Redes de Computadores I Aula VI
[email protected] Redes de Computadores I Modulação e Multiplexação Modulação Modulação em sinais digitais - codificação de sinal Na modulação digital, não existe exatamente uma modulação, mas simplesmente uma codificação de sinal com a finalidade de adequar o sinal para ser transportado através de uma linha física; assim sendo, o sinal digital é transformado em um outro sinal digital mais adequado às condições da linha. Dentre as técnicas mais utilizadas, podemos citar a técnica de codificação Manchester 3 Modulação Modulação em sinais digitais - codificação de sinal 0 1 0 1 0 0 1 1 dados a serem transmitidos Codificação Manchester Lembrar : - se bit ³1´ - mantém o nível; - se bit ³0´ - muda de nível. 4 Modem Tipos de modem Data modem: modens exclusivos para transmitir dados; Fax modem ou Data/fax modem: modens utilizados para transmitirem dados e fax; Voice modem ou Data/fax/voice modem: transmissão e recepção de voz e dados; Ex: - jogos via modem ± permitem transmitir dados e manter conversação - serviço de secretária eletrônica ± respondem chamadas, armazenam digitalizando as mensagens recebidas Modem-mux: multiplexadores que possuem um modem incorporado; Cable modem ou modem à cabo: modens utilizados para conexões através da rede de TV a cabo (modem mais complexo por possuírem propriedades de modem, rádio, codificador, etc.) Cartões modem ou PC card (PCMIA): modens utilizados em computadores móveis (são em formatos de cartões para serem encaixados no notebook) 5 Modem Estrutura do modem Modula Demodula Interface digital Interface analógica 6 Modem Padrões de Modulação A forma como padronizado. Se entenderia o que demodular os bits são modulados, precisou de alguma forma ser não houvesse essa padronização, um modem não o outro estivesse falando, ou seja, um não conseguiria o que o outro modulou. Quem fez grande parte dessa padronização foi um órgão chamado CCITT, sigla para Comitê Consultivo Internacional de Telegrafia e Telefonia. Este comitê definiu uma séria de padrões para a telecomunicação, que são os padrões chamados de V.xx, onde xx é o número da padronização. Desde o começo do ano de 1994 o CCITT não existe mais. Ele foi substituido ITU-T (International Telephone Union - Setor pra padrões na telefonia), órgão pertencente à ONU (Organização das Nações Unidas). 7 Modem Padrões de Modulação As atividades da ITU incluem a regularização, padronização coordenação e desenvolvimento da telecomunicação internacional. A ITU é basicamente organizada em 3 setores que refletem suas atividades principais (Padronização, RadioComunicação e desenvolvimento). O que importa para usuários de modens é o Setor de Padronização da Telecomunicação (ITU-T). Essa agência cria entre outros as recomendações de padrões para a comunicação de dados. Com essa padronização, que tem âmbito e validade MUNDIAL, os modens fabricados pelos mais diversos fabricantes passam a poder se comunicar entre si sem maiores dificuldades, já que ³falam´ a mesma ³língua´. 8 Multiplexação Permite o uso de mais de um canal de dados por um único meio de comunicação, possibilitando assim a utilização do mesmo meio de transmissão para diferentes transmissões simultaneamente; Compartilhamento do meio de comunicação por várias transmissões; A multiplexação pode ser por freqüência ou no tempo; Host 1 2400bps 2400bps Host 4 Host 2 4800bps MUX Nó 9600bps Nó MUX 4800bps Host 5 Host 3 2400bps 2400bps Host 6 9 A velocidade do canal principal deve ser maior ou igual ao somatório das velocidades dos canais secundários. Multiplexação FDM - Frequency Division Multiplexing : freqüência -é uma das técnicas mais antiga e é bastante utilizada em sistemas de transmissão de voz; - divide a banda passante em várias