Modelo de Referência OSI. Modelo de Referência OSI. Modelo de Referência OSI. Nível Físico (1)

(1)

Redes e Sistemas Distribuídos Profa. Cristina Nunes

Modelo de Referência OSI

OSI (Open Systems Interconnection)

Criado pela ISO (International Standards

Organization)

É um modelo abstrato que relaciona funções e

serviços de comunicações em sete camadas.

Cada camada oferece serviços de

comunicação à camada superior.

Em um sistema, cada camada N “conversa”

com sua par no outro lado, através de um

protocolo da camada N.

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Modelo de Referência OSI

Protocolo de transporte Máquina A Sessão Transporte Rede Enlace Físico Aplicação Apresentação SPDU TPDU pacote quadro bit Máquina B APDU PPDU Protocolo de sessão Protocolo de apresentação Protocolo de aplicação SUB-REDE DE COMUNICAÇÕES Roteador Roteador

(2)

Modelo de Referência OSI

Nível de Enlace (2)

Converte um canal de transmissão físico não

confiável em um canal confiável de transmissão

• Enquadramento.

– bits de delimitação de quadros

• Detecção e recuperação de erros.

– redundância

• Controle de fluxo

– controle de emissão, como, por exemplo, janela deslizante.

Modelo de Referência OSI

Nível de Rede (3)

Endereçamento, seqüenciamento e roteamento.

• datagrama: não orientado à conexão

• circuito virtual: orientado à conexão

Interconexão entre redes heterogêneas.

Modelo de Referência OSI

Nível de Transporte (4)

Comunicação fim-a-fim transparente e

confiável.

• Seqüenciamento, controle de erros, controle de fluxo

Multiplexação

(3)

Modelo de Referência OSI

Nível de Sessão (5)

Sintaxe

Gerência de token

Controle de diálogo

• pontos de sincronismo

Gerência de atividades

Modelo de Referência OSI

Nível de Apresentação (6)

Semântica dos dados (preocupa-se com a

representação da informação).

• compressão de texto

• conversão de códigos

• criptografia

(4)

Modelo de Referência OSI

Transmissão de dados

Usuário (A)

dados

Usuário (B)

dados A dados A P dados A P S dados A P S T N L L dados A P S T N L F L F

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

dados A P S T N dados A P S T

Modelo de Referência TCP/IP

TCP/IP são os protocolos oficiais da Intenet.

A Internet surgiu a partir da ARPANET (rede

de pesquisa criada pela Departamento de

Defesa dos Estados Unidos).

Aos poucos centenas de universidades e

repartições públicas foram sendo conectadas e

começou a surgir problemas com os

protocolos existentes.

Solução: Criação de uma nova arquitetura de

referência.

Interface de Rede

Internet

Transporte

Aplicação

Modelo de Referência TCP/IP

Nível de Interface de Rede

Não é feita nenhuma especificação

Tornar possível o envio de pacotes IP.

Nível Internet

Especifica formato dos pacotes e mecanismos

usados para seguir adiante os pacotes.

(5)

Modelo de Referência TCP/IP

Nível de Transporte

Especifica como assegurar a transferência entre

origem e destino.

Definição de dois protocolos fim a fim:

• TCP (Transmission Control Protocol)

• UDP (User Datagram Protocol)

Nível de Aplicação

Especifica como uma aplicação usa a Internet.

O Nível de Enlace nas Redes Locais

Modelo OSI para uma rede de longa distância

(6)

O Nível de Enlace nas Redes Locais

Foi necessário adaptar o modelo OSI para aplicação no

contexto de redes locais.

Esta adaptação resultou na subdivisão do nível de enlace

em dois subníveis, denominados:

LLC - Logical Link Control, ou simplesmente Controle de Enlace;

MAC - Medium Access Control, ou Controle de Acesso ao Meio.

Objetivo; conseguir que o subnível superior, o LLC, se

tornasse independente da topologia, do meio de

transmissão e do método de acesso usados na rede local.

Assim, possíveis alterações na topologia ou técnica de rede

local não afetariam o protocolo de enlace.

O Nível de Enlace nas Redes Locais

As redes locais são padronizadas pelo IEEE (Institute of

Eletrical and Electronics Engineers) com o nome de IEEE

802. Os padrões IEEE 802 restringem-se aos níveis físico e de

enlace (1 e 2) do modelo OSI.

