1 Redes de Computadores II Módulo 1 – Introdução e a camada de enlace.

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1 1 Redes de Computadores II Módulo 1 – Introdução e a camada de enlace

2 2 Comunicação de Dados e Redes de Computadores O problema fundamental da comunicação é reproduzir em um ponto exatamente ou aproximadamente uma mensagem escolhida em outro ponto - “A Teoria Matemática da Comunicação”, Claude Shannon, 1948.

3 3 Comunicação de Dados e Redes de Computadores

4 4 Telecomunicações: comunicação a distância Rádio Dados TV Voz... Comunicação de Dados Informações analógicas ou digitais convertidas e processadas por sistemas computacionais Disciplinas IER, RCO 2!!

5 5 Redes Públicas e Privadas : Modelo Genérico Comunicação de Dados e Redes de Computadores INFRA ESTRUTURA CENTRAL LOCAL OPERADORA DE SERVIÇOS USUÁRIOS rede 1 rede 4 rede 3 rede 2 ? NOSSA MISSÃO! Público: serviços gratuitos (?)‏ Modelo básico de comunicação de dados

6 6 Comunicação de Dados e Redes de Computadores Exemplo: transferência de um texto entre dois computadores Dois computadores distantes ligados através de uma rede pública O computador da esquerda tem uma mensagem em texto para ser transmitida. A mensagem é representada por uma sequência de bits. O computador da esquerda transforma a sequência de bits em um sinal digital, e o transmite ao modem. O modem transforma o sinal digital em um sinal analógico, que segue para a rede pública. O modem receptor converte o sinal analógico de volta para um sinal digital, repassando-o ao computador. A sequência de bits é recuperada do sinal digital. O computador receptor obtém a mensagem original. A rede pública transmite o sinal analógico para o modem receptor.

7 7 Comunicação de Dados e Redes de Computadores Problemas: Se o texto for grande, pode ser necessário transmiti-lo em vários pedaços menores. Como o destino pode distinguir os vários pedaços (onde começa um e termina outro) ? Como fazer com que a mensagem seja de fato entregue no destino ? Erros podem ocorrer... Qual a melhor forma de transformar a mensagem em um sinal digital ? Quanto maior a velocidade de transmissão possível para esse sinal (e menos erros), melhor ! A rede pública pode não conseguir transmitir o sinal digital diretamente. Como convertê-lo para um sinal analógico apropriado (e eficiente) ?

8 8 Um modelo de comunicação

9 9 Modelo de comunicação de dados Modem A Modem B DTE A DTE B DCE A DCE B Meio de comunicação ID – Interface Digital IA–Interface Analógica Cabo lógico Comunicação Física Comunicação Lógica

10 1010 Modelo de comunicação de dados Circuito: meio de transmissão dedicado para uma comunicação entre dois equipamentos de rede Pacote: unidade de transmissão de dados, enviada pelo equipamento transmissor e recebida pelo receptor. Chaveamento de Circuitos x Pacotes Em redes de computadores, abordagem dominante é chaveamento de pacotes Chaveamento de circuitos (reais ou virtuais) usada em redes de transmissão em geral (ex: rede telefônica)

11 1 Modelo de comunicação de dados Regras de comunicação – ou protocolos: Sintaxe (formato dos dados): como os dados são representados para fins de transmissão. Semântica: informações de controle para coordenação e tratamento de erros Comportamento: regras de comunicação, que incluem que mensagem deve ser enviada, e por quem, a cada etapa da comunicação Temporização: tempos limites envolvidos na comunicação

12 1212 Modelo de comunicação de dados Exemplo de protocolo Dados Seq Tipo Formato de pacote (PDU) Comportamento

13 1313 Modelo de comunicação de dados Todo protocolo tem um custo operacional chamado de overhead Overhead: porção de recursos de comunicação gastos para o funcionamento do protocolo ✔ quantidade de informação de controle, proporcional aos dados transmitidos ✔ … tempo gasto devido ao comportamento do protocolo ✔... tempo de processamento necessário nos equipamentos de rede envolvidos !

14 1414 Modelo de comunicação de dados Portanto, ter em mente que... Dados são transmitidos de acordo com regras padronizadas ou protocolos Dados são divididos em pedaços para fins de transmissão, chamados de “pacotes” Um pacote é uma unidade de transmissão de um protocolo: ou é recebido integralmente, ou descartado Cada protocolo define seu formato de pacote, chamado mais formalmente de PDU (Unidade de Dados do Protocolo)

15 1515 Definição do problema Problema dividido em duas partes: 1. A transmissão efetiva dos dados digitais entre os computadores, pelo que se chama enlace de dados (data link). 2. A transmissão de uma sequência de bits (bit stream) pelo meio de transmissão, convertendo-a em um sinal elétrico ou eletromagnético e vice-versa.

