3 Camada de ligação de dados

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

3 – Camada de ligação de dados

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Responsável: Data: Versão Pág.:

3.1 Sincronis mo detecç ão e cor recção de err os

(3)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

3.1.1 Trans miss ão assí ncrona e síncr ona de dados

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Alfabeto ASCII para transmissão de dados

Tabela ASCII

Introdução

Tabela “Standard” Codifica 7

bit = 27₌_{128 caracteres}

Tabela “Extended” Codifica 8

bit = 28₌_{256 caracteres}

Outras Codificações:

EBCDIC – IBM – 8 bit IA5 – ITU-T – 7 bit

Mais informações:

http://www.lookuptables.com/

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Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Transmissão assíncrona de dados (caracter a caracter)

• Os

relógios

do emissores e receptor

não estão sincronizados

(

independentes

)

• Cada caracter (7 ou 8 bits) é tratado independentemente das transições do

sinal digital (relógio)

• O Receptor sincroniza-se no

início de cada caracter

recebido

•Ex: Comunicação entre Terminal e Computador central. Comunicação entre PC’s utilizando a

porta RS232C

• Dois níveis de sincronismo: de

bit/caracter

(Nível 1) e de

trama

(Nível 2)

Utilizada quando os fluxos de dados a transmitir são gerados em intervalos aleatórios

• Mensagens (tramas) são

delimitadas

por caracteres de

controlo

do

alfabeto ASCII ou EBCDIC

Introdução

Introdução

Este modo é

orientado ao caracter

. (Além de transmitirem caracter a caracter,

(6)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

• Os relógios do emissores e receptor estão sincronizados

(O relógio do receptor

depende do relógio do emissor)

• Cada bloco de bits (trama) é tratado como uma emissão contígua de dados

• O Receptor mantêm-se

sincronizado com o feixe de bits

recebido durante todo o

bloco (trama).

•Ex: Orientadas ao caracter: (em desuso) – Redes antigas de computadores e terminais Orientadas ao bit: - Redes locais e redes públicas de dados

• O Sincronismo pode ser efectuado de

duas

formas:

1 – Recorrendo a dois pares de fios adicionaispara envio do sinal de relógio(Exemplo

das séries V e RS -> V.35, RS449... Através dos sinais RxClk e TxClk e ExtClk)

2 – Recorrendo à utilização de códigos auto-sincronizáveis(Exemplo: Manchester nas

redes locais, HDB3 para Longa distância....)

Este modo pode ser: orientado ao bit e orientado ao caracter.

Introdução

(7)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

3.1.1.1 Trans mis são ass íncrona de dados

(8)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

•Utilizada entre o Terminal e o computador central ou entre o terminal e o equipamento de acesso à rede.

•Não utilizada entre nós de rede ou entre Computadores centrais

•A linha está no estado IDLE durante relativamente grandes períodos de tempo

- Start bit:

- Cada caracter ASCII encapsulado entre Start e Stopbit

- Amostragem (relógio) centrode cada bit

Transmissão assíncrona de dados

e o equipamento de acesso à rede.

- 1ª transição 1->0 (Mark -> Space) após Período Idle - Duração de 1 tempo de bit

- Stop bit:

- Linha a 1 (Mark)

- Duração de 1 ,1.5 ou 2 tempos de bit

- Constituídos por 7 ou 8 bits (ex: ASCII)

(9)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Variação no relógio receptor

Transmissão assíncrona de dados

Efeitos da variação do relógio no receptor relativamente ao emissor

Devido aos relógios não sincronizados (free running)

Relógio do receptor pode-se atrasar ou adiantar relativamente ao emissor Esta variação conduz a erros na transmissão dos dados

Relógio do receptor mais rápido (adiantado) relativamente ao emissor

Relógio do emissor

Relógio do receptor

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Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

