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Redes e Sistemas Distribuídos

Prof. Airton Kuada

[email protected]

Bibliografia BásicaRedes de Computadores

Andrew S. Tanenbaum

4ª edição

Editora Campus

Redes de Computadores: Das Lans, Mans e Wans às redes ATM

Luiz Fernando Gomes Soares

2ª edição

Editora Campus Ltda

Internetworking With TCP/IP, Volume I

Douglas E. Commer

4ª Edição

Prentice Hall

Internetworking With TCP/IP, Volume 3

Douglas E. Commer, David L. Stevens

4ª Edição

Prentice Hall

Bibliografia de Apoio

O material pode ser encontrado no site

www.fesppr.br/~airton/ppt/redes.zip

www.fesppr.br/~airton/ppt/tcpip.ppt

www.fesppr.br/~airton/apostilas/netbook.zip

www.fesppr.br/~airton/apostilas/tcp.zip

Objetivos e Resultados

Objetivo da Disciplina.

Despertar no aluno o interesse pelo funcionamento da estrutura interna de uma rede de computadores, ultrapassando os limites de um usuário avançado e compreendendo os processos de comunicação que ocorrem nos diversos níveis.

Resultado da Disciplina.

Ao final do programa o aluno estará apto à projetar uma rede de computadores e desenvolver aplicações para trabalhar sobre esta rede.

Ementa da Disciplina

Pode ser encontrado no site: www.fesppr.br/~airton/ementa

Conteúdo Programático

UNIDADE 1 – PROBLEMÁTICA DA COMUNICAÇÃO1.1 Introdução

1.2 Conceitos de comunicação 1.3 Problemas envolvidos para a realização da comunicação 1.4 Solução de problemas de comunicação 1.5 Protocolos de comunicação 1.6 Modelo OSI

UNIDADE 2 – TOPOLOGIAS DE REDE 2.1 Linhas de comunicação 2.2 Redes geograficamente Distribuídas 2.3 Redes Locais e Metropolitanas 2.3.1 Topologia em Estrela 2.3.2 Topologia em Anel 2.3.3 Topologia em Barramento


UNIDADE 3 – MEIOS FÍSICOS DE TRANSMISSÃO3.1 Meios de transmissão 3.1.1 Par Trançado 3.1.2 Coaxial 3.1.3 Fibra Ótica 3.1.4 Radio Difusão: Redes sem fio3.2 Ligação ao meio 3.2.1 Ligação Ponto a Ponto 3.2.2 Ligação Multiponto 3.2.3 Ligação em redes de fibra ótica3.3 Instalação Física e Cabeamento Estruturado


UNIDADE 4 – PROTOCOLOS DE ACESSO AO MEIO FÍSICO4.1 Protocolo Ethernet 4.1.1 Introdução 4.1.2 Codificação do sinal ethernet 4.1.3 Pacotes ethernet 4.1.4 Domínio de Colisão 4.1.5 Interframe Gap 4.1.6 Endereço ethernet 4.1.7 Método de Acesso 4.1.8 Detecção e tratamento de Colisão4.2 Protocolo Token-Ring 4.2.1 Introdução 4.2.2 Funcionamento Básico 4.2.3 Geração da Ficha 4.2.4 Restituição da Ficha 4.2.5 Pacote Toke Ring 4.2.6 Componentes do anel token ring

4.2.7 Gerenciamento do Anel


UNIDADE 5 – EQUIPAMENTOS DE REDE LOCAL5.1 Hubs5.2 Bridges 5.2.1 Funcionamento Básico 5.2.2 Tipos de Bridge 5.2.3 Algoritmos de Bridging 5.2.3.1 Transparent Bridging 5.2.3.2 Source-route Bridging 5.2.3.3 Translational Bridging5.3 Switches 5.3.1 Introdução 5.3.2 Funcionamento Básico 5.3.3 Tempo de Delay 5.3.4 Vantagens 5.3.5 Técnicas de Switching 5.3.6 Suporte a múltiplos endereços por porta 5.3.7 Arquiteturas de Switching5.4 Projeto de Rede Local


