Modelo de Referência OSI - inf.pucrs.brcnunes/redes/aulas/Fisico3.pdf · protocolo da camada N. Física Enlace Rede Transporte Sessão Apr es ntação Aplicação ... Foi necessário

1

Redes e Sistemas Distribuídos Profa. Cristina Nunes

Modelo de Referência OSI

OSI (Open Systems Interconnection)Criado pela ISO (International Standards Organization)É um modelo abstrato que relaciona funções e serviços de comunicações em sete camadas.Cada camada oferece serviços de comunicação à camada superior.Em um sistema, cada camada N “conversa”com sua par no outro lado, através de um protocolo da camada N.

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação



Protocolo de transporte

Máquina A

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico

Aplicação

Apresentação

SPDU

TPDU

pacote

quadro

bit

Máquina B

APDU

PPDU

Protocolo de sessão

Protocolo de apresentação

Protocolo de aplicação

SUB-REDE DE COMUNICAÇÕES

Roteador Roteador


Nível Físico (1)� Características mecânicas, elétricas e funcionais

de conectores e fios, • Representação dos bits em termos de sinais elétricos

(níveis de tensão e duração - taxa de transmissão).• conexão half-duplex ou full-duplex• Transmissão serial ou paralela


2



Nível de Enlace (2)� Converte um canal de transmissão físico não

confiável em um canal confiável de transmissão• Enquadramento.

– bits de delimitação de quadros

• Detecção e recuperação de erros.– redundância

• Controle de fluxo– controle de emissão, como, por exemplo, janela deslizante.



Nível de Rede (3)� Endereçamento, seqüenciamento e roteamento.

• datagrama: não orientado à conexão• circuito virtual: orientado à conexão

� Interconexão entre redes heterogêneas.



Nível de Transporte (4)� Comunicação fim-a-fim transparente e

confiável.• Seqüenciamento, controle de erros, controle de fluxo

� Multiplexação� Espalhamento (splitting)� Segmentação

3



Nível de Sessão (5)� Sintaxe� Gerência de token� Controle de diálogo

• pontos de sincronismo

� Gerência de atividades



Nível de Apresentação (6)� Semântica dos dados (preocupa-se com a

representação da informação).• compressão de texto• conversão de códigos• criptografia



Nível de Aplicação (7)� Interface do modelo OSI com os processos do

usuário� Diversos elementos de serviços genéricos� (Service Element)

• ACSE (Association Control)• ROSE (Remote Operations)• RTSE (Realiable Transfer)

4


Modelo de Referência OSITransmissão de dados

Usuário (A) Usuário (B)dados

dadosA

dadosAP

dadosAPS

dadosAPSTNL L

dadosAPSTNLF FL Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

dadosAPSTN

dadosAPST


Modelo de Referência TCP/IP

TCP/IP são os protocolos oficiais da Intenet.A Internet surgiu a partir da ARPANET (rede de pesquisa criada pela Departamento de Defesa dos Estados Unidos).Aos poucos centenas de universidades e repartições públicas foram sendo conectadas e começou a surgir problemas com os protocolos existentes.Solução: Criação de uma nova arquitetura de referência.

Interface de Rede

Internet

Transporte

Aplicação


Modelo de Referência TCP/IP

Nível de Interface de Rede� Não é feita nenhuma especificação� Tornar possível o envio de pacotes IP.

Nível Internet� Especifica formato dos pacotes e mecanismos

usados para seguir adiante os pacotes.� Define o protocolo IP.

5


Modelo de Referência TCP/IPNível de Transporte� Especifica como assegurar a transferência entre

origem e destino.� Definição de dois protocolos fim a fim:

• TCP (Transmission Control Protocol)• UDP (User Datagram Protocol)

Nível de Aplicação� Especifica como uma aplicação usa a Internet.