As redes locais foram originadas da rede Ethernet.

A GM participou ativamente da padronização da Ethernet

pois ela achava que essa era a única saída para a competição

com a indústria japonesa.

Via a tecnologia de rede local como a forma ideal de

interligar as máquinas e robos no ambiente de fábrica.

O Nível de Enlace nas Redes Locais

Ethernet: todas as máquinas ouvem o barramento.

Se ele não estiver ocupado, qualquer máquina pode

transmitir.

Se duas máquinas o fazem ao mesmo tempo, ocorre

uma colisão.

• Neste caso, ambas as estações interrompem a transmissão,

esperam durante um tempo gerado aleatoriamente e tentam

novamente.

(7)

O Nível de Enlace nas Redes Locais

Token Bus (ficha-barramento): cada estação recebe o

direito de transmissão na forma de uma ficha (token) e

pode então transmitir (ou não) até um tempo máximo

determinado, passando depois a ficha à estação seguinte de

um anel lógico.

Aqui o pior caso do atraso é determinístico e não mais

estatístico ou aleatório.

Token Ring (ficha em anel): A IBM justificou a sua

escolha defendendo a alta eficiência e outra vantagens

técnicas dessa tecnologia.

O Nível de Enlace nas Redes Locais

O Comitê acabou por adotar os três padrões, hoje

conhecidos como IEEE 802.3, 802.4 e 802.5.

O nível de enlace foi dividido em duas sub-camadas.

Os três padrões diferem no nível físico e nas funções do

MAC.

Nas funções do LLC todas as três arquiteturas usam o

mesmo protocolo, padronizado pela norma 802.2.

Para as redes metropolitanas, como DQDB (Distributed

Queue Dual Bus), foi definido o padrão IEEE 802.6.

(8)

Padrões para os níveis físico e de enlace

em LANs e WLANs

Padrão

IEEE 802.3

rede em barra, utilizando CSMA/CD como método de

acesso

Padrão IEEE 802.4

rede em barra, utilizando passagem de permissão como

método de acesso

Padrão

IEEE 802.5

rede em anel, utilizando passagem de permissão como

método de acesso

Padrões para os níveis físico e de enlace

em LANs e WLANs

Padrão

IEEE 802.11a: fornece transmissão de até

IEEE

54 Mbps na banda 5 GHz. Menos possibilidade de

interferência na frequência de rádio do que a

802.11b e a 802.11g. Alcance relativamente

menor (aproximadamente 60 metros) do que a

802.11b. Não é interoperável com a 802.11b.

Padrão

IEEE 802.11b: fornece transmissão de

IEEE

até 11 Mbps na banda 2.4 GHz. Não é

interoperável com a 802.11a. Oferece acesso a

dados até 100 metros de distância da estação base.

Padrões para os níveis físico e de enlace

em LANs e WLANs

Padrão

IEEE 802.11g: fornece transmissão de até

IEEE

54 Mbps (normalmente 22 Mbps) na banda 2.4

GHz. Considerada a sucessora da 802.11b e

compatível com a mesma. Oferece acesso de alta

velocidade a dados até 100 metros de distância da

estação base.

(9)

Modulação e Codificação

Modulação

Dados analógicos Sinais analógicos

Dados digitais Sinais analógicos

Codificação

Dados analógicos Sinais digitais

Dados digitais Sinais digitais

Modulação

Processo pelo qual o sinal de dados (dito sinal modulante)

modifica um ou mais parâmetros (amplitude, freqüência ou

fase) de uma onda senoidal, dita portadora.

A informação impõe o modo como vai ser modificada a

portadora.

Ao se analisar, na recepção, as modificações sofridas pela

portadora, pode-se recuperar a informação digital

(demodulação). Por isso, se diz que a portadora transporta

a informação.

(10)

Modulação

Uso mais comum: transmissão de dados digitais em rede

telefônica.

Rede telefônica: sinais de voz - 300 a 3400 Hz.

Há basicamente quatro técnicas

modulação em amplitude

modulação em frequência

modulação em fase

modulação QAM

Através destas técnicas de modulação pode-se transformar

um dado digital em um sinal analógico.