UNIDADE 6 – PROTOCOLO TCP/IP6.1 Histórico6.2 Conceitos Básicos6.3 Endereçamento Internet6.4 Modelo de Rede TCP/IP6.5 Protocolo ARP6.6 Protocolo IP6.7 Fragmentação6.8 Interconexão de Rede6.9 Roteamento6.10 Protocolo ICMP6.11 Protocolo UDP6.12 Protocolo TCP


UNIDADE 7 – PROGRAMAÇÃO CLIENT/SERVER7.1 Introdução7.2 Modelo de arquitetura Client/Server7.3 A Interface Socket7.4 Exemplo de Cliente 7.5 Exemplo de Servidor7.6 Desenvolvimento de de Aplicação Client/Server

UNIDADE 8 – SISTEMAS DISTRIBUÍDOS 8.1 Introdução8.2 Representação de Dados8.3 Linguagem de Interface8.4 RPCGEN8.5 Stubs8.6 Desenvolvimento de Aplicação Distribuida

Métodos de Avaliação

Provas com questões objetivas (60%) e subjetivas (40%).

Resumos de Tópicos em Duplas

Trabalhos em Equipe

Trabalhos Individuais

Leitura de artigos técnicos

Provas serão mostradas a todos somente no dia marcado

A prova é interesse somente do aluno

Para elaboração de trabalhos serão estipulados todos os critérios a serem avaliados

Será descontado 3 pontos por dia de atraso para os trabalhos entregues fora do prazo

Direito e Deveres do ProfessorDEVERES

Respeito ao Corpo Discente

Cumprir o horário de trabalho

Ser justo nas avaliações

Respeitar prazos

Trocar de experiências

Chegar Pontualmente

Preparar Aula

Dominar o conteúdo programático

Manter atualizado o conteúdo programático

Cumprir o conteúdo programático

Apresentar o conteúdo com a melhor didática possível

Resolver dúvidas

Direito e Deveres do Professor

DIREITO

Ser respeitado como pessoa

Avaliar trabalhos dentro dos padrões apresentado

Elaborar provas dentro do

Direitos e Deveres do AlunoDEVERES

Cumprir o horário de chegada com tolerância de 10 min

Frequentar as aulas regularmente

Em caso de falta, buscar a matéria anterior com os amigos

Respeitar os colegas

Prestar atenção nas aulas

Não perturbar o ambiente

Evitar conversas paralelas

Fazer os trabalhos de acordo com as regras estabelecidas

Respeitar Prazos de entrega de trabalho

Fazer as provas

Estudar

Direitos e Deveres do Aluno

DIREITOS

Questionar o comportamento do professor

Questionar o conteúdo programático

Receber as provas corrigidas

Etc.

I N Í C I O

Comunicação: Processo pela qual idéias e sentimentos se transmitem de indivíduo para indivíduo, tornando possível a interação social.

Comunicado: Aviso ou informação por meio de jornal, rádio difusão ou afixação em local publico.

Comunicante: Que estabelece a comunicação.

Comunicar: Fazer saber; participar; ligar, unir; propagar.Fonte: Dicionário Michaelis

O QUE É COMUNICAÇÃO ?

O que é necessário para ocorrer um processo de comunicação ??

Requisitos para Comunicação

Emissor e Receptor.

Estrutura Física (Cabos, Conectores, Equipamentos, etc) para conduzir a informação entre a origem e o destino.


Emissor e Receptor não falam a mesma língua, é necessário realizar a tradução.


Identificação de origem e destino

Endereçamento de origem e destino

0 (xx) 41 - 3028-6555

Redes de Computadores

Definição.

Conjunto de Computadores com capacidades de processamento que estão interligados através de uma estrutura física de comunicação e que trocam informações.

Uso de Redes de Computadores

Compartilhamento de Recursos; Confiabilidade do Sistema; Economia financeira:

Relação Preço x Desempenho dos pequenos computadores é melhor do que as dos computadores de grande porte.

Servidores de arquivos compartilhados; Escalabilidade

Aplicações para Redes de Computadores

Para utilizar a infraestrutura física é necessário que os computadores tenham aplicações que transmitem e recebem mensagens, onde uma mensagem é constituído por um grupo de bytes que tenham algum significado.

Cliente / Servidor (CS).