O Nível de Enlace nas Redes Locais

Modelo OSI para uma rede de longa distância



Modelo OSI adaptado a redes locais

6


O Nível de Enlace nas Redes LocaisFoi necessário adaptar o modelo OSI para aplicação no contexto de redes locais. Esta adaptação resultou na subdivisão do nível de enlace em dois subníveis, denominados:

� LLC - Logical Link Control, ou simplesmente Controle de Enlace;� MAC - Medium Access Control, ou Controle de Acesso ao Meio.

Objetivo; conseguir que o subnível superior, o LLC, se tornasse independente da topologia, do meio de transmissão e do método de acesso usados na rede local. Assim, possíveis alterações na topologia ou técnica de rede local não afetariam o protocolo de enlace.


O Nível de Enlace nas Redes LocaisAs redes locais são padronizadas pelo IEEE (Institute of Eletrical and Electronics Engineers) com o nome de IEEE 802. Os padrões IEEE 802 restringem-se aos níveis físico e de enlace (1 e 2) do modelo OSI.As redes locais foram originadas da rede Ethernet.A GM participou ativamente da padronização da Ethernetpois ela achava que essa era a única saída para a competição com a indústria japonesa. Via a tecnologia de rede local como a forma ideal de interligar as máquinas e robos no ambiente de fábrica.



Ethernet: todas as máquinas ouvem o barramento.� Se ele não estiver ocupado, qualquer máquina pode

transmitir. � Se duas máquinas o fazem ao mesmo tempo, ocorre

uma colisão. • Neste caso, ambas as estações interrompem a transmissão,

esperam durante um tempo gerado aleatoriamente e tentam novamente.

• Não existe, um limite máximo para o tempo que uma máquina terá até conseguir transmitir com sucesso.

• Esse tempo depende das condições de tráfego na rede e tende ao infinito em condições de carga elevada.

7


O Nível de Enlace nas Redes LocaisToken Bus (ficha-barramento): cada estação recebe o direito de transmissão na forma de uma ficha (token) e pode então transmitir (ou não) até um tempo máximo determinado, passando depois a ficha à estação seguinte de um anel lógico. Aqui o pior caso do atraso é determinístico e não mais estatístico ou aleatório.Token Ring (ficha em anel): A IBM justificou a sua escolha defendendo a alta eficiência e outra vantagens técnicas dessa tecnologia.



O Comitê acabou por adotar os três padrões, hoje conhecidos como IEEE 802.3, 802.4 e 802.5.

O nível de enlace foi dividido em duas sub-camadas. Os três padrões diferem no nível físico e nas funções do MAC. Nas funções do LLC todas as três arquiteturas usam o mesmo protocolo, padronizado pela norma 802.2.Para as redes metropolitanas, como DQDB (Distributed

Queue Dual Bus), foi definido o padrão IEEE 802.6.



8


Padrões para os níveis físico e de enlace em LANs e WLANs

PadrãoPadrão IEEE 802.3IEEE 802.3� rede em barra, utilizando CSMA/CD como método de

acesso

Padrão IEEE 802.4� rede em barra, utilizando passagem de permissão como

método de acesso

PadrãoPadrão IEEE 802.5IEEE 802.5� rede em anel, utilizando passagem de permissão como

método de acesso



PadrãoPadrão IEEE IEEE 802.11a: fornece transmissão de até54 Mbps na banda 5 GHz. Menos possibilidade de interferência na frequência de rádio do que a 802.11b e a 802.11g. Alcance relativamente menor (aproximadamente 60 metros) do que a 802.11b. Não é interoperável com a 802.11b.PadrãoPadrão IEEE IEEE 802.11b: fornece transmissão de até 11 Mbps na banda 2.4 GHz. Não éinteroperável com a 802.11a. Oferece acesso a dados até 100 metros de distância da estação base.



PadrãoPadrão IEEE IEEE 802.11g: fornece transmissão de até54 Mbps (normalmente 22 Mbps) na banda 2.4 GHz. Considerada a sucessora da 802.11b e compatível com a mesma. Oferece acesso de alta velocidade a dados até 100 metros de distância da estação base.

