrada na ltima coluna da figura.

1.4 Roteamento por Estado de EnlaceO roteamento com vetor de distncia era utilizado na ARPANET at 1979, quando ento foi substitudo pelo roteamento por estado de enlace. Essa substituio foi basicamente motivada por dois problemas. Primeiro, a unidade mtrica de retardo era o comprimento de fila, no se levando em conta a largura de banda. Segundo, o algoritmo geralmente levava muito tempo para convergir. A ideia do roteamento por estado de enlace simples. Cada roteador deve: 1. 2. 3. 4. 5. Descobrir seus vizinhos e aprender seus endereos de rede. Medir o retardo ou o custo para cada um de seus vizinhos. Criar um pacote que diga tudo o que acaba de ser aprendido. Enviar esse pacote a todos os outros roteadores. Calcular o melhor caminho para cada um dos outros roteadores.

Assim, a topologia completa e todos os retardos so medidos e distribudos para cada roteador. Em seguida, o algoritmo de Dijkstra pode ser usado para encontrar o caminho mais curto. Determinao dos Vizinhos Quando um roteador inicializado, ele envia um pacote HELLO em cada linha. O roteador da outra extremidade envia de volta uma resposta identificando-se. Esses nomes devem ser globalmente exclusivos. Quando mais de dois roteadores so conectados por uma LAN preciso introduzir um artifcio. A figura (a) abaixo ilustra uma LAN para a qual trs roteadores (A, C e F) so diretamente conectados, e cada um desses roteadores conectado a um ou mais roteadores adicionais. Uma forma de modelar a LAN consider-la como um n, como mostra a figura (b). Nela introduzido um n artificial N, ao qual A, C e F so conectados.

Medio do Custo da Linha A forma mais simples de determinar o retardo enviar um pacote ECHO pela linha, que o outro lado deve transmitir de volta imediatamente. Medindo o tempo de ida e volta e dividindo-o Redes de Computadores 2 8

por dois, o roteador pode obter uma estimativa razovel do retardo. Para obter resultados melhores pode-se fazer o teste mais de uma vez e usar a mdia. Criao de Pacotes por Estado de Enlace O pacote comea com a identidade do transmissor, seguida do nmero de sequencia, da idade, e de uma lista de vizinhos. fornecido o retardo referente a cada vizinho. Um exemplo de sub-rede ilustrado na figura abaixo, sendo os retardos mostrados atravs de linhas. Os pacotes de estado de enlace correspondentes a todos os seis roteadores tambm so mostrados na figura.

Pode-se cri-los periodicamente ou cri-los durante a ocorrncia de algum evento significativo, como uma linha ou um vizinho que sai do ar, entra no ar, ou altera suas propriedades. Distribuio dos Pacotes de Estado de Enlace A medida que os pacotes so distribudos e instalados, os roteadores que obtiverem os primeiros pacotes mudaro suas rotas. Consequentemente, os diferentes roteadores podem estar usando diferentes verses da topologia, o que pode levar a inconsistncias, loops, mquinas inatingveis e outros problemas. A ideia fundamental para distribuio usar a inundao de pacotes para distribuir os pacotes por estado de enlace. Para manter o controle do processo, cada pacote contm um nmero de sequencia que incrementado para cada pacote enviado. Quando recebido, o novo pacote de estado de enlace conferido na lista de pacotes j verificados. Se for novo, o pacote ser encaminhado a todas as linhas, menos para aquela em que chegou. Se for uma cpia, o pacote ser descartado. Se for recebido um pacote com nmero de sequencia inferior ao mais alto detectado at o momento, ele ser rejeitado. Alguns problemas podem ocorrer com este algoritmo da forma como est definido. Primeiro, se os nmeros de sequencia se repetirem haver problemas. A soluo usar um nmero de sequencia de 32 bits. Com um pacote de estado de enlace por segundo, seriam necessrios 137 anos para um nmero se repetir. Segundo, se um roteador apresentar falha, ele perder o controle de seu nmero de sequencia Terceiro, se um nmero de sequencia for adulterado e o nmero 65.540 for recebido no lugar de 4 (erro de 1 bit),os pacotes de 5 a 65.540 sero considerados obsoletos. A soluo para esses problemas incluir a idade de cada pacote aps o nmero de sequencia e decrement-la uma vez por segundo. Quando a idade atingir zero, as informaes desse roteador sero descartadas. O campo de idade tambm decrementado por cada roteador durante o processo inicial de flooding para garantir que nenhum pacote ser perdido e viver por um perodo indefinido (um pacote cuja idade seja zero descartado). Alguns aprimoramentos nesse algoritmo o tornam mais robusto. Quando um pacote de estado de enlace chega a um roteador para o processo de flooding, ele no imediatamente enfileirado para transmisso. Em vez disso, ele colocado em uma rea de reteno para aguardar um pouco. Se outro pacote de estado de enlace da mesma origem chegar antes, seus nmeros de sequencia sero comparados. Se forem iguais, a cpia ser descartada. Se forem diferentes, o mais antigo ser descartado. Para evitar erros nas linhas roteador-roteador, todos os pacotes de estado de enlace so confirmados. Redes de Computadores 2 9

A estrutura de dados utilizada pelo roteador B da figura anterior mostrada na figura abaixo. Cada linha corresponde a um pacote de estado de enlace recm recebido, mas ainda no totalmente processado. A tabela registra a origem do pacote, seu nmero de sequencia, idade e os dados correspondentes. Alm disso, h flags de transmisso e confirmao para cada uma das trs linhas de B (para A, C e F, respectivamente). Os flags de transmisso significam que o pacote deve ser enviado na linha indicada. Os flags de confirmao significam que deve ser confirmado ali. Flag de transmisso Origem Seq. Idade A C F A 21 60 0 1 1 F 21 60 1 1 0 E 21 59 0 1 0 C 20 60 1 0 1 D 21 59 1 0 0 Flag de confirmao A C F 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1

Dados

No exemplo, o pacote de estado de enlace de A chegou diretamente; portanto, ele deve ser enviado para C e F e confirmado para A, como indicado pelos bits de flag. Da mesma forma, o pacote vindo de F deve ser encaminhado para A e C e confirmado para F. Entretanto, a situao com o terceiro pacote, proveniente de E, diferente. Ele chegou duas vezes, uma vez atravs de EAB e outra atravs de EFB. Consequentemente, ele s precisa ser enviado para C, mas confirmado para A e F. Se uma cpia for recebida enquanto o original ainda estiver no buffer, os bits devero ser alterados. Por exemplo, se uma cpia do estado de C chegar de F antes de a quarta entrada da tabela ter sido encaminhada, os seis bits sero alterados para 100011, j que o pacote precisar ser confirmado para F e no h a necessidade de seu envio. Clculo das Novas Rotas Uma vez que um roteador tenha acumulado um conjunto completo de pacotes de estado de enlace, ele poder criar o grafo completo da sub-rede. Agora o algoritmo de Dijkstra pode ser executado localmente para criar o caminho mais curto. No caso de uma sub-rede com n roteadores, cada qual com k vizinhos, a memria necessria para armazenar os dados de entrada proporcional a kn. No caso de sub-redes de grande porte isso pode ser um problema. O tempo de clculo tambm pode ser de grande importncia. Entretanto, problemas com o hardware e com o software podem ocorrer com esse algoritmo. Se um roteador alegar ter uma linha que no possui, ou se esquecer de uma linha que tem, o grfico da sub-rede ficar incorreto. Se um roteador falhar na hora de encaminhar pacotes ou danific-los, haver problemas. Por fim, se a memria do roteador se esgotar ou se ele calcular o roteamento de forma incorreta, as falhas sero inmeras.

1.5 Roteamento HierrquicoConforme as redes aumentam de tamanho, as tabelas de roteamento crescem proporcionalmente. Em um determinado momento, a rede pode crescer at um ponto em que no mais vivel que todos os roteadores tenham uma entrada para todos os outros roteadores. Portanto, o roteamento ter de ser feito hierarquicamente. Quando o roteamento hierrquico utilizado, os roteadores so divididos em regies, com cada roteador conhecendo todos os detalhes sobre como rotear pacotes para destinos dentro de sua prpria regio, mas sem conhecer a estrutura interna de outras regies. No caso de redes muito grandes uma hierarquia de dois nveis pode ser insuficiente, sendo necessrio agrupar as regies em Redes de Computadores 2 10

clusters, os clusters em zonas, as zonas em grupos, etc. A figura abaixo d um exemplo quantitativo do roteamento em uma hierarquia de dois nveis com cinco regies. A tabela de roteamento completa do roteador 1A tem 17 entradas, enquanto quando o roteamento feito hierarquicamente so necessrias apenas 7 entradas. Mas este tipo de roteamento implica em um provvel aumento do caminho para alguns hosts.