Filosofia de desenvolvimento de aplicações, na qual a aplicação é constituído de duas partes: o Cliente e o Servidor. O cliente solicita algum serviço e o Servidor atende a solicitação.

Cada parte pode estar sendo executado em um sistema diferente, isto é, o cliente pode estar no Windows 95 e o Servidor pode estar executando o IBM OS390.

Cliente / ServidorExemplo de Aplicações CS

ftp

www

telnet

Desenvolvimento de Aplicações CS

Utiliza funções que estão disponíveis em bibliotecas que acompanham o TCP/IP;

Funções mais utilizadas: open, send, recv, close;

As bibliotecas fornecem transparência de acesso a rede;

O programador não precisa conhecer como a rede está estruturada para desenvolver a aplicação;

Serviços Sobre a Rede

Home Banking;

E-commerce;

B-2-B;

E-mail;

Newsgroups;

Videoconferência.

EvoluçãoAmbiente Centralizado

Terminais Burros

Processamento Centralizado

Alto Custo do computador

Ambiente Distribuído

Compartilhamento de Informações

Compartilhamento de Recursos

Processamento Distribuído

Redução de Custo

Escalabilidade

-----------------------------------------------

Evolução

Antigo CPD

Primeiro MicroComputador

Evolução

CONCEITOS BASICOS

Conceitos Básicos

A topologia de uma rede de comunicação, refere-se à forma como os enlaces físicos existentes e os nós de uma rede estão organizados, determinando caminhos físicos existentes e utilizáveis entre quaisquer pares de estações conectadas a essa rede.

Full Meshed

Estrela

Barramento

Anel

Árvore

Misto

TOPOLOGIA DE REDE

A interconexão é total garantindo alta confiabilidade, porém a complexidade da implementação física e o custo inviabilizam seu uso comercial.

Topologia de Rede

Estrela - a conexão é feita através de um nó central que exerce controle sobre a comunicação. Sua confiabilidade é limitada à confiabilidade do nó central, cujo mal funcionamento prejudica toda a rede. A expansão da rede é limitada à capacidade de expansão do nó central, o cabeamento é complexo e caro pois pode envolver um grande número de ligações que envolvem grandes distâncias.

Topologia de RedeBarramento - as estações são conectadas através de um cabo de cobre (coaxial ou par trançado), com difusão da informação para todos os nós. É necessária a adoção de um método de acesso para as estações em rede compartilharem o meio de comunicação, evitando colisões. É de fácil expansão mas de baixa confiabilidade, pois qualquer problema no barramento impossibilita a comunicação em toda a rede.

Topologia de Rede

Anel - o barramento toma a forma de um anel, com ligações unidirecionais ponto a ponto. A mensagem é repetida de estação para estação até retornar à estação de origem, sendo então retirada do anel. Como o sinal é recebido por um circuito e reproduzido por outro há a regeneração do sinal no meio de comunicação; entretanto há também a inserção de um atraso mínimo de 1 bit por estação. O tráfego passa por todas as estações do anel, sendo que somente a estação destino interpreta a mensagem. É de fácil expansão, obtida através da ligação de módulos que implementam anéis independentes e que tornam-se um grande anel quando conectados. Pode ter sua confiabilidade incrementada pela adoção de dispositivos que realizam o bypass da estação no anel em caso de falha nos circuitos de conexão da mesma.

Topologia de Rede

Árvore - é a expansão da topologia em barra herdando suas capacidades e limitações. O barramento ganha ramificações que mantêm as características de difusão das mensagens e compartilhamento de meio entre as estações.

Topologia de Redes

Topologias mistas - combinam duas ou mais topologias simples. Alguns exemplos são o de estrelas conectadas em anel e o árvores conectadas em barramento. Procuram explorar as melhores características das topologias envolvidas, procurando em geral realizar a conexão em um barramento único de módulos concentradores aos quais são ligadas as estações em configurações mais complexas e mais confiáveis.

Classificação das Redes por Geografia

LAN - Local Area Network

WAN- Wide Area Network

LAN

Redes Locais (LANs) Redes privadas Contidas normalmente em um prédio, campus,etc..

