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3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 1 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.1) A Arquitetura TCP/IP É um conjunto de protocolos.

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1 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 1 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.1) A Arquitetura TCP/IP É um conjunto de protocolos padronizados, surgidos na década de 70 e tinha a missão básica de resolver a interligação entre redes distintas. Patrocinados inicialmente pela DARPA (Defense Advanced Research Project Agency), órgão americano pertencente ao DOD (Departament Of Defense) dos E.U.A.; Em 1969 foi criada a ARPANET, com a finalidade de interligar institutos de pesquisa e órgãos do governo americano espalhados pelo país, com características computacionais diferentes; Em 1983 estes protocolos foram adotados como padrão militar. Criou-se a MILNET, utilizada para comunicações militares não-classificadas, ficando a ARPANET uma rede menor, utilizada para pesquisas futuras. A MILNET e a ARPANET juntas ficaram conhecidas como arquitetura INTERNET; O investimento de milhões de dólares para o aperfeiçoamento destes protocolos, com difusão mundial e 20 anos de uso, justificam a utilização atual para a Comunicação Global através da INTERNET.

2 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 2 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.1) A Arquitetura TCP/IP (cont) A arquitetura INTERNET TCP/IP dá uma ênfase especial à interligação de redes com tecnologias diferentes, formando a chamada inter-rede; Todos seus protocolos são documentados através de uma especificação chamada de RFC (Request for Comments). As RFC´s são geradas, analisadas, criticadas e são geradas novas sugestões de melhorias e então, após testes de estabilidade, o protocolo é transformado em padrão por um comitê chamado IAB (Internet Activity Board) e a RFC é publicada com o status de Internet Standard; Rede 3 Rede 1 Rede 4 Rede 2 Rede 5 G G G G G G Inter-rede G – Internet Gateway ou Internet Router G

3 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 3 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.1) A Arquitetura TCP/IP (cont) A arquitetura INTERNET TCP/IP dá uma ênfase especial à interligação de redes com tecnologias diferentes, formando a chamada inter-rede; Todos seus protocolos são documentados através de uma especificação chamada de RFC (Request for Comments). As RFC´s são geradas, analisadas, criticadas e são geradas novas sugestões de melhorias e então, após testes de estabilidade, o protocolo é transformado em padrão por um comitê chamado IAB (Internet Activity Board) e a RFC é publicada com o status de Internet Standard; Rede 3 Rede 1 Rede 4 Rede 2 Rede 5 G G G G G G Inter-rede G – Internet Gateway ou Internet Router G

4 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 4 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.1.1) As camadas da Arquitetura TCP/IP (cont) Aplicação Suporta as aplicações de rede aos usuários. Protocolos: FTP, SMTP, TELNET; Transporte Oferece serviços de transferência de dados entre cliente e servidor de uma determinada aplicação, utilizando segmentos de informações. Protocolos: TCP, UDP; Rede Efetua o roteamento de datagramas de uma máquina para a outra, da origem ao destino. Protocolos: IP; Enlace Faz a transferência de dados entre elementos vizinhos da rede, gerenciando o acesso ao meio de transmissão. Protocolos: PPP, Ethernet; Física Viabiliza a transmissão dos bits trocados (quadros) entre elementos de rede adjacentes, através de sinais elétricos, ópticos ou eletromagnéticos adequados aos canais de transmissão utilizados. Rede* Enlace Física Transporte Modelo TCP/IP Aplicação ** (*) Alguns autores denominam Camada Inter-rede (**) Alguns autores denominam as camadas de Enlace/Física como Intra-rede

5 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 5 Ciência da Computação – Redes de Computadores Rede Enlace Física Sessão Transporte Modelo OSI Aplicação Apresentação 3.1.2) Comparação entre o modelo OSI e a Arquitetura TCP/IP Rede* Enlace Física Transporte Arquitetura Internet TCP/IP Aplicação (*) Alguns autores denominam Camada Inter-rede (**) Alguns autores denominam as camadas de Enlace/Física como Intra-rede **

