AULA 2 – PARTE 3 - CAMADA FÍSICA (101-151) REDES INDUSTRIAIS AULA 2 – PARTE 3 - CAMADA FÍSICA (101-151) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini Redes de Computadores - Roberto C. Betini

Sistemas em Banda Larga (Sinalização Analógica) A rede em banda larga de um único canal pode ser expandida para uma rede banda larga com toda a sua capacidade (evitando todo o custo de fiação e instalação). Tipos de sinais a serem transportados: analógicos (imagem ou voz) ou digitais. Tipos de canais: dedicados ou chaveados, ponto-a-ponto ou multiponto. Canais ponto-a-ponto podem ser: Simplex: maioria dos casos em canais ponto a ponto em redes banda larga. Half-duplex Full duplex (Fig. 3-24) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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Sistemas em Banda Larga (Sinalização Analógica) Canais ponto a ponto chaveados não são pré-estabelecidos. Modems de frequência variável (frequency-agile modems), trocam sua frequência de operação através de comando eletrônico. Podemos ter taxas menores, iguais ou maiores de 56 kbps. (Fig. 3-25) Canais multiponto podem ser dedicados ou chaveados, síncronos ou assíncronos. (Fig. 3-26) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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3.6.4 Multiplexação no Tempo Vários sinais podem ser transportados por um único caminho físico. Intercalamento de porções de cada sinal durante o tempo. TDM síncrona e assíncrona. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

Redes Industriais - R. C. Betini 3.6.4.1 TDM Síncrono Frames: intervalos de tamanho fixo de tempo T. Slots: Cada frame é subdividido em N subintervalos {t1, ..., tn} denominados slots. Canal: é o conjunto de todos os segmentos, um em cada frame. (Fig. 3-27, 3-28) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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3.6.4.2 TDM Assíncrono ou STDM (Statistical TDM) Elimina o desperdício de capacidade existente no TDM síncrono. Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente de acordo com a demanda das estações. Necessita de um cabeçalho identificando a origem e o destino. (Fig. 3-29) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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Redes Industriais - R. C. Betini 3.6.4.3 Redes Híbridas Possui canais dedicados ou chaveados com TDM síncrono e canais multiponto através de TDM assíncrono. 3.6.5 Hierarquias de Transmissão Digital Formas de particionamento do tempo num meio físico usada nas técnicas de TDM síncrono. Utilizado na telefonia digital e transmissão de dados. (Fig. 3-30) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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Redes Industriais - R. C. Betini 3.7 Comutação Comutação ou chaveamento refere-se a alocação dos recursos da rede para a transmissão pelos diversos dispositivos conectados. Tipos: Comutação de circuitos e pacotes. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

3.7.1 Comutação de Circuitos Envolve 3 fases: estabelecimento de circuito, transferência da informação e desconexão do circuito. (Fig. 3-31) O caminho dedicado entre a origem e o destino pode ser: Um caminho físico formado por uma sucessão de enlaces físicos. Uma sucessão de canais de frequência alocados em cada enlace. Uma sucessão de canais de tempo alocados em cada enlace. (Fig. 3-32) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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3.7.2 Comutação de Mensagens Na comutação de mensagens não é preciso o estabelecimento de um caminho dedicado entre as estações. (Fig. 3-33) 3.7.3 Comutação de Pacotes Mensagens são quebradas em unidades menores denominadas pacotes. (Fig. 3-34) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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3.7.4 Comutação de Circuitos vs. Comutação de Pacotes Usado para redes de fluxo contínuo de informação (tarifada por tempo) Não necessita de empacotamento de bits para a transmissão. Comutação de Pacotes Recomendado para redes de tráfego em rajadas. A capacidade dos meios de comunicação é sempre dinamicamente alocada. Mecanismos de prioridade podem ser implementados. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