Aspectos importantes:- Tamanho limitado;- Tecnologia de Transmissão:- Normalmente com cabos onde todas máquinas são conectadas;- Normalmente com velocidade de 10 Mbps a 10 Gbps;

Topologia

Principais topologias LAN.

Wide Área Network - WANRedes Geograficamente Distribuídas

Ampla área geográfica;Canais de comunicação de baixa velocidade;Sub-Rede de comunicação: Linhas de transmissão e elementos de comutação (faz o redirecionamento de mensagens)Elementos de comutação - Roteadores

Topologia de Redes WAN

a - Estrela

b - Anel

c - Hierarquia

d - Full Mesh

e - Misto

f - Parcial

Transmissão da Informação pelo meio físico

Difusão - A Informação é transmitido para todos os receptores quase que simultaneamente

Ponto a Ponto - A informação é recebido por um elemento e repassado para o próximo e assim sucessivamente até a chegar ao seu destino

Difusão

Ponto a Ponto

Classificação da Comunicação

A forma de utilização do meio físico que conecta as estações da origem a seguinte classificação sobre a comunicação no enlace.

SIMPLEX: A informação vai apenas para um sentido. EX: rádio.


Half-Duplex: Transmite em dois sentidos, em tempos diferentes. EX: rádio amador.

.


Full-Duplex: Transmite e recebe ao mesmo tempo. EX: telefone

Ligação FísicaA ligação entre os nós da rede podem ser:

Ponto-a-Ponto - Um equipamento está ligado a outro

Multiponto - Todos os equipamentos estão ligados através de um meio físico comum.

Transmissão da Informação

Serial - Os bits que compõem a informação são enviados sequencialmente

Paralela - Os bits que compõem a informação são enviados simultaneamente

Transmissão Física do Sinal

Digital

Analógica

Transmissão Digital de Sinal

Estruturação de uma Rede

O problema da comunicação é:

Complexo.

Difícil de ser resolvido.

É necessário estruturar o problema e dividir em partes.

É necessário padronizar a solução para permitir que fabricantes diferentes possam comunicar-se.

Surgiu em 1983 o modelo Open System InterConection (OSI) que é atualmente o modelo de referencia no estudo de Redes de Computadores

Modelo ISO-OSI

Desenvolvido em 1983 pela ISO

Modelo abstrato de redes

Não existe rede implementada exatamente segundo modelo 7 camadas

Redes não necessitam implementar todas as camadas

Cada camada efetua função bem definida

Camadas definidas para minimizar comunicação entre elas

Não detalha serviços

Usado para referência

Modelo ISO-OSI

Estrutura de Camadas hierárquicas

Camada presta serviços para camada superior

Camada usa serviços da camada inferior

Camadas de mesmo nível “comunicam-se”

Uma camada apenas toma conhecimento da camada inferior

Interação entre camadas feita por serviços

Divisão de tarefas

Facilita abstração

Modelo OSI

Cada camada realiza uma função bem específica

O resultado gerado por uma camada é repassado para camada imediatamente inferior

A estrutura é semelhante a uma chamada de função.

Estrutura Funcional OSI

Modelo OSI

O objetivo de cada camada é oferecer determinados serviços para as camadas superiores, ocultando detalhes da implementação; O resultado produzido por uma camada é chamado de pacote; Um pacote é uma estrutura de dados que possui dois campos:cabeçalho e Dados. O campo Cabeçalho (HEADER) contém a identificação O campo Dados (DATA) contém os dados a serem entregues O pacote gerado por uma camada superior é repassado para a camada imediatamente inferior.

Processo de Empacotamento

Enpacotamento

Modelo OSI

INTERFACESEntre cada camada adjacente, existe uma interfaceAs interfaces definem as operações e serviços que a camada inferior tem a oferecer para a camada superior a elaAs interfaces devem ser bem definidas, semelhante a definição de um objeto;As interfaces podem ser substituídas sem afetar o funcionamento das demais (substituição de tecnologia)Um conjunto de camadas de protocolo é chamado de arquitetura de rede

