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Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2381 Redes de Computadores Fundamentos de Redes de Computadores, Transmissão de Dados Cabeamento Camada de.

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2 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2381 Redes de Computadores Fundamentos de Redes de Computadores, Transmissão de Dados Cabeamento Camada de Enlace

3 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2382 Representação de Sinais A/D

4 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2383 Quantisation e Sampling QuantisationQuantisation: incerteza introduzida na conversão de uma valor analógico em número digital SamplingSampling (amostragem): intervalo de aquisição dos dados analógicos

5 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2384 Quantisation Resolução da conversão depende do número de bits: quanto mais bits, melhor a resolução. O número de bits determina o número de divisões uma faixa de inputs pode ser dividida para aproximar um input analógico.

6 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2385 Quantisation Exemplo –valores de 8 bits para representar voltagens de 0-10 V. –8 bits: 256 valores distintos –10 V / 256 = V ! –0 V = V = –Cada mudança de 0.039, indica um novo binário.

7 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2386 Sampling Para representar som digital de forma autêntica é preciso capturar uma amostra de som (sampling) cerca de vezes por segundo ! A gravação de um som autêntico por 1 segundo requer 1.5 milhões de bits (quantização de 32 bits, por exemplo).

8 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2387 Convertendo tipos de sinais Modem: recebe dados digitais e converte-os para a forma analógica, para transmissão sobre um meio, por exemplo, linha telefônica. MOMOdulator: digital para analógico. DEMDEModulator: Analógico para digital.

9 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2388 Esquema de um MoDem Digital Analógico

10 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 2389 Modem externo ligado ao computador. via RS-232 e fiação para linha telefônica com conector RJ-11.

11 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Sinais digitais 0´s1´s.Representam apenas 0´s e 1´s. Variam menos que sinais analógicos. mais fáceis para decodificar, mesmo que tenham sofrido interferência. baseBand NetworksAs redes que transportam sinais digitais são conhecidas por baseBand Networks. –Redes coaxial 50 ohm / ethernet (utp)

12 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Sinais analógicos AtenuaçõesSofrem menos Atenuações que sinais digitais em longas distâncias. Equipamentos digitais lidam com 0´s e 1´s. O que acontece se o sinal se torna fraco a ponto de não permitir diferenciação? broadBand NetworksAs redes que transportam sinais analógicos são conhecidas por broadBand Networks. Cabo coaxial 75ohm (TV)

13 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Analógico x Digital Digital –Mais fácil de regenerar –menos infestado de interferências –Pode ser gravado diretamente em computador –CODEC: Coder/DECoder Analógico Digital (Transmissão) Analógico Linhas ISDN: totalmente digital Integrated Services Digital Network (1998)

14 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE ADSL ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) Linha digital assimétrica p/ assinantes 8 Mbps (do roteador do ISP p/ casa) 1 Mbps (da casa p/ o roteador do ISP) Transmissão FDM (multiplexação por divisão de freqüência) – 1 canal alta velocidade na direção do usuário: 50 kHz - 1 MHz –1 canal de velocidade média na direção da rede: 4kHz - 50 kHz –1 canal telefônico de duas vias: 4 kHz.

15 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Padrão RS-232 conexão: comprimento max. : 15 metros voltagens: +3V e -3V. comunicação serial e assíncrona especifica transmissão de caracteres transmissão de bits sem delay entre eles nunca deixa voltagem Zero na linha. Por que comunicação Assíncrona ? –não há necessidade de sincronização emissor-receptor –não há clock

16 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Voltagem no fio usando RS-232 Acordo entre emissor e receptor no tempo de transmissão de cada bit bit de início 0: emissor pode distinguir entre idle e início de caracter. padrão determina que emissor deve deixar a linha idle por um tempo mínimo -> bit de parada 1. Tempo idle1start1110stop

17 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Conector RS-232 Conector de 25 pinos, com 3 fios para comunicação full-duplex.

18 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Comunicação Assíncrona full duplex transmissão full duplex: fluxo de dados em ambas direções R: receiver (receptor) - modem, pino 3. Computador, pino 2 T: transmitter (transmissor) - modem, pino 2. Comput, pino 3 G: ground (terra) - pino 7

19 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Largura da Banda - Bandwidth O nro de freqüências que pode ser acomodado num canal de transmissão. A diferença entre a freqüência mais alta e a mais baixa que pode ser acomodada num único canal. Quanto maior a faixa, maior a bandwidth do canal e maior a capacidade de transmissão!

20 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Time-Division Multiplexing (TDM) Sinais de velocidades baixas são colocados em um canal de transmissão de mais alta velocidade. Canal de N nós com R bps cada nó terá taxa de transmissão de R/N

21 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Observações TDM Os MUX´s alocam tempo para um sinal s mesmo se a fonte não tem nada p/ transmitir Há MUX´s mais inteligentes que alocam fatias de tempo só qd necessário: ambos MUX´s precisam conversar. Técnica para redes BaseBand (digitais) e BroadBand (analógica), para uma única freqüência.