6 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 6 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.1.3) Os Protocolos da arquitetura TCP/IP Os serviços oferecidos pela arquitetura TCP/IP estão bem definidos principalmente através da caracterização das camadas de Transporte e Rede (ou Inter-Rede). Os principais protocolos que operam nestas camadas são: TCP (Transmission Control Protocol):. Opera na camada de Transporte e oferece este serviço orientado à conexão (confiável);. Trabalha em modo full-duplex e desempenha suas funções estabelecendo um circuito virtual na rede; UDP (User Datagram Protocol):. Opera na camada de Transporte, porém com um serviço não orientado à conexão (não confiável);. Extremamente simples, ágil e rápido, oferecendo transporte através do envio de datagramas pela rede; IP (Internet Protocol):. Opera na camada de Rede (ou Inter-Redes) e não é orientado à conexão (não confiável);. Serviço de entrega não confiável de datagramas;

7 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 7 Ciência da Computação – Redes de Computadores Protocolos TCP/IP IP TCP, UDP Ethernet, Token-Ring, FDDI, Wireless, ATM TELNETTELNET FTPFTP SMTPSMTP Rede Enlace Físico Sessão Transporte Modelo OSI Aplicação Apresentação Rede Enlace Física Transporte Arquitetura TCP/IP Aplicação 3.1.3) Os Protocolos da arquitetura TCP/IP (cont) TELNET – Terminal Remoto FTP – File Transfer Protocol SMTP – Single Mail Transfer Protocol FDDI – Fiber Distributed Data Interface ATM – Assynchronous Transfer Mode

8 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 8 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.2) A Camada Física Rede Enlace Físico Apresentação Sessão Transporte Aplicação Quando do desenvolvimento do modelo RM/OSI, na época já existiam vários padrões de transmissão utilizados pelos sistemas de comunicação (entre eles o RS232 e o V.35), os quais foram incorporados nas interfaces RM/OSI; Assim, os principais serviços a serem prestados pelo nível físico seriam: Estabelecimento e encerramento de conexões entre duas ou mais entidades do nível físico; Efetuar a transferência de dados, onde a unidade de serviço de dados (SDU) no nível físico é o bit; Manter a ordem de transmissão dos bits durante a transmissão (seqüencialização); Notificar a ocorrência de falhas detectadas durante a transmissão; Nível Físico Entidade do nível físico Entidade Transmissora Meio Físico Entidade do nível físico Entidade Receptora Entidade Repetidora Pontos de acesso ao serviço do meio físico Circuitos de Transmissão de dados

9 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 9 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.2.1) Aplicações da camada física Rede Enlace Físico Apresentação Sessão Transporte Aplicação MUX Linha Dedicada Canais multiplexados Host MUX - Multiplexador Elemento de Rede Modem

10 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 10 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.2.2) Modos de transmissão de bits Quanto à forma de envio de bits: Comunicação Paralela: Um conjunto de bits (1 byte por exemplo) e enviado simultaneamente através de várias linhas, onde todas são referenciadas a um terra comum; Indicado para curtas distâncias (até 20m). Exemplo: conexão com impressoras; Comunicação Serial: Os bits são enviados em seqüência e individualmente através de uma linha composta de um par de fios; Utiliza a diferença de tensão entre fios como sinal para indicar os bits a serem enviados; Indicado para maiores distâncias. Exemplo: conexão computador modem;

11 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 11 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.2.2) Modos de transmissão de bits (cont) Quanto à temporização de caracteres: Comunicação Síncrona: O intervalo de tempo entre caracteres consecutivos é fixo e a cadência de transmissão de cada bit é definida por sinal de sincronização (clock); O sinal de sincronização (clock) pode ser enviado separadamente ou inserido no próprio sinal de dados; Comunicação Assíncrona: Não existe um intervalo de tempo definido entre caracteres consecutivos As informações são delimitadas por sinais de início e fim (start e stop bits), que permitem sincronização a nível de bits; Observação importante: Tanto na Comunicação Síncrona como na Assíncrona é necessária sincronia a nível de bits;

