Fundamentos de Redes de Computadores

Camadas física e de enlace do modelo OSI

Prof. Ricardo J. Pinheiro

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Resumo

Camada física.

Padrões.

Equipamentos de rede.

Camada de enlace.

Serviços.

Equipamentos de rede.

Protocolos de acesso ao meio.

Arquitetura IEEE 802.

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Camada física

Define características para criar, manter e eliminar conexões físicas usadas para transmitir bits entre as entidades do nível de enlace.

Mecânicas: Tamanho e forma de conectores, cabos, etc.

Elétricas: Valores dos sinais elétricos usados para representar bits, intervalos de sinalização, etc. Determinam as taxas de transmissão e distâncias que podem ser atingidas.

Funcionais: Significado dos sinais transmitidos nas interfaces do meio físico.

Procedurais: Combinações e sequências de sinais que devem ocorrer para termos a transmissão.

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Camada física

Serviço de nível físico

Deve ocupar-se de fornecer quatro serviços:

Estabelecimento e encerramento de conexões.

Transferência de dados.

Sequenciação.

Notificação de falhas.

Vários padrões

RS-232: porta serial, muito antigo.

RS-422: Semelhante à RS-232, usada em automação comercial.

RS-449: Composição de três padrões.

EIA/TIA-568: Padrão para cabeamento de edifícios comerciais.

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Camada física

Equipamentos que operam nessa camada:

RepetidoresUsado somente com topologia em barra.

Recebe o sinal, amplifica-o e envia-o para o próximo nó.

Não analisa os quadros que estão sendo reenviados.

Concentradores (hubs)Recebem o sinal por uma porta, replicam-no para

todas as outras portas.

Funciona como repetidor.

Não filtram tráfego por pacote, logo tem o risco de alto índice de colisão.

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Camada de enlace

Lidar com o transporte da informação entre dois equipamentos de rede.

Detectar e corrigir erros que venham a ocorrer no nível físico.

Principais funções:

Delimitação de quadros

Controle de erros no enlace

Controle de fluxo no enlace

Serviços

Controle de acesso

Multiplexação

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Camada de enlace

Delimitação de quadros

Separação da cadeia de bits em quadros, de tamanho igual.

Quatro métodos possíveis:

Conta-se quantos bits tem no quadro e coloca-se no cabeçalho da mensagem.

Uso de bits como marcadores de início e fim do quadro.

Uso de flags.

Violação de códigos do nível físico.

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Camada de enlace

Controle de erros no enlace

Detecta e opcionalmente corrige erros.

Usa-se um conjunto de bits no quadro para fazer a detecção de erros, o FCS (Frame Check Sequence).

Alguns dos métodos usados são:

Algoritmo de bit alternado (stop-and-wait), onde um quadro é enviado se o anterior chegou corretamente.

Janela n com retransmissão integral (go-back-n), onde a checagem é feita depois de n quadros terem sido enviados. Se houve problema, reenvia-se os n quadros.

Janela n com retransmissão seletiva (selective repeat), que é semelhante ao anterior, só que apenas os quadros com erros são reenviados.

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Camada de enlace

Controle de fluxo do enlace

O transmissor envia mais quadros do que o receptor pode receber – controle de fluxo.

Nos métodos de controle de erros, já há um controle de fluxo embutido:

No algoritmo do bit alternado, isso é natural.

Nas janelas com retransmissão, usa-se quadros especiais e janelas de transmissão e recepção.

Tipos de serviços

Sem conexão e sem reconhecimento (não-confiável).

Sem conexão e com reconhecimento (baixa confiabilidade).

Orientado à conexão (é preciso ser confiável).

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Camada de enlace

Controle de acesso

Disciplinar o acesso ao meio físico de transmissão, comum a todos os nós.

Pode ser centralizado ou distribuído.

Na arquitetura IEEE 802, isso é papel da subcamada MAC.

Multiplexação

Relacionada ao controle de acesso.

Quem tem a permissão de acesso pode usar o meio como bem entender.

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Camada de enlace

Equipamentos que operam nessa camada:

Switches

Hub “inteligente”.

Estabelecimento de circuito virtual, entre o transmissor e o receptor.

Mais de uma comunicação simultânea, entre transmissores e receptores distintos.

Bridges (pontes)

Repetidor “inteligente”.

Interligam redes de topologias diferentes.

Não replica o sinal para todos os segmentos.

Placas de rede

Estebelecem a comunicação entre os nós e o meio físico de transmissão.

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Protocolos de acesso ao meio

Atributos específicos para avaliar tais protocolos:

Capacidade de transmissão.

Justiça no acesso.

Prioridade no acesso.

Estabilidade em sobrecarga.

Baixo retardo de transferência.

Dois tipos de métodos:

Baseados em contenção

Acesso ordenado sem contenção

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Acesso Baseado em Contenção

Aloha

2 canais distintos de transmissão.

Uso de CRC na detecção de erros.