• Desvio máximo do relógio no receptor

•O desvio máximo permitido do relógio no receptor relativamente ao do emissor deve ser tempo bit no final do último bit 4 4 RxC TxC Start bit Stop bit Idle Idle s T 5 , 0 1,5Ts2,5T_s3,5T_s4,5T_s5,5T_s6,5T_s7,5T_s8,5T_s9,5T_s r T 5 , 0 1,5Tr2,5Tr3,5Tr4,5Tr5,5Tr6,5Tr7,5Tr8,5Tr9,5Tr s T 10 s T 9

- Cálculo do intervalo de variação máximo do relógio no receptor relativamente ao do emissor:

053 . 1 947 . 0 10 5 , 9 9 < < ⇔ < < s r s r s T T T T T

- Neste caso, o desvio máximo permitido no período de RxC =

±

5 ,

3 %

3 3 2 2 1 1 55 66 77 88 5 , 0 1 5 , 0 + + < < + n n T T n n s r

Generalizando:

T

s Período de TxC = Duração de bit r

T

_{Período de RxC = Duração de bit}

n

_{Nº de bits constituintes do bloco de dados e paridade}

(excepto start e stop bit = Início e fim do sincronismo) (Depende de )

n

Transmissão assíncrona de dados

Efeitos da variação do relógio no receptor relativamente ao emissor

(4.1)

2 1 ±

ounTs <

(

n +0,5

)

Tr <

(

n +1

)

Ts

Ou desvio máximo (segundos) tem que ser menor que metade de Ts

n r T n b s . . 2 1 2 ⇔ ∆ < ± ± < ∆

_(4.2)

∆

Desvio (segundos) entre relógio Rx e Tx ao fim de n bits:

(11)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

•A percentagem de OverHeadrelativa ao sincronismo é expressa por

Transmissão assíncrona de dados

OverHead provocado pelos caracteres de sincronização

OverHead de sincronis mo % 20 10 2 OverHead = =

Considerações sobre transmissão assíncrona de dados

•Quanto maior o nº de bits da mensagem, menor será o desvio máximo admissível do relógio Rx

relativo a Tx (ver equação 4.2)

•O “OverHead” neste tipo de transmissão é elevado, limitando a eficiência.

% 100 dos transmiti bits de total Nº o sincronism para Bits Nº OverHead = ×

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

•Na prática, para facilitar os circuitos de sincronização, o relógio do receptor é multiplicado por

Transmissão assíncrona de dados

Sincronismo de bit na prática

Exemplos práticos

(13)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Transmissão assíncrona de dados

Sincronismo de bit na prática

•A decisão no receptor é tomada após atingir a maioriados ciclos de relógio por cada tempo de bit

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Sincronização de trama

para de blocos de dados contendo caracteres de texto

•Encapsulamento dos blocos com dois caracteres especiais STX/ETX

STX- “Start of Text” Sinaliza o início de uma trama de informação (ou dados) ETX- “End of Text” Sinaliza o final de uma trama de informação (ou dados)

•Além da sincronização de bit/caracter (Start /Stop),sincronização de trama (STX/ETX)

Trama de dados

Transmissão assíncrona de dados

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Transparência dos dados na transmissão orientada ao caracter

•No caso de transmissão binária, um conjunto de 8 bit pode coincidir com os caracteres STX e ETX

•Conduz a que o receptor termine a recepção incorrectamente

• Solução:

Introduzir um novo caracter de controlo: DLE (data link escape)

Trama de dados

Caracter ou byte stuffing

Caracter stuffing ou byte stuffing

Emissor:Após a transmissão da sequência DLE-STX, inspecciona cada byte na trama antes de emitir para verificar se este é igual ao caracter DLE. Caso o seja, é introduzido um segundo DLEantes do

próximo byte.

Receptor: Após recepção da sequência DLE-STX (início de trama), caso encontre um DLE, vai verificar o próximo byte. Se fôr DLE, descarta-o e continua. Se fôr ETX significa o final da trama.