faixas de freqüências, que serão usadas por cada uma das transmissões; - necessita de uma banda de guarda para evitar interferências entre as diferentes faixas. freqüência banda de guarda 10 tempo Multiplexação TDM - Time Division Multiplexing : tempo - reserva um intervalo de tempo para cada transmissão, ou seja, a banda passante é totalmente disponível para uma mesma transmissão, mas apenas num intervalo de tempo determinado; - técnica mais utilizada para transmissão de dados. freqüência T E M P O 1 T E M P O 2 T E M P O 3 T E M P O 4 tempo 11 Multiplexação A multiplexação no tempo pode ser dividida em: STDM - síncrono ou determinístico: atribui fatias de tempo fixas independentemente do tráfego, estando a transmissão ativa ou não; ATDM - assíncrono ou estatístico: a atribuição de fatias de tempo depende do tráfego; necessita de um cabeçalho de endereçamento. T1 A B C D 12 T2 T3 determinístico transmissão vazia T1 A estatístico D T2 C T3 B T1 A D T 2 T3 C B Multiplexação Comunicação analógica: sinais digitais são transformados em sinais analógicos através de modulação. transmissão analógica: FDM x Comunicação digital: sinais analógicos são transformados em sinais digitais através de codificação. transmissão digital: TDM 13 CODEC (Codificador/Decodificador) Dispositivos que codificam informações analógicas em sinais digitais; Técnica de modulação na comunicação digital: -PCM (Pulse Code Modulation): técnica de modulação desenvolvida a partir da década de 60, sendo muito utilizada atualmente. sinal digital sinal analógico sinal analógico CODEC CODEC m linhas digitais m 14 Redes de Computadores I Protocolos de Comunicação (Binary Synchronous Communications) Protocolo BSC Desenvolvidos pela IBM na década de 60; Permite transações half duplex síncronas em ambiente mainframe (computador e terminais); PAD SYN SYN SOH cabeçalho STX texto ETX ETB EOT PAD BCC (Binary Synchronous Communications) Protocolo BSC caracteres de controle: SYN SOH - estabelece e mantém sincronização entre o TX e o RX - Start of Header - cabeçalho: contém informações adicionais sobre a mensagem: endereçamento, roteamento, prioridade, etc.; STX - Start of Text - início do texto ou de um bloco de dados quando a mensagem for dividida - também indica o fim do cabeçalho (Binary Synchronous Communications) Protocolo BSC ETX - End of Text - fim de texto - também é acompanhado de um BCC (controle) - se a mensagem for dividida em blocos, os blocos serão terminados por um ETB e o último por um ETX - fim de todo o texto - End of Transmission Block - fim de um bloco - após esse caractere, é enviado o BCC que irá permitir a verificação de integridade da mensagem (calcula o BCC desde o cabeçalho, STX, texto até o ETX/ETB); - End of Transmission - fim de transmissão que pode ser composta de uma ou mais mensagens ETB EOT (Binary Synchronous Communications) Protocolo BSC caracteres de função da mensagem: ENQ - Enquiry - caractere para requisitar uma resposta do receptor ou solicitar retransmissão da resposta a uma mensagem enviada - numa ligação ponto-a-ponto: decide o sentido da transmissão ACK0 / ACK1 - Affirmative Acknowlegment - reconhecimento afirmativo - informa que o bloco anterior do texto foi recebido sem erro e que ele está apto a receber o próximo bloco - usados alternadamente possibilitando o controle da seqüência das respostas: . ACK0 - bloco de texto par (2o., 4o., 6o., ....) . ACK1 - bloco de texto ímpar (1o., 3o., 5o., ....) (Binary Synchronous Communications) Protocolo BSC NACK - Negative Affirmative Acknowlegment - reconhecimento negativo - indica que o bloco anterior foi recebido com erro e que o receptor está apto a receber a retransmissão da mensagem WACK - Wait before transmit ACK - reconhecimento afirmativo porém espere um pouco antes de transmitir o próximo bloco Protocolo Start/Stop (TTY) Primeiros protocolos a serem desenvolvidos Utilizado em transmissões assíncronas de baixa velocidade, como telex, terminais de vídeo não bufferizados, impressoras de baixa velocidade; Caracteres de controle utilizados: - início de bloco - resposta positiva - fim de transmissão - fim de bloco - resposta negativa Protocolo SDLC Desenvolvido pela IBM em 1974. Utiliza o conceito de quadro: Flag 8bits End. 8bits Contr. 