9


Modulação e Codificação

Modulação� Dados analógicos Sinais analógicos� Dados digitais Sinais analógicos

Codificação� Dados analógicos Sinais digitais� Dados digitais Sinais digitais


ModulaçãoProcesso pelo qual o sinal de dados (dito sinal modulante) modifica um ou mais parâmetros (amplitude, freqüência ou fase) de uma onda senoidal, dita portadora. A informação impõe o modo como vai ser modificada a portadora. Ao se analisar, na recepção, as modificações sofridas pela portadora, pode-se recuperar a informação digital (demodulação). Por isso, se diz que a portadora transporta a informação.


Modulação

10


Modulação

Uso mais comum: transmissão de dados digitais em rede telefônica.� Rede telefônica: sinais de voz - 300 a 3400 Hz.

Há basicamente quatro técnicas� modulação em amplitude� modulação em frequência� modulação em fase� modulação QAM

Através destas técnicas de modulação pode-se transformar um dado digital em um sinal analógico.



Meios físicos

Alguns fatores que podem ser levados em consideração na escolha do meio físico:� taxas de transmissão� facilidade de instalação� imunidade a ruídos� confiabilidade� custo total

11


Meios físicos

CoaxialPar trançadoFibra óticaRádioInfravermelho...


Meios físicosCabo Coaxial� Consiste em um condutor de cobre central, uma camada

de isolamento flexível (dielétrico), uma blindagem com uma malha ou trança metálica e uma cobertura externa.

1 Capa Plástica Protetora2 Camada Condutora3 Camada Isolante4 Fio de Cobre

1 2 3 4


Meios físicos

12


Meios físicos


Meios físicosPar Trançado� Consiste de pares fios de cobre enrolados de forma

helicoidal � reduz a interferência elétrica entre dois pares de fios.


Meios físicosExistem dois tipos de par trançado:� STP (Shielded Twisted Pair) - cabo com blindagem

13


Meios físicos� UTP (Unshielded Twisted Pair) - cabo sem blindagem


Meios físicosCabos UTP são divididos em 5 categorias de acordo com a capacidades de utilização, calibre do fio, cobertura.

Referência(banda passante)

Impedância Aplicações(Telefonia e Dados)

EIA/TIA Cat. 1 150 Ohms Telefonia analógica 4KHzTelefonia digital 64KHz

EIA/TIA Cat. 2(até 1 MHz)

100 Ohms ISDN DadosIBM 3270, AS 400


100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 Mbit/s


100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 e 16 Mbit/s


100 Ohms IEEE 10BaseT e100BaseT

Token Ring 4 e 16 Mbit/s


Meios físicos

14


Meios físicos

Fibra Ótica� Composta basicamente de material dielétrico, seguindo

uma longa estrutura cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas.


Meios físicos

Existem três tipos de fibras:� multimodo com índice degrau� multimodo com índice gradual� monomodo


Meios físicos

Multimodo com índice degrau

Diferentes índices de refração

15


Meios físicosMultimodo com índice gradual


Meios físicos

Monomodo� evita vários caminhos de propagação da luz dentro do

núcleo


Meios físicosVantagens:

baixas perdas de transmissão e grande banda passante; pequeno tamanho e peso; imunidade a interferências; isolação elétrica; segurança do sinal; matéria-prima abundante.

Desvantagens:fragilidade das fibras sem encapsulamento; dificuldade de conexão; configuração básica ponto a ponto.