22 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Frequency-Division Multiplexing - FDM A bandwidth total do cabo é dividida em bandwidth menores que transportam vários dados. Canal de N nós com R bps Cada nó terá taxa de transmissão de R/N

23 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Enlaces de Acesso Múltiplo e Protocolos Três tipos de enlaces: ponto-a-ponto (fio único, ex. PPP, SLIP) broadcast (fio ou meio compartilhado; ex, Ethernet, etc.) switched (ex., switched Ethernet, ATM etc)

24 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Protocolos de Acesso Múltiplo canal de comunicação único e compartilhado duas ou mais transmissões pelos nós: interferência –apenas um nó pode transmitir com sucesso num dado instante de tempo protocolo de múltiplo acesso: –algoritmo distribuído que determina como as estações compartilham o canal, isto é, determinam quando cada estação pode transmitir –comunicação sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o própro canal! –o que procurar em protocolos de múltiplo acesso: síncrono ou assíncrono informação necessária sobre as outras estações robustez (ex., em relação a erros do canal) desempenho

25 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Protocolos MAC: uma taxonomia Três grandes classes: Particionamento de canal –dividem o canal em pedaços menores (compartimentos de tempo, freqüência) –aloca um pedaço para uso exclusivo de cada nó Acesso Aleatório –permite colisões –recuperação das colisões Passagem de Permissão –compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisões Objetivo: eficiente, justo, simples, descentralizado

26 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Protocolos MAC com Particionamento de Canal: TDMA TDMA: acesso múltiplo por divisão temporal acesso ao canal é feito por turnos" cada estação controla um compartimento (slot) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissão de pacote) em cada turno compartimentos não usados são disperdiçados exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, compartimentos 2,5,6 ficam vazios TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load. FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided.

27 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE FDMA: acesso múltiplo por divisão de freqüência o espectro do canal é dividido em bandas de freqüência cada estação recebe uma banda de freqüência tempo de transmissão não usado nas bandas de freqüência é desperdiçado exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, as bandas de freqüência 2,5,6 ficam vazias TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load. FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided. bandas de freqüência tempo Protocolos MAC com Particionamento de Canal: FDMA

28 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Particionamento de Canal (CDMA) CDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Códigos) um código único é atribuído a cada usuário, isto é, o código define o particionamento muito usado em canais broadcast, sem-fio (celular, satelite,etc) todos os usuários usam a mesma freqüência, mas cada usuário tem a sua própria maneira de codificar os dados. Esta codificaçaõ é definida pelo código que o usuário recebe (chipping sequence) sinal codificado = (dados originais) X (chipping sequence) decodificação: produto interno do sinal codificado e da seqüência de codificação (chipping sequence) permite que múltiplos usuários coexistam e transmitam simultaneamente com mínima interferência (os códigos que minimizam a interferência são chamados ortogonais)

29 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE CDMA Codificação e Decodificação transmissor receptor

30 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE CDMA: interferência de dois transmissores transmissores receptor 1

31 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Protocolos de Acesso Aleatório Quando o nó tem um pacote a enviar: –transmite com toda a taxa do canal R. –não há uma regra de coordenação a priori entre os nós dois ou mais nós transmitindo -> colisão, Protocolo MAC de acesso aleatório especifica: –como detectar colisões –como as estações se recuperam das colisões (ex., via retransmissões atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatório: –slotted ALOHA –ALOHA –CSMA e CSMA/CD

32 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Meios de Transmissão Fio de cobre Fibras Ópticas Ondas Eletromagnéticas Microondas Infravermelho Laser

33 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Fios de Cobre - Par trançado Par trançado: O trançamento dos fios tem a função de reduzir interferência.

34 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Par trançado - Tipos STP: Shielded Twisted Pair –dois pares: Um para enviar, outro para receber –Empregados em redes Token Ring. –Conector type-1 UTP: Unshielded Twisted Pair – de 2 a 4 pares de fios –ethernet (10 Base T) e Token Ring –típico conector: RJ-45

35 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Par trançado - STP IBM Token Ring, dois pares de fios (send e receive), conector IBM tipo-1.

36 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Par trançado - UTP Ethernet e Token Ring, existente em vários níveis, conector típico: RJ-45

37 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Par Trançado - UTP Par trançado 10BaseT, com conector RJ-45 (patch cord)

38 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Fios de Cobre - Coaxial Cabo Coaxial: O dado é transmitido no fio mais interno. A proteção de metal protege contra campos eletro- magnéticos externos e evita que a radiação da energia eletro-magnética do fio interno interfira com outros fios

39 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Cabos Coaxiais - Tipos Thick Ethernet –10Base5, RG-11, trunk –Conector: N-Series –Caro Thin Ethernet –10Base2, RG-58. –Conector: Bayonet Nut Connector (BNC) –Barato. (fora de moda!)