Modelo OSI

Modelo ISO-OSI

Camada Física

Transmissão de sequências de bits sobre meio físico

Especifica

voltagens e correntes

tempos

conectores e pinagens

meio físico utilizado

aspectos eletrônicos e mecânicos

Domínio da engenharia eletrônica

Não trata de correção de erros na transmissão

Modelo ISO-OSI

Camada de Enlace

Organiza sequências de bits em conjuntos de bits chamados frames

Reconhece início e fim de frames

Detecta perdas de frames e requisita retransmissão

Modelo ISO-OSI

Camada de Rede

Encaminha informação da origem para o destino (roteamento)

Controla fluxo de transmissão entre sub-redes (controle de congestão)

Funções de contabilização

Estabelece esquema único de endereçamento independente da sub-rede utilizada

Permite conexão de sub-redes heterogêneas

Modelo ISO-OSI

Camada de Transporte

Divide e reagrupa a informação binária em pacotes

Garante a sequência dos pacotes

Assegura a conexão confiável entre origem e destino da comunicação

Primeira camada que estabelece comunicação origem-destino

Modelo ISO-OSI

Camada de Sessão

Gerencia sessões de comunicação

Sessão é uma comunicação que necessita armazenar estados

Estados são armazenados para permitir reestabelecimento da comunicação em caso de queda da comunicação

Ex: Retomar transferências de arquivos

Modelo ISO-OSI

Camada de Apresentação

Trata da representação dos dados em alto nível

Adoção de sistema padronizado de representação de caracteres

Adoção de códigos de representação numérica padrão

Compressão de dados

Codificação de dados

Modelo ISO-OSI

Camada de Aplicação

Aplicações que oferecem os serviços ao usuário final

Unificação de sistemas de arquivos e diretórios

Correio eletrônico

Login remoto

Transferência de arquivos

Execução remota

Descrição de Camadas OSI

CAMADA FÍSICA

Transmitir fisicamente os bits sobre um canal de comunicação;

Quando sai um bit 1 de um lado deve chegar o bit 1 do outro lado e não um bit 0 (garantia)

Quantos volts representam o bit 0 e quanto representam o bit 1

Tempo de duração de bit (segundo)

Pinagem Mecânica

Características elétricas


CAMADA DE ENLACE

Transformar o canal bruto de comunicação em uma linha que pareça livre de erros

Geração de quadros

Controlar transmissão e recepção

Solicitar retransmissão se necessário

A camada de enlace pode oferecer diferentes tipos de serviços para a camada de rede

Controlar o acesso ao meio


CAMADA DE REDE

Rotear os pacotes de informação até o destino

Rotas podem ser estáticas ou dinâmicas ou atualizados temporariamente.

Controle de congestionamento

Interconexão de redes heterogêneas


CAMADA DE TRANPORTE

Aceitar dados da camada de sessão e dividi-los em unidades menores se necessário e passa-los para a camada de rede

Implementa a qualidade de serviço para a camada de sessão

O tipo de serviço é determinado quando a conexão é estabelecida

Determina o tamanho máximo de pacote

Responsável por ordenar os pacotes

Controla os fluxos de dados


CAMADA DE SESSÃO

Permite que usuários de diferentes tipos de máquinas estabeleçam uma sessão

Determinar o sentido da comunicação

Retransmissão de dados

Sincronização entre diferentes fusos horários


CAMADA DE APRESENTAÇÃO

Conversão de dados - ASCII/EBCDIC

Criptografia de dados

CAMADA DE APLICAÇÃO

Interface entre o usuário e a Rede

Interage diretamente com o programa de aplicação do usuário a fim de proporcionar acesso a rede

Todas as camadas existem em função da camada de aplicação

Exemplo de aplicação - Correio eletrônico, Transferência de arquivo

Controle de acesso ao meio físicoMétodos de acesso:

É o conjunto de regras que permitem o compartilhamento do meio de comunicação entre diversas estações. Este compartilhamento reduz os custos e simplifica a implantação da rede.

São responsabilidades do método de acesso:

· escolher a estação a transmitir em determinado momento;

· notificar a estação que deve realizar a transmissão;

· notificar a estação quando o meio estiver disponível para transmissão;

· colocar o dado binário no meio de comunicação em forma de sinal digital, adicionando o header;

· ativar procedimentos de recuperação em caso de falha.