16


Nomenclatura10Base2 10Base5 10BaseT 10Base FL

10 Mbps10 Mbps10 Mbps

500 m500 m500 m

sinalização em banda BASEsinalizasinalizaççãoão emem bandabanda BASEBASE

10BASE510BASE5


Nomenclatura

Nome

10BASE5

10BASE2

10BASE-T

10BASE-F

Cabo

Coaxial grosso

Coaxial fino

Par trançado

Fibra ótica

Max. seg

500 m

200 m

100 m

2000 m

Nodos/seg

100

30

1024

1024

Vantagens

Bom para backbones

Sistema mais barato

Fácil manutenção

Melhor entre prédios


Nomenclatura10BASE5� conexões através de vampire

taps

10BASE2� conectores BNC formando

junções T

10BASE-T� utilização de hub� conectores RJ-45

10BASE210BASE2

10BASE10BASE--TT

17


Espectro Eletromagnético


Espectro EletromagnéticoFrequências� 30MHz to 1GHz

• Omnidirectional• Rádio em Broadcast

� 2GHz to 40GHz• Microondas• Altamente direcional• Ponto a Ponto• Satélite

� 3 x 1011 to 2 x 1014

• Infravermelho• Aplicação local


Ar

Meio não guiado� Transmissão e recepção via antena

Direcional� Visada direta

Omnidirectional� Sinal espalha-se em todas as direções� Pode ser recebido por muitas antenas

18


ArRádio� Produz ondas onidirecionais

• A propagação usual é para todas as direções• O uso de antenas permite o direcionamento das ondas

� Pode usar ondas de freqüência baixa• Ondas de freqüência baixa atravessam objetos e perdem

muita potência com a distância

� Pode usar ondas de freqüência alta• Ondas de freqüência alta tendem a ricochetear em

objetos sólidos ao longo do caminho

� Uso em redes locais sem fio (Wireless LAN)


Ar

Microondas Terrestre� Altas freqüências� Direcional� Problemas

• Períodos de precipitação intensa• Desalinhamento das antenas


Ar

19


ArInstalação

��

��

��

��

��


ArTipos de Links

��

��


Ar

20


ArAplicações� Telefonia celular� Comunicações entre dois prédios


Ar

Satélite� O Satélite é uma estação de “relay”� O satélite recebe em uma freqüência amplifica ou

repete o sinal e transmite em outra freqüência� Para enviar informação sobre o planeta, giram em torno

de seu próprio eixo (o que mantém seu equilíbrio), ao mesmo tempo que "varrem" a superfície da Terra.

� Usado para• Televisão• Telefonia de longa distância• Redes Privadas


Ar

21

ArSatélites geoestacionários� São satélites colocados em órbita sobre o equador de tal

forma que o satélite tenha um período de rotação igual ao do planeta Terra.

� As estações terrestres utilizam antenas fixas, que apresentam um pequeno custo de operação e manutenção em relação às móveis.

A uma altitude de 37.000 km, o período de deslocamento com vel. de 28.000km/h é igual a 24 horas e está girando com a mesma velocidade angular que a Terra.A União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço geoestacionário em 180 posições orbitais, cada uma separada da outra de um ângulo de 2°.


ArSatélites não geoestacionários� São satélites colocados em órbita circular com a terra, onde:

velocidade de rotação do satélite ≠ velocidade de rotação da terra

� As estações terrestres utilizam antenas móveis, com custos de operação e manutenção maiores em relação às fixas

� Um satélite a 800 km de altitude se desloca com uma velocidade de 28.000 km/h, completando uma órbita em 100 minutos.


Ar

Frequências� BANDA C

• Espectro de freqüência segundo o IEEE - 3.9 GHz até 6.2 GHz. • Espectro de freqüência comercial utilizado - 3.7GHz até 6.425GHz. • É utilizado um sinal de freqüência 6GHz para comunicação no sentido

terra -> satélite e 4GHz no sentido satélite -> terra.

� BANDA KU• Espectro de freqüência segundo o IEEE - 15.35GHz até 17.25 GHz.• Espectro de freqüência comercial utilizado - 10.7GHz até 18GHz. • É utilizado um sinal de freqüência 14GHz para comunicação no sentido

terra -> satélite e 12GHz no sentido satélite -> terra

22


Ar

Banda KU X Banda C� Por operar em uma freqüência mais alta, a Banda KU não sofre

interferência dos enlaces terrestres de microondas nas áreas metropolitanas. A banda C, por atuar em uma freqüência mais baixa, estásujeita a enfrentar problemas de interferências tanto climáticas quanto do excesso de tráfego.