16 1616 Definição do problema

17 1717 Camadas de Enlace e Física

18 1818 Alguns protocolos de enlace PPPHDLC MAC do padrão IEEE 802.3 (Ethernet) MAC do padrão IEEE 802.11 (WiFi) Alguns protocolos de camada física RS-232RS-485DSL 100baseT e similares do padrão IEEE 802.3 (Ethernet) PHY do padrão IEEE 802.11 (WiFi)

19 1919 Camadas de Enlace e Física Arquitetura OSI é um modelo de referência Não foi implementada Sumariza muitos esforços de padronização Arquitetura TCP/IP é a arquitetura da Internet Arquitetura de fato implementada em larga escala Mais simples que OSI

20 2020 A Camada de Enlace Principal objetivo da camada: Comunicar dados entre dois equipamentos de rede conectados ao mesmo meio de transmissão

21 2121 A Camada de Enlace Enlaces podem ser: Ponto-a-ponto Multiponto

22 2 A Camada de Enlace Equipamentos típicos para enlaces ponto-a-ponto: Roteador * PC como roteador Roteadores e modems ADSL e SDSL

23 2323 A Camada de Enlace Equipamentos típicos para enlaces multiponto: Switch ethernet Ponte (bridge) Placa de rede

24 2424 A Camada de Enlace Equipamentos típicos para enlaces multiponto: Placas de rede WiFi Access Point WiFi

25 2525 A Camada de Enlace Equipamentos típicos para enlaces multiponto:

26 2626 A Camada de Enlace O meio de transmissão é visto como fonte e destino de bits em sequência

27 2727 A Camada de Enlace Serviços:

28 2828 Comunicar dados significa: Sincronizar quadros: reconhecer os quadros (PDUs) dentro das sequências de bits Controlar fluxo de quadros: evitar enviar mais quadros que o destinatário pode receber Controlar erros: detectar e tratar erros em quadros Endereçar os equipamentos: identificar o destinatário em enlace muiltiponto Gerenciar o enlace: iniciar, manter e terminar enlaces

29 2929 A Camada de Enlace Unidade de transmissão (PDU) é o quadro: Um quadro genérico: Sync: informação para sincronizar quadros Header ou cabeçalho: informações de controle Payload ou carga: dados transportados Trailer: informação de controle adicional

30 3030 A Camada de Enlace Sincronização de quadros (enquadramento): Identificar os quadros dentro da sequência de bits recebida. Ex: equipamento de rede é ligado, e há uma sequência de bits chegando. Como identificar onde inicia e termina o primeiro quadro (e os quadros subsequentes) ? quadro

31 3131 A Camada de Enlace Antes de ver as abordagens para enquadramento... Protocolos orientados a byte ou caractere: Quadros são vistos como conjuntos de bytes Ex: Protocolos Bisync, PPP Protocolos orientados a bit: Quadros são vistos como conjuntos de bits Ex: Protocolo HDLC

32 3232 A Camada de Enlace Enquadramento para protocolos orientados a byte: Sentinela: bytes especiais delimitam quadros Ex: Protocolo PPP usa Flag = 7E H Problema: e se o valor do byte especial aparecer dentro do quadro ?

33 3 A Camada de Enlace Enquadramento para protocolos orientados a byte: Sentinela: se byte especial aparecer dentro do quadro, deve ser modificado para evitar que seja interpretado Isto é denominado preenchimento de caractere Ex: PPP insere um byte com valor 7D H antes do byte especial, além de inverter o 6 o bit do byte especial. Exercício: como ficaria a sequência de escape para os seguintes valores, de acordo com o PPP: a) 7E H b) 7D H c) 01 d) 20 H e) FF H

34 3434 A Camada de Enlace Enquadramento para protocolos orientados a bit: Sentinela: uma sequência de bits especial delimita os quadros Ex: Protocolo HDLC usa sequência de bits (flag) 01111110 Problema: e se esta sequência aparecer dentro do quadro ?

35 3535 A Camada de Enlace Enquadramento para protocolos orientados a bit: Sentinela: se a sequência de bits aparecer dentro do quadro, um bit 0 é inserido antes após o 5 o bit 1 Isso se chama preenchimento de bit Exercício: se a sequência abaixo precisasse ser transmitida no corpo de um quadro HDLC, como ela precisaria ser modificada ? 00101010011111111110001010111111000101001 Se a sequência abaixo fosse recebida, qual seria a sequência original ? 00011000111110110000101111100101001110

36 3636 A Camada de Enlace Enquadramento para protocolos orientados a byte: Contador: quadro contém um campo que informa o comprimento do campo de dados Simples, mas se valor do contador for corrompido o enquadramento ficará comprometido (framing error) Exercício: pesquise um protocolo de enlace que use a abordagem do contador

37 3737 Exercícios Por que há necessidade da camada de enlace ? A camada física não seria suficiente para prover comunicação de dados entre dois equipamentos de rede ? Usando somente a camada de enlace, como se faria a comunicação entre os computadores A e C na figura abaixo ?

38 3838 Tarefa Faça uma pesquisa para encontrar dois protocolos de enlace e camada física para: Enlaces ponto-a-ponto Redes locais (LAN) Redes sem-fio