1.6 Exerccios1) Para que serve o roteamento? 2) Qual a diferena entre algoritmos de roteamento no-adaptativos (estticos) e algoritmos de roteamento adaptativos (dinmicos)? 3) O roteamento com vetor de distncia precisa conhecer a topologia de toda a sub-rede para encontrar o melhor caminho? 4) O roteamento por estado de enlace precisa conhecer a topologia de toda a sub-rede para encontrar o melhor caminho? 5) Cite uma diferena entre o roteamento com vetor de distncia e o roteamento por estado de enlace. 6) Considere na sub-rede da figura abaixo que todos os enlaces possuem peso 1. Enumere as melhores rotas de A at F com seus respectivos pesos.

7) Explique sucintamente como funciona o roteamento por estado de enlace. 8) O que o roteamento hierrquico? Quando se utiliza? Cite uma vantagem e uma desvantagem.


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2. Transmisso de InformaoAs propriedades fsicas de meios de transmisso e as caractersticas dos sinais transmitidos apresentam uma srie de questes tecnolgicas que influenciam na construo e no projeto de redes de computadores.

2.1 Informao e SinalComunicao o ato de transmitir informaes. Ao transmitir informaes espera-se preservar seu significado e recuperar seu entendimento para permitir a sua manipulao. Um processo de comunicao admite a existncia de um cdigo ou linguagem capaz de representar informaes atravs de smbolos compreensveis para as partes envolvidas. Informao a ideia ou dado trabalhado pelos agentes que as criam, manipulam e processam. Sinais nada mais so do que ondas que se propagam atravs de algum meio fsico. So a materializao da informao no momento da transmisso e podem ser classificados como analgicos ou digitais. Os termos analgico e digital correspondem variao contnua e discreta respectivamente. Esses termos so frequentemente utilizados no contexto de comunicao de dados para qualificar tanto a natureza das informaes quanto a caracterstica dos sinais utilizados para a transmisso atravs de meios fsicos. Computadores so equipamentos que armazenam, processam e codificam informaes em bits que correspondem a dois nveis discretos de tenso ou corrente, representando os valores lgicos 0 ou 1. Chama-se esse tipo de informao de digital. Informaes geradas por fontes sonoras apresentam variaes contnuas de amplitude, constituindo-se no tipo de informao denominada de analgica Os sinais tambm podem ser classificados como sinais analgicos e sinais digitais. Sinais analgicos variam continuamente com o tempo.

Sinais digitais caracterizam-se pela presena de pulsos nos quais a amplitude fixa. O sinal construdo atravs de uma sequencia de intervalos de tamanho fixo iguais a T segundos, chamados intervalos de sinalizao, durante os quais a amplitude do sinal permanece fixa, caracterizando um dos smbolos digitais transmitidos

Qualquer tipo de informao, seja analgica ou digital, pode ser transmitida atravs de um sinal analgico ou digital. Amostragem a tcnica pela qual os sinais analgicos so transmitidos em um meio digital, enquanto modulao a tcnica pela qual os sinais digitais so transmitidos em um meio analgico. O bit a unidade bsica de informao dos computadores digitais. Para sua transmisso so necessrios apenas dois smbolos, que podem ser facilmente representados por dois nveis dos sinais Redes de Computadores 2 12

digitais. Porm possvel se obter mais de dois nveis com sinais digitais, podendo-se atribuir mais de um bit a cada nvel do sinal. Com 4 smbolos possvel transmitir sinais equivalentes a 2 bits (dibit). Com 8 smbolos possvel transmitir sinais equivalentes a 3 bits (tribit). Com 2 n smbolos possvel transmitir sinais equivalentes a n bits. Do ponto de vista do meio de transmisso, em um meio capaz de transmitir L smbolos podese codificar log2L bits.

Transmitir sinais digitais trs vantagens, pois como os nveis que um sinal pode ter so conhecidos, possveis distores que ocorrerem durante uma transmisso podem ser corrigidas no momento da recepo. Assim o sinal percebido na recepo ser exatamente o mesmo transmitido. Como sinais analgicos podem ter qualquer amplitude, tais correes no podem ser aplicadas a eles.

2.2 Banda PassanteFourier (sculo XIX): Qualquer sinal peridico g(t) com perodo T 0 pode ser considerado como uma soma de senos e cossenos de diversas frequncias.

onde f = 1/T0 = frequncia fundamental do sinal. Um sinal com perodo T0 tem componentes de frequncias 0, f, 2f, 3f, e assim por diante, onde f a frequncia fundamental. Cada componente um harmnico do sinal com as respectivas amplitudes an e bn, e frequncias nf para o seno e o cosseno. As anlises consideram que o sinal estudado um sinal peridico, mas os sinais que so encontrados nas transmisses de informao no costumam ser peridicos. Para tanto, considera-se que os sinais para transmisso de dados tm uma durao limitada e imagina-se que est se lidando com um sinal peridico, cuja representao no tempo durante um perodo igual ao sinal original. Dessa forma criado um sinal peridico a partir do sinal de interesse. Fazendo isso e admitindo que o perodo tem tamanho infinito, chega-se s frmulas que representam a Transformada de Fourier, anloga srie de Fourier para sinais no peridicos. A transformada de Fourier G(f) de uma funo g(t) dada por:

A banda passante de um sinal o intervalo de frequncias que compem este sinal. A largura de banda desse sinal o tamanho de sua banda passante (a diferena entre a maior e a menor frequncia que compem o sinal).


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Um pulso retangular como uma funo s(t) do tempo tem o respectivo espectro de frequncias S(f) obtido atravs da transformada de Fourier. Observa-se que um pulso retangular (unidade bsica para transmisso de sinais digitais em sua forma original) um sinal com largura de banda infinita, cujas componentes de maior importncia situam-se em torno de 0 Hz.

Nenhum meio de transmisso capaz de transmitir sinais sem que hajam perdas de energia durante o processo. A caracterstica dos meios de transmisso a de provocar perdas nos diversos sinais componentes em diferentes propores, provocando a distoro do sinal resultante transmitido. O meio de transmisso atua como um filtro sobre o sinal, que sofrer uma perda em cada uma de suas componentes de acordo com a curva caracterstica do ganho daquele meio fsico, ocasionando distores no sinal resultante.

A medida que a largura de banda do meio vai se tornando mais estreita, atingem-se situaes onde a recepo correta do sinal transmitido se torna impossvel. Apesar das distores ocasionadas pela banda passante limitada do meio fsico, existe uma banda mnima a partir da qual possvel recuperar a informao sem erros. A largura de banda do sinal digital depende do tamanho T dos pulsos (o intervalo de sinalizao); em outras palavras: depende da velocidade em bits por segundo (bps) do sinal.

2.3 MultiplexaoSempre que a banda passante de um meio fsico for maior ou igual banda passante necessria para um sinal, podemos utilizar este meio para a transmisso do sinal. Mas se a banda passante do meio for muito maior que a do sinal a ser transmitido haver um desperdcio. Existe alguma forma de utilizar esta banda passante que sobra para a transmisso de um outro sinal simultaneamente?

A tcnica que permite a transmisso de mais de um sinal em um mesmo meio fsico denominada multiplexao. Existem duas formas bsicas de multiplexao: a multiplexao na Redes de Computadores 2 14

frequncia (Frequency Division Multiplexing - FDM) e a multiplexao no tempo (Time Division Multiplexing - TDM).

2.3.1 Multiplexao na FrequnciaPara alojar mais de um sinal em um determinado meio passa-se um filtro em cada um dos sinais de forma a preservar somente a faixa relativa banda passante necessria a cada um, para alojar esses sinais na forma desejada sem que um interfira no outro. O passo seguinte deslocar a faixa de frequncias original dos sinais de forma que eles passem a ocupar faixas disjuntas, sem sobreposio. Tcnicas que permitem esse deslocamento ou shift de frequncias so conhecidas e denominadas tcnicas de modulao. Dessa forma, os sinais podem ser transmitidos no meio fsico, cada um deles ocupando uma banda ou canal distinto com tamanho necessrio para a sua transmisso.