8bits Informação múltiplo de 8bits FCS 16bits Flag 8bits FLAG : delimita o início ou o fim de um quadro Endereço : identifica a estação que irá receber a mensagem ( até 256 estações) Controle : identifica o tipo do quadro, que pode ser informação ou supervisão. FCS : resultado do CRC (Cyclic Redundancy Checking); baseado nos campos de endereço, controle e informação (se houver). Protocolo SDLC Quadro de informação: 0 N(S) P/F N(R) N(S) : - número do quadro transmitido: pode variar de 0 a 7 (3bits) N(R) : - número do quadro que o RX está esperando receber; - técnica PIGGYBACK (carona), ou seja, utiliza o próprio quadro transmitido para indicar a recepção dos quadros recebidos corretamente P/F: POLL/FINAL - Poll significa comando; Final significa resposta. Protocolo SDLC Quadro de supervisão (controle): 1 0 CONTR. N(R) Onde CONTROLE pode ser: RR (00) - Receive ready (receptor pronto) - confirma que está pronto para receber o quadro N(R); RNR (10) - Receive not ready (receptor não pronto) - informa que não está apto a receber novas mensagens no momento pois não há buffers liberados. REJ (01) - Rejection (rejeição) - informa que houve perda na sequência da mensagem e todos os quadros a partir de N(R) devem ser retransmitidos; Protocolo HDLC Desenvolvido pela ISO/OSI em 1979 com o objetivo de padronizar um protocolo para sistemas abertos; Semelhante ao SDLC, exceto: - foi implementado um novo controle do quadro de supervisão: SREJ [ 1 , 1 ] - Selection Reject (Rejeição Seletiva) - solicita retransmissão apenas de um frame e confirma que os quadros anteriores foram recebidos com sucesso; Protocolo X25 Protocolo padronizado pelo CCITT para ser utilizado em Redes Comutadas de Pacotes (rede pública). Oferece serviço reconhecimento. de controle de fluxo e de mensagens de Protocolo X25 Arquitetura do protocolo: - O protocolo X25 é constituído de três níveis: MENSAGEM * nível de pacotes (rede) * nível de quadros (enlace) Flag 8bits End. 8bits Contr. 8bits Informação múltiplo de 8bits FCS 16bits Flag 8bits cab MEN cab SA cab GEM * nível físico (bits) obs: [cab] ± informações necessárias para o encaminhamento da mensagem e sua recomposição na estação destinatária Protocolo X25 conceitos: canal lógico - um canal físico (meio de comunicação) é constituído de vários canais lógicos; poderá ter até 4096 canais lógicos definidos. canal físico A B 0 1 2 3 4 Canais lógicos Protocolo X25 conceitos: circuito virtual - associação de dois ou mais canais lógicos através da rede comutada Exemplo: Circuito Virtual #1 = canal lógico #A1 / canal lógico #B2 0 A 1 2 0 1 2 B Canal lógico Canal lógico Rede Pública Circuito virtual Protocolo X25 O circuito virtual pode ser: -CVC Circuito Virtual conexão/transfere/encerra conexão) -CVP - Circuito Virtual Permanente Resumo: Comutado (estabelece Canal lógico - subdivisão do meio físico Circuito virtual - caminho a ser seguido pelos pacotes Frame Relay O Frame Relay é um serviço para as pessoas que desejam um meio totalmente orientado à conexão para mover bits de A para B a uma velocidade razoável e a um custo baixo (Smith, 1993). Há 20 anos, a comunicação usando linhas telefônicas era lenta, analógica e não confiável, e os computadores eram lentos e caros. A situação mudou radicalmente. As