3.8 Codificação e Transmissão de Sinais em Banda Básica A codificação de sinais mais conhecida em banda básica é denominada codificação NRZ (Non Return to Zero). (Fig. 3-35) Para uma amostragem correta, receptor e transmissor precisam ter relógios ajustados (sincronizados) em frequência e fase. (Fig. 3-36) 3.8.1 Transmissão Assíncrona Transmissão de caracteres delimitados por bits especiais de start e stop. (Fig. 3-37) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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Redes Industriais - R. C. Betini 3.8.2 Transmissão Síncrona Existência de uma referência única de tempo para transmissor e receptor. Dois modos: Técnica NRZ: existe um canal separado dos dados, para enviar o relógio do circuito transmissor (pouco usado). Segunda técnica: consiste em enviar dados e informação de sincronismo que permita recuperar o relógio, juntos em um mesmo canal, utilizando alguma técnica de codificação (mais usada). Técnica de codificação Manchester ou Manchester Diferencial. Em ambos os casos há a necessidade de envio de informação de sincronismo antes do início da transmissão. (Fig. 3-38) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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Redes Industriais - R. C. Betini 3.9 Controle de Erros Erros seriais e intermitentes. 3.9.1 Taxa de Erros Geralmente os padrões de qualidade exigem valores entre 10-4 e 10-7 , ou seja, um bit errado entre 10.000 e 10.000.000 de bits transmitidos. Taxa de erros é a relação entre o total de bits/caracteres/blocos recebidos com erro e o total de bits/caracteres/blocos transmitidos. Assim tem-se a taxa de erros de bit (BER), taxa de erros de caracteres (CER) e taxa de erros de blocos (BLER). 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

Redes Industriais - R. C. Betini 3.9.1 Taxa de Erros A taxa de erros de bits é útil para expressar a qualidade do canal, pois geralmente inclui os erros gerados pelo meio de transmissão (nível 1) A taxa de erros de bloco é o método que fornece o melhor parâmetro para análise de um sistema de comunicação de dados. Pois os dados são transmitidos em blocos e os processos de detecção e correção de erros, também são feitos a nível de blocos. A BLER está intimamente relacionada ao nível 2 do modelo de referência OSI. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

Redes Industriais - R. C. Betini 3.9.2 Detecção de Erros Para ocorrer a detecção de erros há a necessidade do envio de bits redundantes. Ou seja, o envio de bits adicionais ao conjunto de bits componentes da mensagem útil. Esse processo resulta no parâmetro redundância que relaciona o número de bloco transmitido (bits redundantes + bits úteis). (fórmula) Existem dois tipos de redundância: dentro do caractere e dentro de um bloco de caracteres. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

Redes Industriais - R. C. Betini 3.9.2 Detecção de Erros A redundância dentro do caractere pode ser feita usando os sistemas de testes de paridade ou usando a forma de codificação de caracteres em razão constante. Na redundância dentro de um bloco de caracteres, um bloco de caracteres é seguido por um conjunto de bits de verificação de erros, implementado através de códigos cíclicos. Os principais códigos típicos de detecção de erros são: Paridade: Redundância vertical (VRC), e redundância longitudinal (LRC). Razão constante Códigos cíclicos (CRC) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

Redes Industriais - R. C. Betini 3.9.2 Detecção de Erros Controle de redundância por paridade (VRC) Este controle também chamado de Controle de Redundância Vertical (VRC), é efetuado através da edição de um bit (bit de paridade) após o último bit de cada caractere transmitido. É utilizado em transmissões síncronas e assíncronas sendo pouco eficiente. Este controle pode ser implementado através de paridade par ou paridade impar, efetuado na base de cada caractere. Paridade Impar consiste na obtenção de um número ímpar de bits “1”, incluindo o bit de paridade. Paridade Par consiste na obtenção de um número par de bits “1”. (Fig. 3-39) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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Redes Industriais - R. C. Betini 3.9.2 Detecção de Erros Controle de Redundância Longitudinal (LRC) É um caractere obtido em função do total de bits “ 1 “ dos diversos caracteres da mensagem. O caractere é denominado de BCC (Block Check Caractere). O exemplo da figura a seguir explica a obtenção do BCC empregando paridade par na base de cada caractere ASCII. (Fig. 3-40). O método de paridade longitudinal permite a detecção de conjuntos pares de erros, com a restrição de detecção de erros em disposição quadrada. Por exemplo: 2 erros em duas linhas mais dois erros em duas colunas. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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Redes Industriais - R. C. Betini 3.9.2 Detecção de Erros Controle de Razão Constante Neste método os caracteres são gerados de tal forma que a razão entre o número de “1” e o número de “0” componentes do caractere seja constante. Este método não é muito utilizado porque diminui o número de combinações possíveis de caracteres. Por exemplo, se for utilizado a razão de 5 “uns” e 3 “zeros” num código de 8 bits para formação de um caractere, a combinação 11001101 pode ser utilizada para representar um caractere, ao passo que a combinação 01011010 não pode ser utilizada na representação de nenhum caractere. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