Um receptor que deseje recuperar um sinal transmitidos numa linha multiplexada na frequncia, dever conhecer a faixa de frequncias que est sendo utilizada para a sua transmisso. Dessa forma, ele poder deslocar o sinal recebido para fazer o sinal desejado ocupar novamente a sua faixa original (de 0 a n Hz). O sinal demodulado pode a seguir ser filtrado para conter somente o sinal original.

2.3.2 Multiplexao no TempoA multiplexao na frequncia apesar de muito eficiente no facilmente manipulada por um computador. J a multiplexao no tempo pode ser tratada diretamente por componentes digitais, mas somente para dados digitais. A multiplexao por diviso do tempo (Time Division Multiplexing - TDM) se beneficia do fato de que a capacidade (em quantidade de bits por segundo) do meio de transmisso, em muitos casos, excede a taxa mdia de gerao de bits das estaes conectadas ao meio fsico. Quando isso ocorre, vrios sinais podem ser transportados por um nico caminho fsico, intercalando-se pores de cada sinal no tempo. A multiplexao no tempo pode ser classificada em sncrona ou assncrona. No TDM sncrono (ou simplesmente TDM), o domnio do tempo dividido em intervalos de tamanho fixo T chamados frames; cada frame subdividido em N subintervalos {t1, ..., tn} denominados slots ou segmentos, que formam uma partio dos frames que, por sua vez, formam uma partio do tempo infinito.


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Denomina-se canal ao conjunto de todos os segmentos, um em cada frame, identificados por uma determinada posio fixa dentro desses frames. Diferentes canais no precisam, necessariamente, ter o mesmo tamanho. No TDM sncrono, quando um canal alocado, estabelece-se uma conexo que permanece dedicada estao transmissora at o momento em que ela resolva desfaz-la. Essa forma de chaveamento denominada chaveamento de circuitos. Quando uma estao que alocou um canal no estiver transmitindo (ou a taxa de transmisso for menor do que a taxa assegurada pelo canal), tem-se um desperdcio de capacidade do meio fsico, j que o canal alocado no pode ser utilizado por qualquer outra estao at o momento da desconexo. No TDM assncrono (tambm conhecido por TDM estatstico ou STDM - Statistical TDM) no h alocao de canal nem estabelecimento de conexo. Parcelas de tempo so alocadas dinamicamente de acordo com a demanda das estaes. Em compensao, no TDM assncrono cada unidade de informao transmitida deve sempre conter um cabealho com os endereos de origem e de destino.

2.4 ModulaoModulao o processo de variao de amplitude, intensidade, frequncia, comprimento e/ou da fase de onda numa onda de transporte, que deforma uma das caractersticas de um sinal portador variando proporcionalmente ao sinal modulador. o processo no qual a informao a ser transmitida transformada em sinais mais apropriados transmisso, de tal forma que poder ser recuperada na outra parte atravs de um processo reverso chamado demodulao.

2.4.1 PCMA transmisso digital , em geral, mais vantajosa do que a analgica devido, principalmente, possibilidade de restaurao do sinal original mesmo na presena de falhas ou rudos no sistema. Os dispositivos capazes de codificar informaes analgicas em sinais digitais so denominados CODECs (CODer/DECoder). A principal tcnica utilizada pelos CODECs denominada Pulse Code Modulation (PCM). A tcnica PCM baseada no teorema de Nyquist, que assegura que uma taxa de amostragem de 2W vezes por segundo o suficiente para recuperar o sinal com banda passante W Hz. Utilizando uma taxa de amostragem maior ou igual a 2W, o sinal original amostrado e, a cada amostra, associa-se um valor proporcional amplitude do sinal naquele ponto. Este processo conhecido como Pulse Amplitude Modulation (PAM). A partir dos pulsos PAM, podemos produzir os pulsos PCM atravs de um processo conhecido como quantizao, onde cada amostra PAM aproximada a um inteiro de n bits. A sada PCM corresponde ao resultado dessa quantizao.


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Podemos calcular, a partir desse processo, a taxa gerada pela transmisso de informao analgica atravs de sinais digitais. Considere o caso de sinais de voz, por exemplo. Se assumirmos que a banda passante necessria desses sinais tem largura igual a 4.000 Hz, a taxa de amostragem de Nyquist , neste caso, igual a 8.000 amostras por segundo. Se escolhermos essa taxa e codificarmos cada amostra com oito bits, a taxa gerada ser 8.000 x 8 = 64 Kbps.

2.5 ComutaoA funo de comutao (ou chaveamento) em uma rede de comunicao refere-se alocao dos recursos da rede para a transmisso pelos diversos dispositivos conectados. A alocao desses recursos est intimamente relacionada com a forma de multiplexao dos meios de transmisso.

2.5.1 Comutao de CircuitosA comunicao via comutao de circuitos pressupe a existncia de um caminho dedicado de comunicao entre duas estaes. A comunicao via comutao de circuitos envolve trs fases: 1. Estabelecimento do circuito 2. Transferncia de informao 3. Desconexo do circuito

Na fase de estabelecimento do circuito uma mensagem de controle enviada ao destino. Conforme ela vai sendo roteada, um caminho vai sendo alocado. Quando essa mensagem de controle atinge o n de destino um caminho foi totalmente alocado e uma mensagem de controle de confirmao enviada de volta ao n de origem, j utilizando o circuito alocado pela primeira mensagem. A partir da, as estaes podem se comunicar atravs do circuito estabelecido, at o momento em que uma das estaes decida terminar a conexo. Na comutao de circuitos o caminho alocado durante a fase de estabelecimento do circuito permanece dedicado quelas estaes at que uma delas decida desfazer o circuito. Isso significa que, caso o trfego entre as estaes no seja constante e contnuo, a capacidade do meio fsico ser desperdiada. Em compensao, existe a garantia de que uma taxa de transmisso est sempre disponvel quando as estaes desejam se comunicar, pois no h conteno alguma de recursos. O caminho dedicado entre a origem e o destino pode ser:

Um caminho fsico formado por uma sucesso de enlaces fsicos (chaveamento espacial ou 17


fsico) Uma sucesso de canais de frequncia alocados em cada enlace (chaveamento de frequncias) Uma sucesso de canais de tempo alocados em cada enlace (chaveamento do tempo)

2.5.2 Comutao de MensagensNa comutao de mensagens, se uma estao deseja transmitir uma mensagem, ela adiciona o endereo de destino a essa mensagem que ser ento transmitida pela rede de n em n. Em cada n, a mensagem inteira recebida e o prximo caminho da rota determinado com base no endereo contido na mensagem. Assim, uma mensagem caminha de n em n pela rede utilizando apenas um canal por vez, sendo armazenada e retransmitida em cada n (processo conhecido como store-and-forward).

Algumas caractersticas da comutao de mensagens em relao comutao de circuitos:

O aproveitamento das linhas de comunicao maior, j que os canais podem ser compartilhados por vrias mensagens ao longo do tempo. Quando o trfego se torna alto em uma rede de comutao de circuitos, pedidos de novas conexes podem ser recusados devido falta de recursos ou caminhos livres. As mensagens so sempre aceitas em uma rede de comutao de mensagens. O tempo de transferncia que aumenta devido s filas que as mensagens encontraro em cada n de comutao da rede.

2.5.3 Comutao de PacotesA comutao de pacotes semelhante comutao de mensagens. A principal diferena est no fato de que o tamanho da unidade de dados transmitida na comutao de pacotes limitado. Mensagens com tamanho acima de um limite devem ser quebradas em unidades menores denominadas pacotes. Pacotes de uma mesma mensagem podem estar em transmisso simultaneamente pela rede em diferentes enlaces, o que pode reduzir o atraso de transmisso total de uma mensagem. A tcnica de comutao de pacotes tambm uma tcnica store-and-forward.


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2.6 Codificao e Transmisso de Sinais Digitais em Banda BsicaA codificao de sinais em banda bsica mais conhecida denominada codificao NRZ (Non Return to Zero), onde h a presena de dois nveis de tenso ou corrente, cada qual representando um dos dois smbolos digitais (0 ou 1).