Transmissão assíncrona de dados

Transparência dos dados

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

3.1.1.2

Transmissão síncrona de dados

(17)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Relógio

embebido

no sinal (clock encoding codes)

• Sinal tem

todas as transições de relógio

• Adequado a redes locais (LAN)

• Ex: Códigos

Manchester bipolar e diferencial

Relógio

mantido em sincronismo

com o sinal

• Sinal

tem algumas das transições de relógio

• Adequado a redes alargadas (WAN)

• Ex: AMI, B8ZS, HDB3, 2B1Q, 4B3T

Sincronização de bit (Nível 1)

Relógio fornecido por condutores separados do sinal

• Ex: Séries V do ITU-T (V.35, V.36, etc..) curtas distâncias ou ligação a modems para WAN’s

Transmissão síncrona de dados

Códigos

auto sincronizáveis

Sincronização de bit

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Gerador de sinal de rel

Gerador de sinal de relóógiogio

DTE DCE

Nº Circuito

ITU-T Sinal Pino Sentido Pino Sinal

Nº Circuito ITU-T 103 Tx 2 2 Tx 103 104 Rx 3 3 Rx 104 114 Txclk 15 15 Txclk 114 115 Rxclk 17 17 Rxclk 115 DCE DCE Nº Circuito

ITU-T Sinal Pino Sentido Pino Sinal

Nº Circuito ITU-T 103 Tx 2 3 Rx 104 104 Rx 3 2 Tx 103 114 Txclk 15 17 Rxclk 115 115 Rxclk 17 15 Txclk 114

Gerador de sinal de rel

Gerador de sinal de relóógiogio Gerador de sinal de relGerador de sinal de relóógiogio

•Exemplos de configurações para interfaces séries V ou RS

114 / 115

114 / 115 Cruzada

•Relógio fornecido por condutores separados do sinal

Apenas DCE gera relógio

Ambos os equipamentos

geram relógio

114 -> Sinal relógio relativo a TX sentido DCE->DTE 115 -> Sinal relógio relativo a RX sentido DCE->DTE 113 -> Sinal relógio relativo a TX sentido DTE->DCE

Denominação ITU-T

Sincronização de bit

Transmissão síncrona de dados

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

•Relógio embebido no sinal – LAN’s (Manchester, etc...)

• Emissor com codificação de relógio

• Receptor com

extracção de relógio

(oscilador local sincronizado com o emissor)

DPLL -> Utiliza as transições 1->0 e 0->1para manter o oscilador local sincronizado ao longo de

um período de tempo relativamente longo

Sincronização de bit

Transmissão síncrona de dados

(20)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Transmissão

síncrona

orientada ao

caracter

Transmissão

síncrona

orientada ao

bit

-Utilizam caracteres especiais de controlopara

obtenção de sincronismo de bit e trama (SYN)

-Utilizam padrões de bits para delimitar a

trama (FLAGs) (Sinc. de trama)

-Usada no início em transferência ficheiros ASCII

-Utilizam padrões de bits antes da trama

(preâmbulo) para sincronizar o receptor (Sinc. de bit)

-Usada em transferência binária de dados

Sincronização de trama

Sincronização de trama (Nível 2)

(21)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

• Devido à ausência de caracteres START/STOP são adicionados caracteres de sincronismo

(SYN) antes de cada bloco de dados

Transmissão síncrona orientada ao

caracter

Formato da trama

• Relativamente ineficiente devido à introdução de caracteres adicionais de sincronismo

Transmissão síncrona de dados

Transmissão síncrona orientada ao carácter

• Trama delimitada pela sequência de caracteres

DLE-STX e DLE-ETX

Caracteres de sincronização

Início da trama Dados Fim da trama

(22)

Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Obtenção do sincronismo: 1º Hunt, depois sincronismo

Transmissão assíncrona

Transparência dos dados (Character Stuffing)

Transmissão síncrona orientada ao

caracter

Transmissão síncrona de dados

Transparência dos dados: Character stuffing como na

(23)

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Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Transmissão síncrona orientada ao bit

•Método universal para transmissão de dados binários e de caracteres ASCII, EBCDIC, etc.