Controle de acesso ao meio físico

Existem duas formas básicas de se efetuar o controle de acesso das estações ao meio de comunicação:

· Controle centralizado: o processamento do algoritmo de acesso é feito pela unidade central, que determina a seqüência e o tempo de acesso das estações ao meio de comunicação.

· Controle distribuído: o controle é efetuado por cada estação na rede. Este tipo de controle implica na existência de recursos e capacidade de processamento nas estações que permitam à mesma saber o estado do meio de comunicação, identificar situações de erro e acionar procedimentos de recuperação. Todas ou muitas destas funções são geralmente codificadas no firmware, código residente das placas de interface de rede

Controle de acesso ao meio físico

Existem duas formas de alocar o canal de comunicação para a transmissão da informação:

Alocação fixa

Alocação sob demanda

Alocação Randômica

Alocação Fixa

Alocação fixa: uma porção predeterminada do meio é reservada para uma estação em uma base que pode variar com o tempo, a freqüência ou numa combinação dos dois. Divide-se em:

· FDMA (frequency division multiple access): cada estação transmite em uma faixa de freqüências própria, utilizando a mesma como um canal de transmissão dedicado.

· TDMA (time division multiple access): cada estação tem acesso exclusivo ao meio de transmissão durante um intervalo de tempo predeterminado.

· CDMA (code division multiple access): a transmissão do sinal pelas estações varia em diferentes faixas de freqüências em intervalos de tempo pré determinados. Tais técnicas são chamadas de spread spectrum e envolvem chaves de codificação e decodificação que devem ser iguais entre as estações, para que a estação receptora saiba qual faixa de freqüências deve monitorar para captar o sinal transmitido em determinado instante. Pode ser em sequenciamento direto ou em sequenciamento com saltos (Hops).

Alocação por demanda Controlada

Alocação por demanda: requer algoritmo de controle que gerência a permissão do uso da rede pelas estações. Usa um mecanismo de seleção que ignora estações sem tráfego para transmissão.

· Polling: é um método de acesso no qual uma estação central, controladora, pede mensagens das estações componentes da rede em uma seqüência preestabelecida ou associada dinamicamente. A estação que está sendo questionada transmite as mensagens que precisar e sinaliza ao final, liberando o acesso, para que a estação central possa questionar a próxima estação na cadeia, num ciclo repetido. Se a estação central cair, toda a rede para.

Alocação por demanda através de Token

· Token passing ( passagem de ficha ): aloca permissão de acesso ao meio de forma cíclica, onde cada estação transmite baseada na possessão de um token, que é um padrão de bits que informa se o meio está livre ou ocupado. Pode ser adaptativo, onde os tempos de retenção de token são influenciados pelo tráfego na rede. As duas principais variações deste método são:

Passagem de TokenToken ring: opera em uma topologia em anel. Quando uma estação recebe um token vazio e não tem nada a transmitir, repassa este token para a próxima estação na rede. Se a mesma possui uma mensagem a transmitir ela marca o token como ocupado e o repassa para a próxima estação na rede, colocando sua mensagem na rede logo após. As estações que recebem o token ocupado repassam o mesmo, e a mensagem que o acompanha, para a estação adjacente, lendo-a se o destino da mensagem for ela própria. Quando o token retorna à estação origem, esta o marca como livre e passa o mesmo adiante, retirando a sua mensagem do anel.

Passagem de TokenToken bus: similar ao anel, mas o token e a mensagem são recebidos simultaneamente por todas estações. A passagem do token é feita de forma predeterminada, através de um ring lógico, sem obedecer a uma seqüência por ordenação física. Uma das estações é eleita dinamicamente a controladora do fluxo. Não há regeneração do sinal, sendo possível a existência de estações que só recebem, sem permissão de transmitir.

Alocação Randômica

Alocação randômica: não há controle central. A competição pelo meio de comunicação implica na existência de contenção.

Aloha

Barra de Contenção.