Neste esquema definido um intervalo de sinalizao durante o qual o sinal permanece inalterado de forma a caracterizar o bit transmitido. O receptor deve procurar amostrar o sinal recebido no meio deste intervalo, onde o sinal j se encontra estvel, de forma a reconhecer o nvel de tenso ou corrente correto. Para uma amostragem correta, receptor e transmissor precisam ter relgios ajustados (sincronizados). Pode-se adotar duas estratgias bsicas para lidar com esse problema de sincronismo dos relgios: a transmisso assncrona e a transmisso sncrona.

2.6.1 Transmisso AssncronaNa transmisso assncrona, admite-se que a referncia de tempo do transmissor e do receptor no nica, apenas prxima, e tenta-se lidar com essas diferenas. A tcnica de codificao de dados utilizada nesta soluo usualmente a NRZ. No receptor, utiliza-se um oscilador com uma frequncia mltipla (n vezes maior) da frequncia do oscilador do transmissor. Detectado o incio de uma recepo, a amostragem se far depois de passados n/2 pulsos de relgio do receptor. Admitindo que a frequncia de oscilao do receptor tenha um erro de preciso, esta no ser maior do que uma frao de um perodo. Mesmo pequenas defasagens, aps um intervalo grande de transmisso, iro se acumular provocando o afastamento do instante de amostragem do centro do intervalo de sinalizao. Por esse motivo a transmisso assncrona orientada transmisso de caracteres (pequenas unidades de dados que variam, em geral, entre 5 e 8 bits) de forma a no permitir longas sequencias de bits. Para o funcionamento correto da recepo preciso um mecanismo que permita a deteco precisa do incio da recepo de um caractere. De posse desse mecanismo, a cada caractere teremos anulado toda a defasagem que por ventura tenha se acumulado no caractere anterior, pois comeamos a marcar novamente o meio dos bits, a partir do incio do primeiro bit do caractere corrente.

O bit de start marca o incio da transmisso de um caractere. O bit de start deve sempre apresentar uma transio inicial (de 1 para 0) de forma a marcar bem a sua presena e permitir o disparo da contagem no oscilador de recepo. Aps o bit de start, seguem-se o caractere, e mais um bit opcional de paridade. Por fim, um bit de stop colocado para marcar o fim do caractere, permitir que o receptor tenha um intervalo de tempo para ter acesso ao seu registro de recepo, e tambm para garantir a transio no incio do prximo bit de start do prximo caractere.


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2.6.2 Transmisso SncronaNa transmisso sncrona procura-se garantir a existncia de uma referncia nica de tempo para transmissor e receptor durante cada transmisso. A fim de alcanar este objetivo, envia-se dados e informao de sincronismo juntos em um mesmo canal, utilizando alguma tcnica de codificao. Ao receptor cabe separar esses dois sinais e, a partir do relgio recuperado, realizar a amostragem dos dados. So vrias as tcnicas de codificao usuais em redes de computadores para a transmisso conjunta de dados e informao de sincronismo em um mesmo canal. Todas elas baseiam-se em garantir a existncia de transies em qualquer que seja o padro de bits transmitidos. Tambm em todas as tcnicas h necessidade de envio de informao de sincronismo antes do incio da transmisso. A primeira tcnica de codificao, conhecida como codificao Manchester, a modulao em fase dos dados e relgio. Uma transio positiva no meio do intervalo de sinalizao representa o bit 1, enquanto uma transio negativa representa o bit 0. Como cada clula possui uma transio, o sinal carrega seu prprio pulso de relgio.

A segunda tcnica de codificao derivada da primeira e conhecida como codificao Manchester Diferencial. Nela, um bit 0 representado por uma mudana de polaridade no comeo da transmisso do bit. Um bit 1 representado por nenhuma troca de polaridade no comeo da transmisso do bit. No meio da transmisso do bit sempre h mudana de polaridade.

Durante a transmisso de dados, tanto a codificao Manchester quanto a codificao Manchester Diferencial apresentam transio no meio do intervalo de sinalizao. Em situaes especiais pode-se enviar smbolos especiais que no apresentam transies no meio do intervalo. Quando o sinal mantm-se em nvel baixo, representado o smbolo J. Quando o sinal mantm-se em nvel alto, representado o smbolo K. Uma outra caracterstica importante destas codificaes que a ausncia de transmisso pode ser detetada pela simples ausncia de transies no meio.

2.7 Tcnicas de Deteco de ErrosOs sistemas de comunicao devem ser projetados de forma a possibilitar a recuperao da informao perdida por erros causados pelo meio fsico. O primeiro passo para qualquer esquema de tratamento de erros a sua deteco. Todos os mtodos de deteco de erros so baseados na insero de bits extras na informao Redes de Computadores 2 20

transmitida. Esses bits so computados pelo transmissor atravs de algum algoritmo que tem como entrada os bits originais a serem transmitidos.

2.7.1 ParidadeA forma mais simples de redundncia para deteco de erros consiste na insero de um bit de paridade ao final de cada caractere de um quadro. O valor desse bit escolhido de forma a deixar todos os caracteres com um nmero par de bits (paridade par) ou com um nmero mpar de bits (paridade mpar). Caso um nmero par de bits tenha sido invertido o receptor no ser capaz de perceber a existncia do erro.

2.7.2 CRCNesse esquema, um quadro de k bits, representado por um polinmio em X, de ordem k-1, onde o coeficiente do termo Xi dado pelo (i+1)-simo bit da sequencia de k bits. Assim o quadro 10110001 seria representado pelo polinmio X7 + X5 + X4 + 1. No transmissor o polinmio de ordem k-1 dividido, em aritmtica mdulo 2, por um polinmio gerador de ordem n, tendo como resultado um quociente e um resto de ordem n-1. O transmissor gera em sua sada os k bits originais, seguidos dos n bits correspondentes ao polinmio obtido como resto da diviso (chamado de Frame Check Sequence - FCS). No receptor, um processo anlogo realizado. O resto desta diviso comparado com os n ltimos bits recebidos no quadro. Se os bits forem iguais, o receptor assume que recebeu os dados sem erros. Caso algum bit seja diferente, um erro detectado. Alguns polinmios geradores so largamente utilizados e padronizados. Como exemplo:

CRC-12 = X12+X11+X3+X2+X+1 CRC-16 = X16+X15+X2+1 CRC-CCITT = X16+X12+X5+l CRC-32 = X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1

O esquema baseado em CRC-12 utilizado em sequencias de caracteres de seis bits gerando um FCS de 12 bits. Tanto CRC-16 quanto CRC-CCITT so populares para sequencias de caracteres de oito bits, ambos resultando em FCS de 16 bits. O CRC-32 foi o escolhido pelo comit IEEE-802 para ser utilizado em redes locais, gerando um FCS de 32 bits.

2.7.3 Paridade CruzadaAplica-se o esquema de paridade nas linhas e colunas de uma mensagem de forma a poder detectar e corrigir o erro em 1 bit. Exemplo: Para enviar a mensagem 1001101101110000100001010111001100010101010 101001 com paridade cruzada par, monta-se 1001101 0 1011100 0 0010000 1 1010111 1 0011000 0 1010101 0 0101001 1 0110010 1 o que leva a transmisso de 1001101010111000001000011010111100110000101010100101 Redes de Computadores 2 21

001101100101.

2.8 Exerccios1) Qual a diferena entre sinal digital e sinal analgico? Qual o melhor deles para transmisso? Justifique. 2) O que intervalo de sinalizao? 3) Marque certo (C) ou errado (E): ( ) sinais digitais podem ser transmitidos em meios digitais ( ) sinais digitais podem ser transmitidos em meios analgicos ( ) sinais analgicos podem ser transmitidos em meios analgicos ( ) sinais analgicos podem ser transmitidos em meios digitais 4) Calcule quantos nveis so necessrios para transmitir um sinal tribit. 5) Qual a diferena entre se transmitir bits, dibits e tribits? 6) O que so a banda passante e a largura de banda de um sinal? 7) Qual a relao existente entre largura de banda e vazo mxima de um canal? 8) Quando se usa a multiplexao? Qual o benefcio que se obtm? 9) Como funciona a multiplexao na frequncia? 10) Como funciona a multiplexao no tempo? 11) Qual a diferena entre a FDM e a TDM? 12) Como o funcionamento do TDM sncrono e do TDM assncrono? Em que situao cada um deles melhor? 13) O que a tcnica de modulao? Para que serve? 14) Dado o sinal analgico da figura abaixo, qual seria a transmisso realizada caso fosse feita sua modulao usando 3 bits para representar os nveis de amostragem? Utilizar as barras verticais como intervalo de amostragem.