� Internacionalmente, a banda mais popular é a banda Ku, pois permite cursar tráfego com antenas menores que as de banda C, devido ao fato das suas freqüências serem mais altas.

� Devido ao mesmo fato, a transmissão em banda Ku é mais suscetível a interrupções causadas pela chuva. Dessa forma a banda C é mais popular

em países tropicais.


Ar

Vantagens do uso de satélites� Grande largura de banda disponível� Cobertura de grandes áreas� Todos os usuários têm as mesmas possibilidades de

acesso� Facilidade de utilização em comunicações móveis� Superação de obstáculos naturais


Ar

Desvantagens do uso de satélites� Alto investimento inicial� Pequena vida útil� Aspectos institucionais, legais e regulamentais� Dificuldades e alto custo de manuntenção

23


ArInfravermelho� Uso facilitado por projeto fácil e custo baixo� Apresentam curto alcance� São razoavelmente unidirecionais, com pouca

abertura� Problemas

• Espectro compartilhado com a luz do Sol• Interferência de luz fluorescente• Não atravessa objetos opacos

� Vantagens• Segurança• Não interferência entre redes em salas diferentes


MultiplexaçãoÉ a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um mesmo meio físico. A capacidade de transmissão do meio físico é dividida em “fatias” (canais), com a finalidade de transportar informações de equipamentos distintos.


Multiplexação

Existem duas técnicas de multiplexação:� Multiplexação por Divisão de Freqüência (FDM - Frequency

Division Multiplexing)� Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM - Time Division

Multiplexing)

24


Multiplexação - FDM

Neste tipo de modulação a banda passante é dividida em vários canais de comunicação, em faixas de freqüência distintas.



Cada um desses canais pode ser usado individualmente como se fosse uma linha separada. Na telefonia as faixas de freqüência reservadas para a transmissão de voz são de 4 KHz.Neste tipo de técnica os terminais não precisam estar geograficamente próximos. Todos sinais são enviados ao mesmo tempo, porém cada um ocupando uma diferente porção da largura de banda.Uma desvantagem da FDM é a dificuldade de expansão.



Transmissão de três canais de voz sobre o mesmo meio simultaneamente.

25



Transmissão ADSL� Menos de 25kHz para

voz• Plain old telephone

service (POTS)

� Uso de FDM paraalocar duas bandas


Multiplexação - TDMEste tipo de multiplexação se beneficia do fato de que a capacidade (em quantidade de bits por segundo) do meio de transmissão, em muitos casos, excede a taxa média de geração de bits das estações conectadas ao meio físico. Ela intercala os bits, que fluem das linhas de baixa velocidade, dentro da linha de maior velocidade.A TDM pode ser classificada em síncrona e assíncrona.


Multiplexação - TDM

26


Multiplexação - TDM Síncrona

O domínio do tempo é dividido em intervalos de tamanho fixo T chamados frames (quadros). Cada frame é subdividido em N subintervalos {t1,...,tn} denominados slots ou segmentos que formam uma partição dos frames que, por sua vez, formam uma partição do tempo infinito. Os segmentos de tempo dentro de um frame não precisam ser do mesmo tamanho.


Multiplexação - TDM Síncrona

Canal Fixo� é o conjunto de todos os segmentos, um em cada frame,

identificados por uma determinada posição fixa dentro desses frames. Cada canal deve ser alocado para as diferentes fontes de transmissão.

Canais Chaveados� são alocados e deslocados dinamicamente durante o

funcionamento das fontes transmissoras.