12 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 12 Ciência da Computação – Redes de Computadores Taxa de transmissão (bit rate) É o número de bits transmitidos por segundo, expressa em bps (bits per second). Exemplo: Transmissão de 256 bits em 125 s resulta em (256bits/125 s) = 2,048 Mbps; Taxa de sinalização (baud rate) É o número de intervalos de sinalização (mudanças de amplitude ou envio de símbolo) por segundo do sinal, expressa em bauds. Exemplos:. Se usarmos uma amplitude para 0 e outra para 1, então baudrate = bitrate (1 símbolo para 1 bit);. Se utilizarmos um nível de amplitude para 2 bits (dibits) teremos: +2 V para V para V para V para 11 Então baud-rate = bit-rate/2. (1 símbolo para dois bits). Assim para codificar n bits agrupados em um mesmo nível de amplitude, são necessários 2 n amplitudes ) Taxas de transmissão de bits (Bit-rate) e símbolos (Baud-rate) t +2V -2V +1V -1V

13 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 13 Ciência da Computação – Redes de Computadores Relação entre baud-rate e bit-rate: n = número de bits representados por cada nível de tensão; L = número de níveis de amplitude necessários = 2 n Portanto bit-rate = (log 2 L). baud-rate Exemplos: Assim, um modem capaz de gerar apenas intervalos de sinalização por segundo (9.600 baud) poderá transmitir, por exemplo, bps caso ele opere com tribits, ou seja, 3 bits codificados em 8 níveis de tensão ) Taxas de transmissão de bits (Bit-rate) e símbolos (Baud-rate) cont

14 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 14 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.2.4) Transmissão em Baseband (Banda Base) e em BroadbBand Banda Base (Sem modulação) Broadband (Com modulação) Amplitude Fase Freqüência NRZ – Non Return to Zero

15 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 15 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.2.5) Características da codificação em Baseband (Banda Base) Normalmente em muitos padrões (como por exemplo o Ethernet) a codificação binária direta (0 Volts para nível lógico 0 e 5 Volts para nível lógico 1) não é utilizada por problemas práticos ( por exemplo um ruído induzido na linha poderá gerar um bit 1 na recepção). Assim, as informações digitais passam por uma codificação antes da efetiva transmissão, a qual evita estes problemas de ambigüidade; A transmissão serial de dados requer sincronização entre emissor e receptor, ou seja, é necessário que receptor retire uma amostra do sinal recebido na mesma freqüência em que este foi gerado; A freqüência do sinal define o tempo de bit (intervalo de sinalização) A amostragem deve ocorrer aproximadamente. no meio do tempo bit

16 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 16 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.2.5) Características da codificação em Baseband (Banda Base) (cont) O sinal de sincronização pode ser enviado separadamente em relação ao sinal de dados mas tem inconvenientes (custo); Outra opção é inserir no próprio sinal de dados os sinais que geram a sincronização, que podem ser de duas formas:. Transições (ou bordas) no sinal de dados que são detectadas facilmente através de circuitos eletrônicos;. Conjuntos de bits específicos para este fim. Exemplo: Codificação RZ (Returno to Zero) Borda positiva Borda negativa

17 3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 17 Ciência da Computação – Redes de Computadores 3.2.6) Os padrões para a Camada Física CaracterísticasX.21 (transmissão digital) X.21 bis (transmissão analógica) RS-232 (até 20 Kbps) V.35 (acima de 20 Kbps) MecânicasISO 4903ISO 2110ISO 2593 ElétricasV.11 (ou V.10)V.28V.35 FuncionaisX.21V.24 ProceduraisX.21X.21 bis PadrãoCaracterísticas mecânicas RS232 (ISO 2110)Conector com 25 pinos (DB 25) V.35 (ISO 2593)Conector com 34 pinos (V.35) Os padrões para o nível físico utilizado no modelo OSI foram estabelecidos nas recomendações X.21 e X.21 bis referente aos aspectos procedurais, as quais foram complementadas pelas recomendações X ou V do antigo CCITT no que diz respeito aos aspectos elétricos, mecânicos e funcionais;


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