linhas telefônicas privadas atuais são rápidas, digitais e confiáveis, e os computadores são rápidos e baratos. Isso sugere o uso de protocolos simples, com maior parte do trabalho sendo executada pelos computadores dos usuários, e não pela rede. Esse é o ambiente ao qual o Frame Relay se destina. O Frame Relay é, na verdade, uma linha privada virtual. O cliente instala um circuito virtual permanente entre dois pontos e, em seguida, pode enviar quadros (ou seja, pacotes) de até 1.600 bytes entre esses pontos. Frame Relay O Frame Relay oferece um serviço mínimo, basicamente uma forma de definir o início e o fim de cada quadro, e detecção de erros de transmissão. Se um quadro defeituoso for recebido, o serviço de Frame Relay o descartará. Caberá ao usuário descobrir que está faltando um quadro e tomar as providencias necessárias para recuperá-lo. Ao contrário do X.25, o Frame Relay não oferece controle de fluxo normal e mensagem de reconhecimento. No entanto, o Frame Relay tem um bit no cabeçalho. Esse bit pode ser configurado por uma extremidade da conexão a fim de que seja revelada a existência de problemas para a outra extremidade (o uso desse bit é de responsabilidade dos usuários). Redes de Computadores I Meios de Transmissão Meios de Transmissão Para a escolha do meio de transmissão, devem ser considerados vários fatores como custo, velocidade desejada, confiabilidade da transmissão, distância entre as estações, limitações geográficas, imunidade à ruído, tipo de aplicação, potencial para conexão ponto a ponto ou multiponto, disponibilidade de componentes, etc. Podemos dividir os meios de transmissão em: - meios visíveis (wireline)±transmitem os dados através de um meio físico: par trançado, cabo coaxial, fibra ótica - meios invisíveis (wireless) - transmitem os dados pelo ar : rádio-enlace, satélite Meios de Transmissão Par Trançado Uma das formas mais comuns de transportar dados de um computador para o outro é gravá-los em uma fita magnética ou em discos flexíveis, transportar fisicamente a fita ou os discos para a máquina de destino,onde eles serão finalmente lidos. Apesar de as características da largura de banda da fita magnética serem excelentes, as características de retardo são ruins. O tempo de transmissão é medido em minutos ou horas, não em milisegundos. Muitas aplicações precisam, de uma conexão online. O meio de transmissão mais antigo e ainda mais comum é o par trançado. Um par trançado consiste em 2 fios de cobre encapados, que em geral tem cerca de 1 milimetro de espessura. Os fios são enrolados de forma helicoidal assim como uma molécula de DNA. A aplicação mais comum do par trançado é o sistema telefônico. Meios de Transmissão Par Trançado Os pares transado podem percorrer diversos kilometros sem amplificação, mas quando se trata de distâncias mais longas existe a necessidade de repetidores. Sofre influência do meio externo (ruídos ou interferências elétricas) e da distância ( a perda de energia do sinal é proporcional á distância). Os pares trançados podem ser usados na transmissões analógicas ou digitais. A largura de banda depende da espessura do fio e da distância percorrida, mas em muitos casos é possível alcançar diversos Mb por segundo em alguns kilometros. Possuem uma boa relação custo desempenho, por isso são usados em larga escala. Meios de Transmissão Par Trançado Compreende um par de fios de cobre enrolados em espiral com a finalidade de reduzir a interferência elétrica. Possui capacidade para transmissão em várias dezenas de metros (até 100 m) e com taxas de transmissão na ordem de Megabits por segundo (digital). Meios de Transmissão Par Trançado Tipos: o par trançado pode ser classificado em: - não-blindado (UTP - Unshielded Twisted Pairs) - par