Meios físicos

Alguns fatores que podem ser levados em consideração na

escolha do meio físico:

taxas de transmissão

facilidade de instalação

imunidade a ruídos

confiabilidade

custo total

(11)

Meios físicos

Coaxial

Par trançado

Fibra ótica

Rádio

Infravermelho

...

Meios físicos

Cabo Coaxial

Consiste em um condutor de cobre central, uma camada

de isolamento flexível (dielétrico), uma blindagem com

uma malha ou trança metálica e uma cobertura externa.

1 Capa Plástica Protetora

2 Camada Condutora

3 Camada Isolante

4 Fio de Cobre

1

2

3

4

(12)

Meios físicos

Par Trançado

Consiste de pares fios de cobre enrolados de forma

helicoidal

reduz a interferência elétrica entre dois

pares de fios.

Meios físicos

Existem dois tipos de par trançado:

(13)

Meios físicos

UTP (Unshielded Twisted Pair) - cabo sem blindagem

Meios físicos

Cabos UTP são divididos em 5 categorias de acordo com a

capacidades de utilização, calibre do fio, cobertura.

Referência

(banda passante) Impedância (Telefonia e Dados)Aplicações

EIA/TIA Cat. 1 150 Ohms Telefonia analógica 4KHz Telefonia digital 64KHz EIA/TIA Cat. 2

(até 1 MHz) 100 Ohms IBM 3270, AS 400ISDN Dados EIA/TIA Cat. 3

(até 16 MHz) 100 Ohms Token Ring 4 Mbit/sIEEE 10BaseT EIA/TIA Cat. 4

(até 20 MHz) 100 Ohms Token Ring 4 e 16 Mbit/sIEEE 10BaseT EIA/TIA Cat. 5

(até 100 MHz) 100 Ohms IEEE 10BaseT e100BaseT Token Ring 4 e 16 Mbit/s

(14)

Meios físicos

Fibra Ótica

Composta basicamente de material dielétrico, seguindo

uma longa estrutura cilíndrica, transparente e flexível,

de dimensões microscópicas.

Meios físicos

Existem três tipos de fibras:

multimodo com índice degrau

multimodo com índice gradual

monomodo

Meios físicos

Multimodo com índice degrau

Diferentes

índices de

refração

(15)

Meios físicos

Multimodo com índice gradual

Meios físicos

Monomodo

evita vários caminhos de propagação da luz dentro do

núcleo

(16)

Nomenclatura

10Base2 10Base5 10BaseT 10Base FL

10 Mbps

500 m

sinalização em banda BASE

sinaliza

ç

ão

em

banda

BASE

10BASE5

Nomenclatura

Nome

10BASE5

10BASE2

10BASE-T

10BASE-F

Cabo

Coaxial grosso

Coaxial fino

Par trançado

Fibra ótica

Max. seg

500 m

200 m

100 m

2000 m

Nodos/seg

100

30 1024

1024

Vantagens

Bom para

backbones

Sistema mais barato

Fácil manutenção

Melhor entre prédios

Nomenclatura

10BASE5

conexões através de vampire

taps

10BASE2

conectores BNC formando

junções T

10BASE-T

10BASE2

(17)

Espectro Eletromagnético

Frequências

30MHz to 1GHz

• Omnidirectional

• Rádio em Broadcast

2GHz to 40GHz

• Microondas

• Altamente direcional

• Ponto a Ponto

• Satélite

3 x 10

11

_{to 2 x 10}

14

• Infravermelho

• Aplicação local

Ar

(18)

Ar

Rádio

Produz ondas onidirecionais

• A propagação usual é para todas as direções

• O uso de antenas permite o direcionamento das ondas

Pode usar ondas de freqüência baixa

• Ondas de freqüência baixa atravessam objetos e perdem

muita potência com a distância

Pode usar ondas de freqüência alta

• Ondas de freqüência alta tendem a ricochetear em

objetos sólidos ao longo do caminho

Uso em redes locais sem fio (Wireless LAN)

Ar

Microondas Terrestre

Altas freqüências

Direcional

Problemas

• Períodos de precipitação intensa

• Desalinhamento das antenas

(19)

Ar

Instalação

Ar

Tipos de Links

(20)

Ar

Aplicações

Telefonia celular

Comunicações entre dois prédios

Ar

Satélite

O Satélite é uma estação de “relay”

O satélite recebe em uma freqüência amplifica ou

repete o sinal e transmite em outra freqüência

Para enviar informação sobre o planeta, giram em torno

de seu próprio eixo (o que mantém seu equilíbrio), ao

mesmo tempo que "varrem" a superfície da Terra.