•Mais eficiente que o orientado ao caracter

•Utilização em topologias ponto a ponto e ponto multiponto

•Utilização em redes locais (LAN) e alargadas (WAN)

Sincronismo de trama orientado ao bit

• Métodos para sincronismo de trama

•Delimitação da trama por FLAGS: padrão = 01111110 (WAN’s)

•Delimitação da trama por SOF (start of frame): padrão = 10101010 e indicação de

comprimento (LAN’s)

•Delimitação da trama por violações de código (LAN’s)

Transmissão síncrona orientada ao bit

Transmissão síncrona de dados

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Interfaces e transmissão de dados

Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Delimitação por FLAG

•De modo a garantir que o padrão de bits da flag não surge dentro da trama recorre-se à inserção de 1 zero

após um padrão de 5 1’s consecutivos - 11111.... (bit stuffing) antes da transmissão. Na recepção este zero

é removido ( O receptor ao receber 5 1’s consecutivos seguidos de 1 zero, removeeste zero.

Transparência dos dados (Bit Stuffing)

Transmissão síncrona orientada ao bit

Transmissão síncrona de dados

(25)

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Camada de ligação de dados. Sincronismo e detecção de erros

Transmissão síncrona orientada ao bit

Delimitação por SOF e indicador de comprimento

Delimitação por violação de código (exemplo: Manchester)

J: Significa que o nível do sinal mantêm-se igualao nível anterior durante todo o período de bit (em vez de ½ período)

K: Significa que o nível do sinal mantêm-se opostoao nível anterior durante todo o período de bit (em vez de ½ período)

Transmissão síncrona de dados

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Exercicios aplicação

Exercicios de aplicação

1) Considere uma transmissão de dados em que se pretende enviar o conjunto de caracteres:“112(espaço) “, codificado da seguinte forma: 1 - “ 1111 1001”; 2 – “1111 0010”; Espaço: –“ 0100 0000”;

(Nota: STX – “0000 0010” ; ETX – “0000 0011”)

a) Admitindo que se recorre a transmissão assíncrona, caracter a caracter, utilizando 8 bits de dados, um

“start bit” e dois “stop bit”, escreva a sequência de bits que deve ser enviada para a linha codificada em NRZ-L polar , incluindo a delimitação que achar conveniente para garantir o sincronismo de caracter.

b) Calcule o o desvio máximo percentual que o relógio do receptor pode ter relativamente ao relógio do

emissor de modo a que não existam erros. (Acompanhe a resposta com um diagrama que fundamente os cálculos efectuados)

b) Calcule o comprimento máximo em bits de cada caracter, de modo a garantir um desvio máximo de +-3.2258% do relógio do receptor relativamente ao relógio do emissor.

c) Calcule a fracção da capacidade do canal utilizada para sincronismo de caracter e de trama (Overhead de sincronismo), no envio da mensagem.

d) Admita agora que se utiliza uma transmissão síncrona orientada ao bit. Explique a finalidade e o

funcionamento do mecanismo bit stuffing. Escreva a sequência binária transmitida, assinalando as flags e os eventuais bits stuffed.

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Referências

Halsall –Data Communications, Computer Networks and Open Systems 4th Edition Cap. III (Transmissão de dados) Stallings – Data and Computer communications Cap. VI (Transmissão de dados e correcção de erros)

Ahmad –Data Communications Principles for fixed and mobile networks Cap. V (Camada ligação dados ) Leon Garcia – Communication Networks, Cap. III (Detecção e correcção de erros)

Glover & Grant –Digital Communications Cap. X (Transmissão de dados) Purser – Introduction to error correction codes Cap. I (Introduction)

Gilbert Held –Data Communications Networking devices Cap I (Error Detection and Correction) Tanembaum –Computer Networks 4th Edition Cap. II (data link layer)

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