Multiplexação - TDM Assíncrona Também chamada de multiplexação estatística.Não há alocação de canal. Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente de acordo com a demanda das estações, isto é, com a largura individual de cada canal. A banda a ser destinada a cada uma dos canais é alocada dinamicamente com base na utilização estatística. Cada canal dispõe de banda somente quando estiver enviando dados.

27


Multiplexação - TDM AssíncronaPermite-se dessa forma a maximização do uso da largura de banda disponível na linha compartilhada. Nenhuma capacidade de transmissão é desperdiçada, pois o tempo não utilizado está sempre disponível caso alguma estação gere tráfego e deseja utilizar o canal de transmissão.


Multiplexação - TDM Assíncrona

Cable Modem� Dois canais dedicados para transferência de dados.

• Um em cada direção.

� Cada canal é compartilhado por vários assinantes.• Uso de TDM Assíncrono ou estatístico.


Distorção e RuídoTodo sinal elétrico ao propagar-se em um meio de transmissão sofre degradaçãoDistorções� são alterações determinísticas e sistemáticas da forma

de onda do sinal, causadas pelas características de transmissão imperfeitas do canal

Ruídos� são perturbações de natureza aleatória, causadas por

agentes externos ao sistema de comunicação

28


DistorçãoMudança indesejada na forma da ondaOcorre sempre que é transmitido o sinal sobre um certo canal. Conhecendo o canal, pode-se predizer o que iráacontecer sobre qualquer sinal que seja transmitido por ele. É passível de compensação pela adição de componentes elétricos passivos e/ou ativos ao canal, que eliminem ou minimizem seus efeitos.


Distorção por atenuaçãoAs distorções, por serem sistemáticas e determinísticas, podem ser compensadas no transmissor e no receptor, atravésde circuitos de equalizaçãoSe todas as componentes de um sinal tivessem suasamplitudes simplesmente atenuadas de forma constante, o sinal perderia potência mas manteria a mesma forma de onda, sem distorçãoA distorção ocorre porque a atenuação afeta de maneiradiferente as amplitudes relativas de diferentes componentes do sinal.


RuídoÉ constituído por sinais eletrônicos aleatóriosPor serem aleatórios, não podem ser completamente compensados.Adição adulterada ao sinal de informação que tende a alterar seu conteúdo. É um sinal indesejável. É muito difícil de compensar, pois não pode ser prognosticado, a não ser em termos de probabilidade.

29


Ruído

Existem dois tipos de ruído que afetam as comunicações telefônicas:� ruído branco� ruído impulsivo


Ruído brancoÉ denominado também ruído térmico. Provocado pela agitação dos elétrons noscondutores.Sua quantidade é função da temperatura.É uniformemente distribuído em todas as freqüências do espectro .Na prática, é o chiado de fundo que pode ser ouvido em qualquer sistema de comunicação.


Ruído brancoÉ mais danoso à comunicação de voz do que àcomunicação de dados.

30


Ruído brancoA recuperação e amplificação do sinal em pontosintermediários de um canal de comunicação nãomelhora a relação sinal/ruído (RSR)� ruído branco também é amplificado e se adiciona ao

nível de ruído presente no novo trecho de linha� Assim, a RSR se deteriora com o aumento do número

de trechos de um canal


Ruído impulsivoÉ não contínuo e consiste em pulsos irregulares e com grandes amplitudes, sendo de difícilprevenção� a duração destes pulsos pode variar de alguns

milisegundos até centenas de milisegundos


Ruído impulsivoÉ provocado por� distúrbios elétricos externos ou falhas nos equipamentos� indução no circuito telefônico (raios)

É o causador da maior parte dos erros emcomunicação de dadosSua medida se realiza pela contagem do número de vezes que, num determinado período de tempo, ospicos ultrapassem um nível pré-fixado

31


Distorção e Ruído

Documents

Modelo de Referência OSI - inf.pucrs.brcnunes/redes/aulas/Fisico3.pdf · protocolo da camada N. Física Enlace Rede Transporte Sessão Apr es ntação Aplicação ... Foi necessário