15) Diferencie comutao de circuitos e comutao de pacotes. Escolha o melhor para cada mdia (voz, dados e vdeo) justificando sua resposta. 16) Por que a transmisso assncrona dita orientada a caracteres enquanto a transmisso sncrona dita orientada a mensagens (quadros)? 17) Como funciona a paridade para a deteco de erros? 18) Qual esquema de deteco de erros foi escolhido pelo IEEE-802 para utilizao em redes locais?


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3. Meios de TransmissoPara transmitir um fluxo bruto de bits de uma mquina para outra vrios meios fsicos podem ser usados, cada um com suas caractersticas em termos de largura de banda, retardo, custo e facilidade de instalao e manuteno. Os meios fsicos so agrupados em meios guiados, como fios de cobre e fibras ticas, e em meios no-guiados, como as ondas de rdio.

3.1 Par TranadoUm par tranado consiste em dois fios de cobre encapados, enrolados em espiral. O tranado dos fios tem a finalidade de reduzir a interferncia eltrica entre o par de fios. Um cabo de par tranado pode percorrer diversos quilmetros sem necessidade de amplificao, mas quando se trata de distncias mais longas, necessria a utilizao de repetidores. Quando muitos pares tranados percorrem paralelamente uma distncia muito grande, eles so envolvidos por uma capa protetora. Se no estivessem tranados, esses pares provocariam muitas interferncias. Os pares tranados podem ser usados nas transmisses analgicas ou digitais. A largura de banda depende da espessura do fio e da distncia percorrida. Devido ao custo e ao desempenho obtidos, os pares tranados so usados em larga escala. A perda de energia no par tranado aumenta com o aumento da distncia. Essa perda de energia pode se dar por radiao ou por calor. A principal desvantagem do par tranado a sua susceptibilidade interferncia e ao rudo. Esses efeitos podem ser minimizados atravs de blindagem adequada. Existem diversos tipos de cabeamento de pares tranados, alguns dos quais so importantes para as redes de computadores. Os pares tranados para redes consistem em dois fios encapados cuidadosamente tranados. Em geral, quatro pares desse tipo so agrupados dentro de uma capa plstica protetora, onde so mantidos oito fios. Normalmente cada fio do cabo composto por um ncleo de cobre revestido com teflon, e os fios so agrupados dentro de uma capa plstica. Tal cabo conhecido como UTP (Unshielded Twisted Pair - Par Tranado sem Blindagem). Para situaes onde necessria uma maior proteo contra interferncias eletromagnticas existem cabos que possuem uma capa metlica em torno dos fios. Tal cabo conhecido como STP (Shielded Twisted Pair - Par Tranado Blindado).

Cabo UTP

Cabo STP

Segundo o padro ANSI/EIA 568 (American National Standards Institute/Electronic Industries Association), os cabos UTP obedecem s seguintes categorias:


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Categoria CAT 1 CAT 2 CAT 3 CAT 4 CAT 5

Descrio Utilizado normalmente em telefonia, suportando taxas de at 1 MHz. No mais padro. Utilizado em redes at 4 MHz. Foi comum em redes em anel de baixa velocidade. No mais padro. Suporta frequncias at 16 MHz. Comum em redes Ethernet 10 Mbps. Suporta frequncias at 20 MHz. Comum em redes em anel de 16 Mbps. No mais padro. Cabo com 4 pares suportando frequncias at 125 MHz. Utilizado em redes at 100 Mbps (2 pares) e 1 Gbps (4 pares). Tipicamente utilizado em redes Ethernet 100BaseTX e em redes ATM 155 Mbps. Foi substitudo pelo CAT 5E, no sendo mais suportado. CAT 5 enhanced. Utilizado em redes at 1 Gbps e experimentalmente em redes at 10 Gbps. Comum em redes Ethernet 100 Mbps, Gigabit Ethernet (1 Gbps) e ATM 155 Mbps. Oferece menos interferncia entre pares que o CAT 5. Assim como o CAT 3 e o CAT 5, foi projetado para utilizao com conectores RJ45. Cabo com 4 pares suportando frequncias at 250 MHz. O cabo aumenta a distncia entre os pares para diminuir a interferncia entre eles. Possui melhor desempenho que o CAT 5E para redes Gbps. Projetado para utilizao com conectores 8P8C (parecidos com RJ45).

CAT 5E

CAT 6

CAT 6A CAT 6 augmented. Cabo com 4 pares suportando frequncias at 500 MHz. Criado para utilizao em redes Ethernet 10 Gbps. CAT 7 Cabo com 4 pares suportando frequncias at 600 MHz. Projetado para redes 100 Gbps. Projetado para utilizar conectores GG45 ou TERA.

Conector RJ45

Conector 8P8C

Conector GG45

Conector TERA

3.2 Cabo CoaxialO cabo coaxial um meio de transmisso muito comum. Como mais protegido do que os pares tranados, ele pode percorrer distncias maiores em velocidades mais altas. Dois tipos de cabo coaxial so largamente utilizados. Um tipo, o cabo de 50 ohm, comumente usado nas transmisses digitais. O outro tipo, o cabo de 75 ohm, usado com frequncia nas transmisses analgicas. Um cabo coaxial consiste em um fio esticado na parte central (condutor interno), envolvido por um material isolante (dieltrico). O isolante protegido por um condutor cilndrico, geralmente uma malha slida entrelaada (condutor externo). O condutor externo coberto por uma camada plstica protetora (isolante).

Camadas do cabo coaxial Redes de Computadores 2 24

Existe uma grande variedade de cabos coaxiais, cada um com caractersticas especficas com relao faixa de frequncia, atenuao, imunidade a rudos e interferncia, etc. Os cabos de melhor qualidade so mais caros e difceis de manusear. Sua construo e blindagem proporcionam uma boa combinao de alta largura de banda e imunidade a rudos. Nos cabos de 1 Km pode se chegar a uma taxa de dados de 1 Gbps a 2 Gbps.

3.3 Fibra ticaUm sistema de transmisso tico tem trs componentes: a origem da luz, o meio de transmisso e o detetor. Convencionalmente, um pulso de luz representa um bit 1, e a ausncia de luz representa um bit 0. O detetor gera um pulso eltrico quando entra em contato com a luz. Quando instalada uma fonte de luz em uma extremidade de uma fibra tica e um detetor na outra, tem-se um sistema de transmisso de dados unidirecional que aceita um sinal eltrico, converte-o e transmite-o por pulsos de luz. Na extremidade de recepo, a sada reconvertida em um sinal eltrico. Quando um raio de luz passa de um meio para outro, por exemplo, da slica para o ar, o raio sofre uma refrao na fronteira slica/ar. O volume de refrao depende das propriedades dos dois meios fsicos. Nos ngulos cuja incidncia ultrapasse um determinado valor crtico, a luz refratada de volta para a slica sem que nada escape para o ar. Dessa forma, um feixe de luz que incide em um ngulo crtico, ou acima dele, permanece na fibra. Como qualquer feixe de luz que incidir na fronteira acima do ngulo crtico ser refletido internamente, muitos feixes ricochetearo formando ngulos diferentes. Como cada raio tem um modo especfico, uma fibra com essa propriedade chamada de fibra multimodo. No entanto, se o dimetro da fibra for reduzido a alguns comprimentos de onda de luz, a fibra agir como um guia de onda, e a luz s poder ser propagada em linha reta, sem ricochetear, produzindo dessa forma uma fibra monomodo. As fibras monomodo so mais caras, mas podem ser usadas em distncias maiores. As fibras monomodo atualmente disponveis podem transmitir dados a uma velocidade de muitos Gbps em uma distncia de 30 km. As fibras ticas so feitas de vidro, que produzido a partir da areia. A atenuao da luz atravs do vidro depende do comprimento de onda da luz. A atenuao do tipo de vidro usado nas fibras mostrada na figura abaixo em decibis por quilmetro linear de fibra.