trançado comum; - blindado (STP - Shielded Twisted Pairs) ± possui uma proteção ³blindada´ protegendo os fios * vantagens: - baixo custo do fio e das interfaces - facilidade de conexão - grande maleabilidade *desvantagens: - susceptibilidade a interferência e ruído; - velocidades limitadas; - distâncias limitadas sem repetidores. Meios de Transmissão Cabo Coaxial Outro meio de transmissão comum é o cabo coaxial. Como é mais protegido do que os pares trançados, ele pode percorrer distâncias maiores em velocidades mais altas. O cabo é composto por um condutor interno central (fio rígido de cobre, circundado por um condutor externo, separados entre si por uma malha isolante (dielétrico); eles são envolvidos por uma capa plástica protetora. Possui a blindagem bem mais potente que a do par trançado, possibilitando a comunicação entre distâncias muito maiores e mantendo a velocidade na ordem de Megabits por segundo, além de possuir excelente imunidade a ruídos. Meios de Transmissão Cabo Coaxial Tipos: o cabo coaxial pode ser dividido em: - banda base ou cabo coaxial fino (thin) com largura de 0,5 cm transmissão digital: . usa malha de fios de cobre como condutor externo; . atinge taxas de transmissão de até 10 Mbps; - banda larga ou cabo coaxial grosso (thick) com largura de 1,2 cm transmissão analógica: . usa estrutura de alumínio como condutor externo; . atinge taxas de transmissão de até 50 Mbps; Meios de Transmissão Cabo Coaxial Cabos de mais alta qualidade (grosso) não são maleáveis, portanto são difíceis de instalar. Os cabos de mais baixa qualidade (fino) podem ser inadequados para altas velocidades e longas distâncias. Os cabos coaxiais são usados em larga escala pelas televisões a cabo e em algumas redes locais. Meios de Transmissão Cabo Coaxial * vantagens (em relação ao par trançado): - maior velocidade de transmissão - permite comunicação com maior distância - boa imunidade à interferências externas * desvantagens (em relação ao par trançado): - custo maior do cabo e das interfaces necessárias - dificuldade de conexão, pois é efetuada através de conectores mecânicos; Meios de Transmissão Fibra Ótica Permitem a transmissão de sinais de luz codificados através de um cabo ótico ultrafino, de plástico ou de vidro, revestido por um material de baixo índice de refração. A transmissão é através de pulsos de luz: . bit 1 - pulso de luz . bit 0 - ausência de luz Componentes necessários: - conversor de sinais elétricos em sinais óticos - um transmissor e um receptor dos sinais óticos - um conversor de sinais óticos em sinais elétricos; Sistema de transmissão unidirecional no cabo de fibra: normalmente cada cabo de fibra ótica tem um par de fibra, possibilitando a transmissão bidirecional. Meios de Transmissão Fibra Ótica Exige mão de obra especializada para o seu manuseio e manutenção, além de equipamentos especiais. Em certas linhas telefônicas de longa distância, poderá alcançar até 30 km sem a necessidade de repetidores, atingindo a velocidade na faixa de Gbps. Porém com uma velocidade mais baixa pode atingir até 100km. Tipos: a fibra ótica pode ser classificada conforme o modo de propagação: . multimodal - vários modos de propagação - pode ser subdividida em multimodal degrau e multimodal índice gradual . monomodal - único modo de propagação Meios de Transmissão Fibra Ótica * vantagens (em relação aos anteriores): - taxas de transmissão bastante altas; - imunes à interferências eletromagnéticas e a ruídos; - as fibras são muito finas, ocupando pouco espaço nos dutos; * desvantagens (em relação aos anteriores): - dificuldades de instalação e manutenção (não pode haver muitas dobras); - dificuldades de conexão (junção de fibras); - alto custo . Meios de Transmissão Fibra Ótica par tra