40 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Cabos Coaxiais - Conectores

41 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Coaxiais Thin ethernet - 10Base2Thick ethernet - 10Base5

42 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Cabo Coaxial - fino Um adaptador AUI-para-10BaseT, usado para conectar uma NIC com um conector AUI ao cabeamento Thin Ethernet.

43 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE AUI, MAU,NIC. NIC: Network Computer Interface. –Placa de Rede, Interface de Rede. MAU: Media Attachment Unit: Transceiver –conversor analógico-digital AUI: Attachment Unit Interface –Cabo que conecta a NIC ao Transceiver.

44 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE NIC - Placa de Rede NIC - Placa de Rede com conector AUI do lado direito da placa

45 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Transceiver - Cabo Fino MAU ligado diretamente à NIC sem o cabo AUI. Rede usa cabeamento Ethernet 10Base2 com conector BNC.

46 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Transceiver - Par trançado MAU ligado diretamente à NIC sem o cabo AUI. Rede usa cabeamento Ethernet 10BaseT com conector RJ-45.

47 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Esquema de fios (10BaseT)

48 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Fibra Óptica Cara Usada em backbones ou redes anel FDDI (100 Mbps) Alta capacidade Imune a interferências eletro magnéticas Baixa perda Dificuldade para fazer junções. ($$$) Longas distâncias

49 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Fibra Óptica

50 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Fibras Ópticas LEDs (Light-Emitting Diodes) ILDs (Injection Laser Diodes). Fibras Multimodo: 5 GBPS –transporta múltiplos raios de luz concorrentemente –distâncias relativamente curtas, devido a dispersão –50 a 100 microns Fibras Single Mode: GBPS –Transporta um único raio de luz. –Distâncias mais longas. (50x) –Maior banda, embora (8.3 a 10 microns) –10 bilhões de bits por segundo !

51 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Radio

52 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Infravermelho 16 Mbps

53 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Pacotes, Frames e Detecção de Erros Pacotes: pequenos blocos de dados enviados individualmente pelo sistema de rede. Por que? –coordenação na transmissão entre emissor e receptor. –acesso compartilhado de vários computadores à rede. Frames: pacote especifico para uma determinada tecnologia de rede (frame ethernet, frame ATM) Detecção de Erros –Bits de Paridade –Checksum –Cyclic Redundancy Check

54 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Tecnologias e Topologias de Redes Tecnologias: como computadores enviam pacotes pela rede. (ethernet, token ring, FDDI, ATM, LocalTalk) Topologias: distribuição física e lógica dos computadores em uma determinada rede. (barramento, estrela, anel)

55 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Tecnologia Ethernet Hoje a mais utilizada –balanço entre velocidade, custo e facilidade de instalação. –aceitação no mercado de computadores e existência de bom suporte. –Padrão definido pelo IEEE. A que topologia pertence ?

56 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Ethernet - Barramento

57 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Ethernet - Estrela

58 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Ethernet - Mista

59 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Como funciona: Ethernet Não há uma central de coordenação. Xerox - início anos 70 ( Bob Metcalf) Ethernet: 10Mbps Fast Ethernet: 100Mbps. Pode haver colisão. Como controlar ?

60 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Fluxo de dados na Ethernet Comprimento máximo da ethernet: 2500 m distância max. percorrida por 64 bits (10Mbps) sem colisão

61 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE CSMA Carrier Sense with Multiple Access –esquema de coordenação distribuída –Atividade elétrica no cabo determina status. –Se nenhum computador envia frames: não há portadora (carrier). –Se algum computador transmite: há portadora. –Se não há portadora, a placa transmite um frame!

62 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE CSMA Se há uma portadora, a placa espera p/ enviar seu frame. Tecnicamente: –Verificar a presença de uma portadora chama- se: carrier sense ! –Usar a presença de sinal para transmissão por vários computadores: Carrier Sense with Multiple Access

63 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Colisão O que acontece se, na ausência de portadora, dois computadores decidem transmitir simultaneamente? –Colisão (interferência) ! Qual o mecanismo de Recuperação ? –CSMA/CD –CD: Colision Detection (and BackOff)

64 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Tratando a colisão Ao sentir a colisão (alteração anormal na voltagem, pela placa), o computador espera. Mas se ambos computadores esperarem o mesmo tempo para retransmitir: nova colisão ! delayUsar um delay de no máximo d. Selecionar um valor randômico!