Usado para

• Televisão

• Telefonia de longa distância

• Redes Privadas

(21)

Ar

Satélites geoestacionários

São satélites colocados em órbita sobre o equador de tal

forma que o satélite tenha um período de rotação igual ao do

planeta Terra.

As estações terrestres utilizam antenas fixas, que apresentam

um pequeno custo de operação e manutenção em relação às

móveis.

A uma altitude de 37.000 km, o período de

deslocamento com vel. de 28.000km/h é igual a

24 horas e está girando com a mesma velocidade

angular que a Terra.

A União Internacional de Telecomunicações

(UIT) dividiu o espaço geoestacionário em 180

posições orbitais, cada uma separada da outra de

um ângulo de 2°.

Ar

Satélites não geoestacionários

São satélites colocados em órbita circular com a terra, onde:

velocidade de rotação do satélite

≠ velocidade de rotação da

terra

As estações terrestres utilizam antenas móveis, com custos

de operação e manutenção maiores em relação às fixas

Um satélite a 800 km de altitude se desloca com uma

velocidade de 28.000 km/h, completando uma órbita em 100

minutos.

(22)

Ar

Banda KU X Banda C

Por operar em uma freqüência mais alta, a Banda KU não sofre

interferência dos enlaces terrestres de microondas nas áreas

metropolitanas. A banda C, por atuar em uma freqüência mais baixa, está

sujeita a enfrentar problemas de interferências tanto climáticas quanto do

excesso de tráfego.

Internacionalmente, a banda mais popular é a banda Ku, pois permite

cursar tráfego com antenas menores que as de banda C, devido ao fato das

suas freqüências serem mais altas.

Devido ao mesmo fato, a transmissão em banda Ku é mais suscetível a

interrupções causadas pela chuva. Dessa forma a banda C é mais popular

em países tropicais.

Ar

Vantagens do uso de satélites

Grande largura de banda disponível

Cobertura de grandes áreas

Todos os usuários têm as mesmas possibilidades de

acesso

Facilidade de utilização em comunicações móveis

Superação de obstáculos naturais

Ar

Desvantagens do uso de satélites

Alto investimento inicial

Pequena vida útil

Aspectos institucionais, legais e regulamentais

Dificuldades e alto custo de manuntenção

(23)

Ar

Infravermelho

Uso facilitado por projeto fácil e custo baixo

Apresentam curto alcance

São razoavelmente unidirecionais, com pouca

abertura

Problemas

• Espectro compartilhado com a luz do Sol

• Interferência de luz fluorescente

• Não atravessa objetos opacos

Vantagens

• Segurança

• Não interferência entre redes em salas diferentes

Multiplexação

É a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal

em um mesmo meio físico.

A capacidade de transmissão do meio físico é dividida em

“fatias” (canais), com a finalidade de transportar

informações de equipamentos distintos.

(24)

Multiplexação - FDM

Neste tipo de

modulação a banda

passante é dividida

em vários canais de

comunicação, em

faixas de

freqüência

distintas.

Multiplexação - FDM

Cada um desses canais pode ser usado individualmente

como se fosse uma linha separada.

Na telefonia as faixas de freqüência reservadas para a

transmissão de voz são de 4 KHz.

Neste tipo de técnica os terminais não precisam estar

geograficamente próximos.

Todos sinais são enviados ao mesmo tempo, porém cada

um ocupando uma diferente porção da largura de banda.

Uma desvantagem da FDM é a dificuldade de expansão.

Multiplexação - FDM

Transmissão de três

canais de voz sobre

o mesmo meio

simultaneamente.

(25)

Multiplexação - FDM

Transmissão ADSL

Menos de 25kHz para

voz

• Plain old telephone

service (POTS)

Uso de FDM para

alocar duas bandas

Multiplexação - TDM

Este tipo de multiplexação se beneficia do fato de que a

capacidade (em quantidade de bits por segundo) do meio

de transmissão, em muitos casos, excede a taxa média de

geração de bits das estações conectadas ao meio físico.

Ela intercala os bits, que fluem das linhas de baixa

velocidade, dentro da linha de maior velocidade.