ça o tipo de conector tamanho máximo do segmento LAN velocidades quant. máxima de nós numa LAN padrão LAN ETHERNET imunidade á ruído facilidade de instalação/manutenção facilidade de adição de nós Custo RJ 45 100 m 10 a 100 Mbps 1 10Base-T baixa alta alta baixo Tabela comparativa entre os meios wireline cabo coaxial fi o BNC 185m 10 Mbps 30 10Base-2 média média média médio cabo coaxial grosso DB-15 500m 50 Mbps 100 10Base-5 10Base-FL alta baixa difícil alto fibra ótica ST / SC 30 a 100km 10 a 620 Mbps(G) Meios de Transmissão Fibra Ótica Conectores dos diferentes meios de transmissão a cabo: BNC ST IBM RJ-45 Meios de Transmissão Cabos Os cabos talvez tenha 50% do fracasso ou do sucesso da instalação de uma rede. Muito dos problemas encontrados nas redes são identificados como causados pela má instalação ou montagem dos cabos. Um cabo bem feito contará pontos a seu favor no restante da rede, em caso de dúvidas com algum cabo o melhor é não utiliza-lo. Entre as ferramentas necessárias temos: - Alicate de grimpar para conectores BNC e RJ45 - Ferro de solda, ferramentas diversas Para testes dos cabos contamos com equipamentos que medem com precisão o seu bom funcionamento. Para cada tipo de cabo temos vários tipos de testadores. Meios de Transmissão Enlace de rádio terrestre: microondas Os pacotes são transmitidos através do ar, em frequências de microondas. A comunicação se dá através da irradiação do sinal por uma antena e que é captado por uma outra que necessariamente deve estar visível. A velocidade pode atingir 2Mbps, 10 Mbps, ... Nesse tipo de transmissão, a distância máxima entre as antenas é de 50 Km; caso a distância seja maior, ao longo do trajeto será necessário estações repetidoras que recebam e retransmitam as ondas. Meios de Transmissão Enlace de rádio terrestre: microondas * vantagem : - uma alternativa para transmissões onde não é viável a instalação de cabos (mais barato construir duas torres com distância de 50 km do que cavar trincheiras para embutir um cabo ou fibra). * desvantagens : - segurança: a informação pode ser capturada por outras pessoas. - interferência (provocada por fontes que geram sinais na mesma banda de frequência da rede): pode ser afetada por tempestades ou outros fenômenos atmosféricos. Meios de Transmissão Enlace de rádio terrestre: microondas 50 km Meios de Transmissão Enlace de rádio terrestre: UHF e SHF Os pacotes são transmitidos através do ar, em frequências de rádio (Khz a Ghz). Útil para ambientes de rede local móvel ou locais de difícil acesso (impossibilidade de instalação de cabos) Segurança ± não existe fronteira para um sinal de rádio (podem ser captadas por um receptor não autorizado) Solução: usar criptografia para garantir privacidade Interferência: é possível ocorrer se forem geradas na mesma banda de frequência da rede. Ex.: radares, motores elétricos, dispositivos eletrônicos, etc. Meios de Transmissão Satélite O satélite tem a mesma função das estações repetidoras nos sistemas de microondas: um grande repetidor de ondas no céu. Normalmente os satélites são geoestacionários e estão localizados aproximadamente a 36.000 km de altitude (por estarem em uma velocidade relativa á da Terra, eles são aparentemente fixos em relação a um ponto na superfície terrestre - período de translação em torno da Terra é de 24 horas). A órbita geoestacionária é limitada (os satélites não podem ficar muito próximos entre si para não gerar interferência) e é controlada pelo UIT União Internacional de Telecomunicações. Meios de Transmissão Satélite Permite fornecer serviços de comunicação com alto grau de confiabilidade e disponibilidade. O custo dos enlaces por satélite independe da distância, sendo usado mais comumente em comunicação de longa distância.