Variação: Slotted-Aloha

CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

Quem quiser transmitir, primeiro precisa “ouvir” o meio para saber se existe uma transmissão em progresso.

Diminui grandemente a colisão de mensagens.

Várias variantes: np-CSMA, p-CSMA, CSMA/CD.

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Acesso Baseado em Contenção

np-CSMA e p-CSMA

A distinção entre ambos é o que um nó faz quando encontra o meio de transmissão ocupado:

np-CSMA: Espera por um tempo aleatório para tentar novamente acessar.

P-CSMA: Continua escutando o meio até que ele fique livre.

CSMA/CD

CSMA com detecção de colisão, durante a transmissão.

Os outros métodos só detectam a colisão depois da transmissão ter sido finalizada.

Padrão Ethernet (IEEE 802.3).

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Acesso Baseado em Contenção

CSMA/CA

Não detecta, mas evita a colisão.

Algoritmo probabilístico.

M-CSMA

Múltiplos canais de transmissão em paralelo.

ReC-Ring

Uso em topologia em anel.

A transmissão dá-se em uma direção, apenas, e “dá uma volta completa” no anel.

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Acesso Ordenado Sem Contenção

Polling

Usado na topologia em barra

Centralizado: Os nós só transmitem quando a estação central autoriza.

Funciona bem com grande tráfego de rede.

Slot

Usado na topologia em anel.

O meio é dividido logicamente em um número finito de slots, onde a mensagem é guardada.

Os slots podem estar vazios ou cheios.

Quem quer transmitir, deve esperar passar um slot vazio para colocar a sua mensagem.

Exemplos: Fastnet e ATM Ring.

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Acesso Ordenado Sem Contenção

Inserção de Retardo

Passagem de Permissão

Uso de uma “ficha” que é passada de um nó para o outro.

Adapta-se bem em topologias em barra e em anel.

Exemplos: Token Bus e Token Ring.

Protocolos com Reserva

Usados inicialmente para enlaces de satélite.

Retardo de transferência muito grande.

Exemplos: IFFO, CRMA, DQDB.

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Arquitetura IEEE 802

Família de padrões para os níveis físico e de enlace em LANs e MANs.

Padrão criado pela IEEE (802), endossado pela ISO (8802).

Camada física (PHY)

Divisão da camada de enlace em 2 subcamadas:

MAC – Controle de acesso ao meio.

LLC – Controle de link lógico.

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Arquitetura IEEE 802 - PHY

Camada física (PHY)

Estabelecimento, manutencão e liberação de conexões físicas.

Transmissão de bits através de um meio físico, com ou sem cabeamento.

Método de codificação.

Taxa de transmissão.,

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Arquitetura IEEE 802 - MAC

Organização do acesso ao meio físico compartilhado:

Topologia adotada

Algumas técnicas:

CSMA-CD (802.3)

Token Bus (802.4)

Token Ring (802.5)

DQDB (802.6)

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Arquitetura IEEE 802 - LLC

Independência da camada MAC.

Multiplexação.

Controle de erros e de fluxo.

Tipos de operação.

Classes de Procedimento.

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Arquitetura IEEE 802 - modelo

● A subcamada LLC é independente das outras camadas.● Os padrões são definidos na camada física e na subcamada MAC.

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Arquitetura IEEE 802 - padrões

802 Visão geral da arquitetura.

802.1 Gerenciamento de LANs e MANs (B e K), Pontes para a camada MAC (local – D e remota – G). LANs virtuais sobre pontes, etc;.

802.2 Controle lógico do enlace (LLC).

802.3 CSMA/CD (Ethernet).802.4 Token Bus.802.5 Token Ring.

802.6 DQDB

802.10 Segurança em redes LAN e MAN.

802.11 Redes sem-fio.

802.15 Bluetooth.

802.16 WiMAX802.20 Telefonia 3G

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Arquitetura IEEE 802 e modelo OSI

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IEEE 802.3 - Ethernet

Codificação Manchester.

Quadro com preâmbulo, remetente, destinatário, comprimento e o FCS, fora os dados.

Endereço MAC (físico): 6 octetos, único.

Algumas especificações da camada física:

10Base5

10Base2 – topologia em barra, cabo coaxial.

10Base-T – topologia em estrela, cabo par trançado, 10 Mbps.

10Base-F – fibra ótica.

Extensões aos padrões:

100Base-TX, 100Base-T4, 100Base-FX, 1000Base-T (100 e 1000 Mbps)

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Outros padrões

ANSI X3.T9.5 (FDDI)

Padrão para redes de fibra ótica.

FDDI II

Extensão do padrão FDDI.

Token Bus (IEEE 802.4)

Token Ring (IEEE 802.5)

DQDB (IEEE 802.6)

Usado em satélites.

Ethernet Isócrona (IEEE 802.9)

Redes wireless (IEEE 802.11)

Rede 100VG AnyLAN (IEEE 802.12)