A comunicao utiliza trs bandas de comprimento de onda. Elas so centralizadas em 0,85, 1,30 e 1,55 micra, respectivamente. As duas ltimas tm boas propriedades de atenuao (uma perda inferior a 5% por quilmetro). A banda de 0,85 mcron tem uma atenuao maior, mas nesse comprimento de onda os lasers e os chips podem ser produzidos a partir do mesmo material. As trs bandas tm entre 25 e 30 mil GHz de largura. Redes de Computadores 2 25

Os pulsos de luz enviados atravs de uma fibra se expandem medida que se propagam. Essa expanso chamada de disperso modal e seu volume vai depender do comprimento da onda. Uma forma de impedir que a expanso desses pulsos se sobreponha aumentar a distncia entre eles, o que implica na reduo da taxa de sinalizao. Mas quando os pulsos so produzidos com um formato especial relacionado ao recproco do co-seno hiperblico, todos os efeitos da disperso so cancelados e possvel enviar pulsos por milhares de quilmetros sem que haja uma distoro significativa. Esses pulsos so chamados de solitons.Ncleo (vidro) Revestimento (vidro) Cobertura (plstico)

Camadas de uma fibra tica O ncleo envolvido por uma proteo de vidro cujo ndice de refrao inferior ao do ncleo, para manter a luz no ncleo. Em seguida, h um revestimento plstico, que tem a finalidade de proteger a fibra. As fibras costumam ser agrupadas em feixes, protegidos por uma capa externa.

As fibras multimodo dividem-se em 2 tipos: multimodo degrau e multimodo com ndice gradual. As fibras multimodo degrau foram as primeiras a serem produzidas, e seu funcionamento baseado na reflexo total. O termo degrau refere-se a uma descontinuidade na mudana do ndice de refrao entre o ncleo e o revestimento de vidro. As fibras multimodo com ndice gradual tem seu ndice de refrao diminuindo gradualmente, de forma contnua. Os raios de luz vo gradativamente atingindo o ngulo crtico, quando ento so refletidos percorrendo o caminho inverso em direo ao ncleo. Como a luz tem maior velocidade nas partes com menor ndice de refrao, os raios que se afastam viajam a uma velocidade maior, apesar de percorrerem distncias maiores. Estes fatores se compensam evitando o problema da disperso modal. As fibras monomodo so produzidas com dimetros to pequenos que apenas um modo transmitido. Funcionam como um guia de ondas. Nos cabos de fibra multimodo degrau, o ncleo tem cerca de 100 m de dimetro, enquanto nos cabos de fibra multimodo com ndice gradual o ncleo tem cerca de 50 m de dimetro. Os cabos de fibra monomodo tem o ncleo com cerca de 9 m. As fibras podem ser conectadas de trs diferentes formas. Elas podem ter conectores em suas extremidades e serem conectadas em soquetes de fibra. Os conectores perdem de 10% a 20% da luz, mas facilitam a reconfigurao dos sistemas. Em uma segunda forma, elas podem ser encaixadas mecanicamente. Nesse caso, as duas extremidades so cuidadosamente colocadas uma perto da outra em uma luva especial e encaixadas em seguida. O alinhamento pode ser melhorado com a passagem de luz atravs da juno, seguido de pequenos ajustes cuja finalidade maximizar o sinal. As junes mecnicas resultam em uma perda de 10% da luz. Redes de Computadores 2 26

Uma ltima forma fundir dois pedaos de fibra de modo a formar uma conexo slida. Um encaixe por fuso quase to bom quanto uma fibra inteira, sofrendo apenas uma pequena atenuao. Nos trs tipos de encaixe, podem ocorrer reflexes no ponto de juno, e a energia refletida pode interferir no sinal. Duas fontes de luz podem ser usadas para fazer a sinalizao: os diodos emissores de luz (leds) e os lasers semicondutores. Eles tm diferentes propriedades, como mostra a tabela abaixo. Item Taxa de dados Modo Distncia Vida til Sensibilidade temperatura Custo LED Baixa Multimodo Pequena Longa Insignificante Baixo Laser Semicondutor Alta Multimodo ou monomodo Longa Curta Sensvel Alto

A extremidade de recepo de uma fibra tica consiste em um fotodiodo, que emite um pulso eltrico quando entra em contato com a luz. Um pulso de luz deve conduzir energia suficiente para ser detectado. Com pulsos de potncia suficiente, a taxa de erros pode se tornar arbitrariamente pequena. Fibras ticas so imunes a interferncias eletromagnticas e a rudos. Por no irradiarem luz para fora do cabo, no se verifica linha cruzada, permitindo um isolamento completo entre transmissor e receptor.

3.4 Transmisso Sem FioPor sua natureza a transmisso sem fio adequada tanto para ligaes ponto a ponto quanto para ligaes multiponto. uma alternativa vivel onde difcil a instalao de cabos e seu emprego importante para comunicaes entre computadores portteis em um ambiente de rede local. Tambm tem muita utilidade em aplicaes onde a confiabilidade do meio de transmisso indispensvel. A radiodifuso no adequada quando transitam pela rede dados sigilosos, uma vez que os dados transmitidos podem ser captados por qualquer antena prxima ou na direo do fluxo. Uma forma de minimizar este problema atravs da utilizao de algoritmos de criptografia.

3.4.1 RdioAs ondas de rdio so fceis de gerar, percorrem longas distncias e penetram em prdios facilmente. Elas tambm percorrem todas as direes a partir da origem. Portanto, o transmissor e o receptor no precisam estar alinhados. As propriedades das ondas de rdio dependem da frequncia Nas frequncias baixas, as ondas de rdio atravessam os obstculos, mas a potncia cai abruptamente medida que a distncia aumenta. Nas frequncias altas, as ondas de rdio tendem a viajar em linha reta e a ricochetear nos obstculos. Em todas as frequncias, as ondas de rdio esto sujeitas interferncia dos motores e outros equipamentos eltricos. Devido capacidade que as rdios tm de percorrer longas distncias, a interferncia entre os usurios um problema. Por essa razo, todos os governos exercem um rgido controle sobre os transmissores de rdio.


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3.4.2 Micro-ondasAcima de 100 MHz, as ondas trafegam em linha reta e por essa razo podem ser captadas com mais facilidade. A concentrao de toda a energia em um pequeno feixe atravs de uma antena parablica oferece um sinal muito mais alto para a relao de rudo, mas as antenas de transmisso e recepo devem ser alinhadas com o mximo de preciso. Alm disso, essa direcionalidade permite o alinhamento de vrios transmissores, fazendo com que eles se comuniquem com vrios receptores sem que haja interferncia. As micro-ondas no atravessam muito bem paredes slidas e outros objetos.

3.4.3 Ondas Milimtricas e InfravermelhasAs ondas milimtricas e infravermelhas sem guia so usadas em larga escala na comunicao de curto alcance. Essas ondas so relativamente direcionais, baratas e fceis de construir, mas no atravessam objetos slidos. O fato das ondas infravermelhas no atravessarem paredes pode ser visto como uma qualidade. por essa razo que um sistema infravermelho instalado em um ambiente fechado no interfere em um sistema semelhante instalado em salas adjacentes. E por essa razo que os sistemas infravermelhos so mais seguros do que os sistemas de rdio, prevenindo-os contra eventuais espionagens eletrnicas.

3.4.4 Ondas de LuzUma aplicao moderna consiste em utilizar ondas de luz para conectar LANs em dois prdios atravs de raios laser instalados em seus telhados. Pela sua prpria natureza, a sinalizao tica coerente que utiliza raios laser unidirecional. Uma das desvantagens dos feixes de raios laser que eles no so capazes de penetrar a chuva ou a neblina. Ainda, o calor do sol pode fazer com que emanem correntes de conveco do telhado do prdio, fazendo com que a trajetria do laser seja alterada.