Alocação Randômica - ALOHA

Aloha: Desenvolvido na universidade do Havaí para uso em enlaces de rádio entre as ilhas. A transmissão é feita sem monitoração do meio de comunicação. A verificação de recepção com sucesso é em função do retorno de uma mensagem de confirmação (ACK). Se não houver resposta dentro de um predeterminado tempo limite, é efetuada uma retransmissão após um tempo randômico. Uma variação do protocolo é o Slotted Aloha, que através da sincronização entre as estações, divide o tempo de utilização do meio em parcelas com o mesmo tamanho dos pacotes.· Barra de contenção: possível em redes com baixo tempo de propagação. Cada estação 'escuta' o meio antes de transmitir para saber se o mesmo está desocupado. A 'escuta' se resume na detecção do sinal (portadora), sendo por isto o método chamado de CSMA (Carrier Sense Multiple Access).

Alocação Randômica - Barramento de Contenção

Barra de contenção: possível em redes com baixo tempo de propagação. Cada estação 'escuta' o meio antes de transmitir para saber se o mesmo está desocupado. A 'escuta' se resume na detecção do sinal (portadora), sendo por isto o método chamado de CSMA (Carrier Sense Multiple Access).

CSMA não persistente:

CSMA 1-persistente: CSMA p-persistente:

CSMA/CD (CSMA com detecção de colisão):

C S M A

CSMA não persistente: estações esperam período de tempo randômico (backoff) para transmitir, cuja duração cresce exponencialmente. Após a espera, é feita a detecção da portadora. Se o meio está livre, a estação transmite o quadro. Se o meio está ocupado, é realizada uma nova espera com tempo maior.

· CSMA 1-persistente: estações escutam o meio e caso o mesmo esteja ocupado, permanecem em estado de monitoração. No caso de sentirem o meio desocupado, transmitem imediatamente.

C S M A

CSMA p-persistente: semelhante ao 1-persistente, com a diferença de que a transmissão não é efetuada imediatamente após o meio estar desocupado. Ao perceber o meio livre a estação espera um tempo randômico calculado com base em uma probabilidade P.

· CSMA/CD (CSMA com detecção de colisão): similar ao CSMA p-persistente, mas as estações escutam o meio enquanto transmitem. Caso detectem uma colisão (transmissão simultânea com outra estação), é interrompida a transmissão. A detecção de colisão implica em um aumento de confiabilidade.

CAMADA FÍSICA• MEIO DE TRANSMISSÃO

– O objetivo da camada física é transmitir um fluxo bruto de bits de uma máquina para outra

– Podemos utilizar vários meios físicos

– Podem ser agrupados da seguinte forma• meios guiados - fios de cobre e fibra ótica

• meios não guiados - ondas de rádio raios laser transmitido pelo ar

– Cada meio físico possui suas características• largura de banda

• retardo

• custo

• facilidade de instalação e manutenção

CAMADA FÍSICA• Par Trançado

– Meio de transmissão mais antigo

– Consiste em dois fios de cobre encapado com 1 mm de espessura

– Os fios são enrolados na forma de helicoidal, semelhante a uma molécula de DNA, com a finalidade de reduzir a interferência elétrica entre dois pares de fios

– Aplicação mais comum é no sistema telefônico

– Quando percorrem grandes distâncias necessitam de repetidores

– Cabo multivias (multilan) vários pares correm paralelamente, envolvidos por uma capa protetora

– Baixo custo com bom desempenho

– Tipos • Categoria 3 - dois pares de fios • Categoria 5 - quatro pares de fios (UTP)

CAMADA FÍSICA

PAR TRANÇADO

CAMADA FÍSICA• Cabo Coaxial

– Outro meio comumente utilizado

– É mais protegido do que os pares trançados

– Pode percorrer distancias maiores

– Cabo de 50 ohm e 75 ohm

– Consiste de um fio de cobre esticado na parte central envolvido por um material isolante

– O isolante é protegido por um condutor cilindrico, geralmente uma malha sólida entrelaçada.

– O condutor externo é coberto por uma camada plástica protetora.