A TDM pode ser classificada em síncrona e assíncrona.

(26)

Multiplexação - TDM Síncrona

O domínio do tempo é dividido em intervalos de tamanho

fixo T chamados frames (quadros).

Cada frame é subdividido em N subintervalos {t

1

,...,t

n

}

denominados slots ou segmentos que formam uma partição

dos frames que, por sua vez, formam uma partição do

tempo infinito.

Os segmentos de tempo dentro de um frame não precisam

ser do mesmo tamanho.

Multiplexação - TDM Síncrona

Canal Fixo

é o conjunto de todos os segmentos, um em cada frame,

identificados por uma determinada posição fixa dentro desses

frames. Cada canal deve ser alocado para as diferentes fontes de

transmissão.

Canais Chaveados

são alocados e deslocados dinamicamente durante o

funcionamento das fontes transmissoras.

Multiplexação - TDM Assíncrona

Também chamada de multiplexação estatística.

Não há alocação de canal.

Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente de acordo

com a demanda das estações, isto é, com a largura

individual de cada canal.

A banda a ser destinada a cada uma dos canais é alocada

dinamicamente com base na utilização estatística.

Cada canal dispõe de banda somente quando estiver

(27)

Multiplexação - TDM Assíncrona

Permite-se dessa forma a maximização do uso da largura

de banda disponível na linha compartilhada.

Nenhuma capacidade de transmissão é desperdiçada, pois

o tempo não utilizado está sempre disponível caso alguma

estação gere tráfego e deseja utilizar o canal de

transmissão.

Multiplexação - TDM Assíncrona

Cable Modem

Dois canais dedicados para transferência de dados.

• Um em cada direção.

Cada canal é compartilhado por vários assinantes.

• Uso de TDM Assíncrono ou estatístico.

(28)

Distorção

Mudança indesejada na forma da onda

Ocorre sempre que é transmitido o sinal sobre um

certo canal.

Conhecendo o canal, pode-se predizer o que irá

acontecer sobre qualquer sinal que seja

transmitido por ele.

É passível de compensação pela adição de

componentes elétricos passivos e/ou ativos ao

canal, que eliminem ou minimizem seus efeitos.

Distorção por atenuação

As distorções, por serem sistemáticas e determinísticas,

podem ser compensadas no transmissor e no receptor, através

de circuitos de equalização

Se todas as componentes de um sinal tivessem suas

amplitudes simplesmente atenuadas de forma constante, o

sinal perderia potência mas manteria a mesma forma de onda,

sem distorção

A distorção ocorre porque a atenuação afeta de maneira

diferente as amplitudes relativas de diferentes componentes do

sinal.

Ruído

É constituído por sinais eletrônicos aleatórios

Por serem aleatórios, não podem ser

completamente compensados.

Adição adulterada ao sinal de informação que

tende a alterar seu conteúdo.

É um sinal indesejável.

É muito difícil de compensar, pois não pode ser

prognosticado, a não ser em termos de

(29)

Ruído

Existem dois tipos de ruído que afetam as

comunicações telefônicas:

ruído branco

ruído impulsivo

Ruído branco

É denominado também ruído térmico.

Provocado pela agitação dos elétrons nos

condutores.

Sua quantidade é função da temperatura.

É uniformemente distribuído em todas as

freqüências do espectro .

Na prática, é o chiado de fundo que pode ser

ouvido em qualquer sistema de comunicação.

(30)

Ruído branco

A recuperação e amplificação do sinal em pontos

intermediários de um canal de comunicação não

melhora a relação sinal/ruído (RSR)

ruído branco também é amplificado e se adiciona ao

nível de ruído presente no novo trecho de linha

Assim, a RSR se deteriora com o aumento do número

de trechos de um canal

Ruído impulsivo

É não contínuo e consiste em pulsos irregulares e

com grandes amplitudes, sendo de difícil

prevenção

a duração destes pulsos pode variar de alguns

milisegundos até centenas de milisegundos

Ruído impulsivo

É provocado por

distúrbios elétricos externos ou falhas nos equipamentos

indução no circuito telefônico (raios)

É o causador da maior parte dos erros em

comunicação de dados

Sua medida se realiza pela contagem do número de

vezes que, num determinado período de tempo, os

(31)

Distorção e Ruído