3.5 Rdio Celular3.5.1 Telefones Celulares AnalgicosEm 1946, o primeiro sistema para telefones baseados em automveis foi criado. Ele utilizava um nico transmissor no topo de um edifcio alto e tinha um nico canal, usado para transmisses e recepes. Para conversar, o usurio tinha de apertar um boto que ativava o transmissor e desativava o receptor. Tais sistemas foram instalados em diversas cidades a partir dos anos 50. Na dcada de 60, o IMTS (Improved Mobile Telephone System) foi instalado. Ele tambm utilizava um transmissor de alta potncia no topo de uma montanha, mas agora tinha duas frequncias, uma para transmisso e outra para recepo. O IMTS suportava 23 canais espalhados pelas frequncias de 150 a 450 MHz. Por causa do pequeno nmero de canais, os usurios sempre tinham de esperar muito tempo antes de obter um tom de discagem. Alm disso, devido alta potncia do transmissor, os sistemas adjacentes tinham de estar a diversos quilmetros de distncia para evitar a interferncia. 3.5.1.1 AMPS (Advanced Mobile Phone System) No AMPS, uma regio geogrfica dividida em clulas, cada uma utilizando alguns conjuntos de frequncias A ideia principal que torna o AMPS muito mais capaz do que os sistemas anteriores o uso de clulas relativamente pequenas, e a reutilizao de frequncias em clulas prximas (mas no adjacentes). Enquanto um sistema IMTS com um alcance de 100 Km pode ter uma chamada em cada frequncia, um sistema AMPS pode ter 100 clulas de 10 Km na mesma rea e capaz de estabelecer de 5 a 10 chamadas em cada frequncia, em clulas amplamente separadas. Redes de Computadores 2 28

Alm disso, clulas menores significam menor necessidade de energia, o que possibilita a existncia de dispositivos menores e mais baratos.B B G A F E G A F E D D B C C F E G A D C

Em uma rea em que o nmero de usurios cresceu a ponto de o sistema se tornar sobrecarregado, a potncia reduzida e as clulas so divididas em clulas menores para permitir uma maior reutilizao da frequncia O tamanho que as clulas devem ter uma questo complexa. No centro de cada clula h uma estao de base para onde transmitem todos os telefones da clula. A estao de base consiste em um computador e um transmissor/receptor conectados a uma antena. Em um sistema de pequeno porte, todas as estaes de base so conectadas a um dispositivo chamado MTSO (Mobile Telephone Switching Office). Em um sistema maior podem ser necessrios diversos MTSOs, conectados por um MTSO de segundo nvel. A qualquer instante, cada telefone mvel ocupa logicamente uma clula especifica e est sob o controle da estao de base dessa clula. Quando um telefone mvel deixa uma clula, sua estao de base detecta que o sinal do telefone est se enfraquecendo e questiona todas as estaes de base vizinhas quanto quantidade de energia que elas esto obtendo desse sinal. Em seguida, a estao de base faz a transferncia para a clula que est obtendo o sinal mais forte, ou seja, a clula em que o telefone est localizado no momento. O telefone , ento, informado de quem a sua nova estao de base, e se houver uma chamada em andamento, ele ser solicitado a alternar para outro canal.

3.6 SatliteUm satlite de comunicao pode ser considerado como um repetidor de microondas no cu. Ele contm diversos transponders; cada um ouvindo uma parte do espectro, amplificando os sinais de entrada e transmitindo esses sinais em outra frequncia Os feixes podem ser largos, cobrindo uma frao substancial da superfcie terrestre, ou estreitos, cobrindo apenas uma rea. O perodo orbital de um satlite varia de acordo com seu raio orbital. Prximo superfcie terrestre, o perodo de cerca de 90 min. Em uma altitude de aproximadamente 36.000 Km acima do equador, o perodo do satlite de 24 horas. Portanto, ele gira na mesma velocidade que a Terra. Um observador examinando um satlite em uma rbita equatorial circular o v parado em um local fixo no cu, aparentemente imvel. Um satlite com esta propriedade conhecido como um satlite geoestacionrio. Um satlite tpico possui de 10 a 20 transponders, cada um com uma largura de banda de 36 a 50 MHz. Um transponder de 50 Mbps pode ser usado para codificar um nico fluxo de dados de 50 Mbps, 800 canais de voz digitais de 64 Kbps ou outras combinaes. Dois transponders podem usar polarizaes diferentes do sinal, podendo usar a mesma banda de frequncia sem que haja interferncia. Os primeiros satlites tinham um feixe espacial que iluminava toda a Terra. Atualmente cada satlite equipado com diversas antenas e vrios transponders. Cada feixe descendente pode ser focalizado em uma pequena rea geogrfica, permitindo diversas transmisses ascendentes e descendentes simultaneamente. Apesar de os sinais enviados e recebidos por um satlite trafegarem na velocidade da luz (aproximadamente 300.000 Km/s), a distncia de ida e volta introduz um retardo substancial. Dependendo da distncia entre o usurio e a estao em terra e da elevao do satlite acima do Redes de Computadores 2 29

horizonte, o tempo de trnsito de um ponto a outro fica entre 250 e 300 ms. Outra propriedade importante dos satlites que eles so basicamente meios de difuso. Enviar uma mensagem para milhares de estaes localizadas no dimetro de um transponder no custa mais caro do que enviar para apenas uma. Para algumas aplicaes, essa propriedade muito til. Por outro lado, do ponto de vista da segurana e da privacidade, esta propriedade no das melhores. A criptografia essencial quando a segurana necessria.

3.6.1 Satlites de Baixa rbitaDurante os primeiros 30 anos da era do satlite, os satlites de baixa rbita raramente eram usados para comunicao porque apareciam e desapareciam de vista muito rapidamente. Em 1990, a Motorola deu incio a um novo empreendimento e solicitou permisso para lanar 77 satlites de baixa rbita para o projeto Iridium. Mais tarde, o projeto foi revisado no sentido de se usar apenas 66 satlites. A ideia era que assim que um satlite estivesse fora de vista, outro o substituiria. O objetivo bsico do Iridium fornecer um servio de telecomunicaes de amplitude mundial atravs de dispositivos portteis que se comunicam diretamente com os satlites Iridium. H servios de voz, dados, paging, fax e navegao em qualquer lugar da terra. No Iridium, cada satlite possui um nmero substancial de feixes pontuais que varrem a Terra medida que o satlite se move. Portanto, nesse sistema as clulas e os usurios so mveis, mas as tcnicas usadas para o rdio celular so igualmente aplicveis tanto no caso de a clula deixar o usurio quanto no caso de o usurio deixar a clula. Os satlites devem ser posicionados a uma altitude de 750 Km, em rbitas polares circulares. Cada satlite teria um mximo de 48 feixes pontuais, com um total de 1.628 clulas sobre a superfcie da Terra.

3.7 Exerccios1) Por que os fios em um cabo de par tranado precisam estar enrolados em forma de espiral? 2) Para cabos de par tranado, qual a diferena entre os cabos UTP e STP? 3) Os cabos de par tranados so classificados em categorias. O que se pode afirmar sobre um cabo que tem nmero de categoria maior que outro? 4) Qual a principal desvantagem do par tranado em relao ao cabo coaxial e fibra tica? 5) Alm de conduzir sinais, que outra funo tem o condutor externo de um cabo coaxial? 6) Explique o fenmeno que mantm a luz dentro de uma fibra tica. 7) O que diferencia fibras monomodo de fibras multimodo? Qual delas capaz de levar sinais de luz a distncias maiores sem necessidade de repetidores para o reconhecimento do sinal? 8) Cite uma vantagem de se utilizar laser e uma vantagem de se utilizar led como fonte de luz para uma fibra tica. 9) O que se pode falar sobre interferncias e rudos em fibras ticas? 10) Em termos de distncia alcanada, o que se pode afirmar sobre os cabos de par tranado, coaxial e fibra tica? 11) O que se pode afirmar sobre a confiabilidade e a confidencialidade em transmisso de dados via radiodifuso? 12) Cite uma vantagem das microondas sobre as ondas de rdio. 13) Qual a vantagem de se dividir uma rea em clulas para comunicao mvel? Redes de Computadores 2 30

14) O que ocorre quando um aparelho de comunicao mvel deixa uma clula e entra em outra enquanto existe uma conversao? 15) Um satlite pode utilizar a mesma faixa de frequncia para se comunicar com regies diferentes da Terra? Explique. 16) O que um satlite geoestacionrio? Por que um satlite de baixa rbita no pode ser geoestacionrio?