– Nos cabos de 1 Km, pode se chegar a taxa de dados de 1 a 2 Gbps

– Estão sendo substituídos por fibra

– Utilizado em larga escala por operadoras de TV a cabo e em redes locais

CAMADA FÍSICACABO COAXIAL

CAMADA FÍSICA• Fibra Ótica

– Sistema de transmissão ótico é composto do seguintes elementos• origem da luz

• o meio de transmissão

• o detector

– Convencionalmente• um pulso de luz indica o bit 1

• a ausência de luz representa o bit 0

– O meio de transmissão pé uma fibra de vidro ultrafina

– O detector gera um pulso elétrico quando entra em contato com a luz

– Quando instalamos uma fonte de luz em uma extremidade de uma fibra ótica e um detector na outra, temos um sistema de transmissão de dados unidirecional que aceita um sinal elétrico, converte-o e transmite-o por pulsos de luz. Na extremidade de recepção, a saída é reconvertida em um sinal elétrico

CAMADA FÍSICA• Fibra Ótica

• Modo de fibra (propagação da luz)– Multimodo (a luz viaja através de reflexão nas paredes)

• Mais baratas

• Distâncias curtas

• Necessidades de repetidores (amplificadores) para grandes distâncias

• Utiliza Led com fonte de luz

• Diâmetro interno de 50 micra de diâmetro

– Monomodo (a luz viaja de forma reta)• Mais caro

• Percorre distâncias maiores sem repetidores

• Utiliza Laser como fonte de luz

• Diâmetro interno de 8 a 10 micra

CAMADA FÍSICA

Quadro comparativo entre LED e Laser

CAMADA FÍSICA

FIBRA ÓTICA

CAMADA FÍSICA• Comparação Fibra Ótica e Fios de Cobre

– Fibra têm maior largura de Banda do que Cobre

– As fibras necessitam de repetidores a cada 30 Km contra 5 Km dos fios de cobre

– Os seguintes fatores não interferem na fibra• Picos de voltagem

• Interferência magnética

• Quedas no fornecimento de energia

• Imune a ação corrosiva de alguns elementos químicos que param no ar

– Fibras são mais leves e finas que Cabos de cobre o que economiza em espaço e sistemas de sustentação

– Fibras tem um custo de instalação mais baixo

– Fibras não disperdiçam luz e dificilmente são interceptadas (segurança)

– Fibra exige mão de obra especializada

– Comunicação unidirecional, é necessário dois pares para comunicação bidirecional, interfaces de fibra são mais caras que interfaces elétricas.

CAMADA FÍSICA

• Transmissão sem Fio– Existem situações que é dificil ou mesmo impossível, a passagem de cabos para

a instalação de uma infraestrutura de rede adequada

– A alternativa mais viável para estas situações é a utilização de tecnologia de transmissão sem fio

– A moderna comunicação sem fio começou nas ilhas havaianas, onde os usuários eram separados pelo oceano Pacífico

– O estudo iniciou-se em 1865 pelo inglês James Maxwell

– Produzido e observado por em 1887 pelo alemão Heinrich Hertz

CAMADA FÍSICA• Transmissão por Rádio

– Ondas de rádio são fáceis de gerar

– Percorrem longas distâncias

– Penetram facilmente os prédios

– São largamente utilizados em ambientes abertos e fechados

– Ondas de rádio são onidirecionais, isto é, percorrem todas as direções a partir da origem, portanto transmissor e receptor não precisam estar alinhados fisicamente

– Propriedades da onda de rádio varia conforme a frequência

– Em baixas frequencias:• Atravessam obstáculos

• pontência cai abruptamente a medida que a distância da origem aumenta

– Em altas frequencias • Tendem a viajar em linha reta

• Ricocheteam em obstáculos

• São absorvida pelas chuvas

CAMADA FÍSICA

Espectro Eletromagnético e a maneira como ele é utilizado na comunicação

CAMADA FÍSICA

• Transmissão por Microondas– Acima de 100 MHz, as ondas trafegam em linha reta e por essa razão podem ser

captadas com mais facilidade

– Concentração de toda energia em um pequeno feixe através de uma antena parabólica

– Antenas de transmissão recepção devem ser alinhadas com o máximo de precisão

– Quando as antenas ficam em distâncias muito grande, é necessário instalar repetidores

– Dependendo da situação, o microonda é relativamente mais barata em relação as outras tecnologias. (colocar fibra ótica em região montanhosa)

– Principais aplicações atuais: telefone sem fio, portão automático, telefone celular

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