Redes Industriais - R. C. Betini 3.9.2 Detecção de Erros Controle de redundância cíclica (CRC) Este método de controle é realizado pelo envio de um caractere de controle no final da mensagem obtido matematicamente através da divisão de polinômios. O dividendo é um polinômio representativo do valor numérico binário da mensagem e o divisor é um polinômio padrão ou gerador. O quociente encontrado é desprezado e o resto constituirá no caractere de controle (BCC no caso do protocolo BSC) que será acrescentado no final da mensagem. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

Controle de redundância cíclica (CRC) Na recepção haverá novamente a divisão do polinômio obtido pela mensagem e polinômio padrão (idêntico ao da transmissão). O resto desta divisão é comparado com os últimos bits recebidos no quadro. Se os bits forem iguais, o receptor assume que recebeu os dados sem erro. (Fig.: alguns polinômios) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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3.10 Métodos para Recuperação de Dados Corretos Quando for detectado o recebimento de dados contendo erros, em função dos métodos de detecção anteriormente descritos há, ainda, a necessidade de recuperação dos dados para a forma correta. Os métodos empregados são: 3.10.1 Transmissão de Retorno Consiste em que todas as mensagens são enviadas de volta à estação transmissora no sentido de corrigir o erro da comparação entre as mensagens transmitida e refletida. (Fig. 3-41) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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3.10.2 Sistemas com Diversidade ou Multienvio Consiste em transmitir simultaneamente duas ou três vezes a mesma informação ou através de vias paralelas ou seriais de uma única via. 3.10.2.1 Sistema ARQ (Automatic Retransmission Request) Contínuo Neste sistema o terminal transmissor continua enviando blocos sem aguardar pelo reconhecimento de um bloco enviado. O transmissor ao mesmo tempo que transmite vários blocos, observa o fluxo de reconhecimento de blocos recebidos. Este sistema é utilizado nos protocolos do tipo “full-duplex” (HDLC, SDLC, etc.) Neste sistema há a necessidade de numeração dos blocos, normalmente numerados em módulo de 8 ou 128 blocos. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

3.10.2.1 Sistema ARQ (Automatic Retransmission Request) Contínuo Quando o transmissor receber um reconhecimento negativo, este pode efetuar a recuperação do bloco de duas maneiras: (1) Na primeira maneira, o transmissor faz a retransmissão de todos os blocos subsequentes ao bloco identificado com erro (inclusive), independente do estado de recepção dos blocos posteriores. É o caso do protocolo SDLC. (2) Na outra maneira, o transmissor só retransmite o bloco identificado com erro. Esta é a técnica utilizada pelo protocolo HDLC, através da técnica de rejeição seletiva do bloco (SREJ). (Fig. 3-42) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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3.10.2.2 Sistemas ARQ: “Stop and Wait” Consiste no fato do transmissor aguardar o reconhecimento positivo ou negativo do último bloco enviado, para retransmitir ou enviar um novo bloco. Se o reconhecimento for positivo enviará o bloco seguinte e se o reconhecimento for negativo retransmitirá o último bloco enviado. Este é o sistema utilizado em protocolos “half-duplex”, como por exemplo, o BSC. (Fig. 3-43, Tab. 3-1). 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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3.10 Sistemas de Autocorreção (FEC - Forward Error Control) É o sistema que permite a detecção e a correção do bloco errado pela receptora. Neste sistema haverá necessidade do envio de uma maior proporção de bits redundantes e a exigência de terminais com maior complexidade, para permitir a identificação correta do bloco de dados. R. W. Hamming introduziu o primeiro tratamento sistemático de detecção automática de erros pelo receptor. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

3.10 Sistemas de Autocorreção (FEC - Forward Error Control) O método de Hamming consiste, basicamente, na inserção, em posições detalhadas de bits de controle entre os bits da informação. A mensagem transmitida tanto será composta de bits de controle e bits da informação. Os bits de controle ocuparão as posições correspondentes as potências de 2, ou seja: 1, 2, 4, 8, 16, 32, ... e os bits da informação ocuparão as demais posições. (Fig. 3-44) 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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3.10 Sistemas de Autocorreção (FEC - Forward Error Control) Cada bit de controle é obtido em função da paridade, par ou ímpar (quantidade de “1”) verificada no conjunto formado pelo bit de controle e pelos bits da informação de sua abrangência. (Tab. 3-2, 3-3). O exemplo da tabela anterior auxilia o entendimento do método de Hamming, onde os bits de controle foram obtidos através de paridade par. 20/09/2018 Redes Industriais - R. C. Betini

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