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4. Camada de Enlace de DadosNa camada de enlace de dados so tratados algoritmos que permitem uma comunicao eficiente e confivel entre dois computadores adjacentes. As duas mquinas devem estar fisicamente conectadas atravs de um canal de comunicao cujos bits so transmitidos na ordem exata em que so enviados. Os protocolos usados na comunicao devem levar em conta que canais de comunicao produzem erros ocasionais, possuem uma taxa de dados finita e h um retardo de propagao diferente de zero entre o momento em que o bit enviado at o momento em que ele recebido.

4.1 Servios Oferecidos Camada de RedeA funo da camada de enlace de dados fornecer servios camada de rede. O principal deles transferir dados da camada de rede da mquina origem para a camada de rede da mquina destino. Uma entidade da camada de rede envia bits para a camada de enlace de dados a fim de que sejam transmitidos a seu destinatrio. A camada de enlace de dados pode ser projetada de modo a oferecer diversos servios, que podem variar de sistema para sistema. Trs possibilidades oferecidas com frequncia so:

Servio sem conexo e sem confirmao Servio sem conexo com confirmao Servio orientado conexo

O servio sem conexo e sem confirmao consiste na situao em que a mquina origem envia quadros independentes mquina destino, e no necessrio que a mquina destino confirme o recebimento desses quadros. Nenhuma conexo estabelecida ou liberada durante o processo. Se um quadro for perdido no haver qualquer tentativa de recuper-lo na camada de enlace de dados. No servio sem conexo com confirmao ainda no h conexes sendo usadas, mas cada quadro enviado confirmado. Dessa forma, o transmissor fica sabendo se um quadro chegou ou no. Caso no tenha chegado o quadro poder ser reenviado. Oferecer recursos de confirmao em nvel da camada de enlace e dados uma questo de otimizao, e no uma obrigatoriedade. A camada de transporte sempre pode enviar uma mensagem e esperar at que ela seja confirmada. Se a confirmao no chegar o transmissor poder enviar a parte perdida da mensagem mais uma vez. Com o servio orientado conexo, as mquinas origem e destino estabelecem uma conexo antes de os dados serem transferidos. Os quadros enviados durante a conexo so numerados e a camada de enlace de dados garante que todos eles sejam realmente recebidos uma nica vez e na ordem correta. Os servios orientados conexo fornecem s entidades da camada de rede o equivalente a um fluxo de bits confivel.

4.2 EnquadramentoPara oferecer servios camada de rede, a camada de enlace de dados deve usar o servio fornecido pela camada fsica. A camada fsica aceita um fluxo de bits bruto e tenta entreg-lo no destino. O nmero de bits recebidos pode ser menor, igual ou maior do que o nmero de bits transmitido, e eles podem ter valores diferentes dos bits originalmente transmitidos. A camada de enlace de dados responsvel por detectar, e se necessrio, corrigir os erros. Para que ela consiga realizar esta tarefa preciso fazer o enquadramento. Redes de Computadores 2 32

A estratgia adotada pela camada de enlace de dados dividir o fluxo de bits em quadros e calcular o checksum em relao cada quadro, enviando o checksum em um campo FCS. Quando um quadro chega a seu destino o checksum recalculado e, se for diferente do contido no quadro, a camada de enlace de dados saber que houve um erro e tomar providencias para corrigi-lo (mesmo que simplesmente descartando-o). Para a diviso do fluxo de bits em quadros podem ser adotados os seguintes mtodos:

Contagem de caracteres Caracteres iniciais e finais com insero de caracteres (character stuffing) Flags iniciais e finais com insero de bits (bit stuffing) Violaes de codificao da camada fsica

A contagem de caracteres utiliza um campo do cabealho para especificar o nmero de caracteres do quadro. Quando vir a contagem de caracteres, a camada de enlace de dados do destino saber quantos caracteres devero ser recebidos e onde se encontra o fim do quadro. O problema com esse algoritmo que a contagem pode ser adulterada por um erro de transmisso, fazendo com que o destino saia de sincronia e no seja capaz de localizar o incio do quadro seguinte.

Quando se utiliza caracteres iniciais e finais com insero de caracteres o problema de ressincronizao aps um erro resolvido pois cada quadro comea com uma sequencia de caracteres especial e termina com outra sequencia (por exemplo, DLE STX para o incio e DLE ETX para o final). Assim, se o destino perder o controle das fronteiras, ele precisar apenas localizar os caracteres de incio ou final. Um problema ocorre quando dados binrios so transmitidos, podendo acontecer dos caracteres de demarcao do quadro fazerem parte dos dados. Uma forma de solucionar esse problema fazer com que a camada de enlace de dados do transmissor inclua um caractere DLE antes de cada caractere DLE presente acidentalmente nos dados. A camada de enlace de dados do receptor remove a sequencia antes dos dados serem passados para a camada de rede. Essa tcnica chamada de insero de caracteres (character stuffing). A tcnica de utilizao de flags iniciais e finais com insero de bits (bit stuffing) permite que os quadros de dados contenham um nmero arbitrrio de bits e possibilita o uso de cdigos de caractere com um nmero arbitrrio de bits por caractere. Cada quadro comea e termina com um padro de bits, 01111110, chamado de byte de flag. Para evitar que o byte de flag aparea na sequencia de dados, sempre que encontrado cinco 1s consecutivos nos dados, o transmissor da camada de enlace de dados insere um bit 0 no fluxo de bits que est sendo enviado. Essa insero de bits (bit stuffing) semelhante insero de caracteres. Quando recebe cinco bits 1 seguidos de um bit 0, o receptor remove o bit 0. A insero de bits completamente transparente para a camada de rede de ambos os computadores. A violao de codificao da camada fsica s se aplica a redes nas quais a decodificao do meio fsico contm algum tipo de redundncia. Normalmente, um bit 1 um par baixo-alto, e um bit 0 um par alto-baixo. As combinaes alto-alto e baixo-baixo no so usadas para dados. O esquema significa que todos os bits de dados tm uma transio no meio, o que facilita a localizao das fronteiras de bits por parte do receptor quando se enviam delimitados que no possuam combinaes alto-alto e/ou baixo-baixo. Redes de Computadores 2 33

4.3 Controle de Erros funo do nvel de enlace de dados detectar e, opcionalmente, corrigir os erros que porventura ocorram no nvel fsico. Mas como ter certeza de que todos os quadros sero entregues na camada de rede no destino na ordem correta? Esta uma questo importante para servios confiveis orientados conexo. A forma mais comum de garantir uma entrega confivel dar ao transmissor alguma informao sobre a recepo dos quadros. Normalmente o receptor retorna quadros de controle com confirmaes positivas ou negativas sobre os quadros recebidos. Esta informao pode ser transportada de carona em um campo de controle de um quadro de dados (piggybacking). Problemas podem ocorrer quando dados se perdem completamente, fazendo com que o receptor no envie qualquer tipo de confirmao ao transmissor. Se o protocolo ficar aguardando uma confirmao permanecer suspenso para sempre. Esse problema solucionado com a utilizao de temporizadores. O temporizador ajustado para avisar ao protocolo quando decorreu muito tempo da transmisso de um quadro e ele no foi confirmado, fazendo com que o transmissor retransmita o quadro. No entanto, se o quadro chegar corretamente e sua confirmao for perdida, o quadro ser retransmitido indevidamente. A soluo atribuir nmeros de sequencia aos quadros enviados para que o receptor possa distinguir as retransmisses dos originais. Os trs algoritmos mais utilizados para controlar erros so:

bit alternado (stop-and-wait) janela n com retransmisso integral (go-back-n) janela n com retransmisso seletiva (selective-repeat)

No algoritmo bit alternado o transmissor s envia um novo quadro quando recebe a confirmao do quadro enviado anteriormente. Como existe no mximo um quadro aguardando confirmao preciso apenas 1 bit para a numerao dos mesmos. O algoritmo bit alternado bastante simples, porm pouco eficiente. Para aumentar a eficincia foram elaborados protocolos que permitem enviar vrios quadros mesmo sem a confirmao dos quadros enviados anteriormente. O nmero mximo de quadros que podem ser enviados sem que tenha chegado uma confirmao define a largura da janela de transmisso. Quando ocorre um erro, dois procedimentos podem ser utilizados para sua recuperao: retransmisso integral e retransmisso seletiva. No algoritmo janela n com retransmisso integral todos os quadro a partir do que no foi confirmado so retransmitidos. J no

apostila redes 2

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