65 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Evitar colisões múltiplas delaySe houver nova colisão, duplica-se o tempo de delay ! delayBinary exponential Backoff : ato de dobrar o tempo de delay a cada colisão

66 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Endereçamento de Hardware e Frames Meio físico compartilhado por muitos computadores. Sinal chega a vários, além daquele a qual é especificamente destinado. Como identificar este computador específico? –Frames !

67 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Endereçamento físico

68 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Formato de Endereços Físicos Estáticos: pré-estabelecido pelo fabricante. Configuráveis: manual, na EPROM. Dinâmicos –Endereço determinado quando a estação é ligada. Pode tentar valores aleatórios até encontrar algum que não seja usado por outro computador na rede.

69 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Frames Permitem a identificação do conteúdo do dado a ser transmitido. Composto por campos

70 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Frame Ethernet

71 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Tipos de Frames

72 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Erros de Transmissão Raios, variações na corrente elétrica, interferências eletro-magnéticas, etc. –Alteram o valor do dado. –Interpretação errada. Mecanismos de verificação de erros –Paridade –CheckSum –CRC

73 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Verificando a Paridade Bit de paridade Paridade Par: –O transmissor configura o bit de paridade para 0 ou 1 de forma que o nro total de bits 1 (incluindo o próprio bit de paridade) seja par –o bit de parid. para é 1. Paridade Ímpar: análoga.

74 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE CheckSum Dados são tratados como uma seqüência de inteiros sobre os quais é calculada uma soma.

75 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Limitações do CheckSum

76 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE CRC - Cyclic Redundancy Check Implementado em Hardware –registrador de deslocamento + porta Xor melhor que checksum Cada bit muda dramaticamente o resultado final.

77 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23876

78 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Conectividade. Estendendo uma LAN –Repetidores (Repeaters) –Pontes (Bridges) –Switches –Roteadores (Routers) –Gateways –Hubs

79 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23878

80 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23879

81 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Repetidores Pega um sinal e o repete ! Não apenas amplifica, tenta também regenerá-lo (eliminando ruídos) Corresponde a camada 1 do modelo ISO –Camada Física Não tem a mínima noção da idéia de Frame –o sinal é elétrico –portadora

82 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23881

83 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23882

84 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Bridges Mais inteligente que um repetidor –Camada 2 (Data Link) do modelo ISO –Entende o formato do Frame, portanto, é específica para uma determinada tecnologia –Pode tomar decisões inteligentes Filtra Frames –Reduz tráfego na rede

85 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23884

86 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Filtragem de Frames Bridge possui CPU, memória e duas placas de rede. Aprendizado adaptativo. (spanning tree algorithm) Observa a rede em modo promíscuo (aceita para análise todos os frames que chegam a ela).

87 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23886

88 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Uso de bridge - 1

89 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Uso de bridge - 2

90 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Um ciclo de Bridges

91 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Hubs Inicialmente: um concentrador de fiação Hubs mais modernos – stack (pilhas de hubs): max 10 (IBM) –SNMP ( Simple Network Management Protocol ) gerenciamento remoto do hub –Portas bufferizadas: armazena frames –filtragem de pacotes: descarta frames ruins –agem como repetidores –Cada né detém uma porção da largura de banda total da capacidade de transmissão do HUB !

92 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE HUB

93 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Switches Tem a aparência de um hub –HUB: age como um longo fio compartilhado –SWITCH: simula uma rede com várias bridges! Permite comunicação em paralelo aumentam performance da rede agem também como um filtro qd um pacote chega, lê o header e o repassa ao segmento destino ( –Funcionam na camada 2 e 3 (Layer 3 Switches) –Cada nó tem a capacidade total de transmissão do Switch Store-Forward

94 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23893

95 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23894

96 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Layer 3 Switching Incorpora características de roteadores Opera no nível 3 (redes) do modelo ISO/OSI Opera de modo idêntico a um roteador, mas tem otimização por hardware (tao rápido quanto um switch nível 2)

97 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Roteadores Transfere dados de uma rede para outra (que podem ser fisicamente diferentes - frames diferentes) Camada 3 (Redes) do modelo ISO. Inteligente: tenta encontrar a melhor rota para o pacote.

98 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23897

99 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 23898

100 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE Gateways PC: manipulam dados em formato ASCII IBM Mainframes: formato EBCDIC Conversão exige uma completa re- estruturação dos dados. Gateway: dispositivo que atua em qualquer camada do modelo ISO/OSI para vencer diferenças entre redes.

101 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE

102 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE DispositivoCamada OSI Performance Sofisticação Repeater Física Rápida Baixa Bridge Data Link Rápida Também Baixa Switch Data Link Rápida Complexa Roteador Network Média Complexa Gateway Qualquer Devagar Muito Complexa Dispositivos de Conexão


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