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3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas3) Arquiteturas, padrões e funcionalidades das camadas 1

Ciência da Computação – Redes de Computadores

3.1) A Arquitetura TCP/IP É um conjunto de protocolos padronizados, surgidos na década de 70 e tinha a

missão básica de resolver a interligação entre redes distintas. Patrocinados

inicialmente pela DARPA (Defense Advanced Research Project Agency), órgão

americano pertencente ao DOD (Departament Of Defense) dos E.U.A.; Em 1969 foi criada a ARPANET, com a finalidade de interligar institutos de pesquisa

e órgãos do governo americano espalhados pelo país, com características

computacionais diferentes; Em 1983 estes protocolos foram adotados como padrão militar. Criou-se a MILNET,

utilizada para comunicações militares não-classificadas, ficando a ARPANET uma rede

menor, utilizada para pesquisas futuras. A MILNET e a ARPANET juntas ficaram

conhecidas como arquitetura INTERNET; O investimento de milhões de dólares para o

aperfeiçoamento destes protocolos, com

difusão mundial e 20 anos de uso, justificam

a utilização atual para a “Comunicação Global”

através da INTERNET.



3.1) A Arquitetura TCP/IP (cont)

A arquitetura INTERNET TCP/IP dá uma ênfase especial à interligação de redes com tecnologias

diferentes, formando a chamada inter-rede; Todos seus protocolos são documentados através de uma especificação chamada de RFC

(Request for Comments). As RFC´s são geradas, analisadas, criticadas e são geradas novas

sugestões de melhorias e então, após testes de estabilidade, o protocolo é transformado em

padrão por um comitê chamado IAB (Internet Activity Board) e a RFC é publicada com o status de

Internet Standard;

Rede 3

Rede 1

Rede 4

Rede 2

Rede 5

G G

G

G

G

G

Inter-rede

G – Internet Gateway ou Internet Router

G



3.1.1) As camadas da Arquitetura TCP/IP (cont)Aplicação

Suporta as aplicações de rede aos usuários. Protocolos: FTP, SMTP,

TELNET;

Transporte

Oferece serviços de transferência de dados entre cliente e servidor

de uma determinada aplicação, utilizando segmentos de informações.

Protocolos: TCP, UDP;

Rede

Efetua o roteamento de datagramas de uma máquina para a outra,

da origem ao destino. Protocolos: IP;

Enlace

Faz a transferência de dados entre elementos vizinhos da rede,

gerenciando o acesso ao meio de transmissão. Protocolos: PPP,

Ethernet;

Física

Viabiliza a transmissão dos bits trocados (quadros) entre elementos

de rede adjacentes, através de sinais elétricos, ópticos ou

eletromagnéticos adequados aos canais de transmissão utilizados.

Rede*

Enlace

Física

Transporte

Modelo TCP/IP

Aplicação

**

(*) Alguns autores denominam Camada Inter-rede

(**) Alguns autores denominam as camadas de Enlace/Física como Intra-rede



Rede

Enlace

Física

Sessão

Transporte

Modelo OSI

Aplicação

Apresentação

3.1.2) Comparação entre o modelo OSI e a Arquitetura TCP/IP

Rede*

Enlace

Física

Transporte

Arquitetura Internet TCP/IP

Aplicação

(*) Alguns autores denominam Camada Inter-rede

(**) Alguns autores denominam as camadas de Enlace/Física como Intra-rede

**



3.1.3) Os Protocolos da arquitetura TCP/IPOs serviços oferecidos pela arquitetura TCP/IP estão bem definidos principalmente

através da caracterização das camadas de Transporte e Rede (ou Inter-Rede). Os

principais protocolos que operam nestas camadas são: TCP (Transmission Control Protocol):

. Opera na camada de Transporte e oferece este serviço orientado à conexão

(confiável);

. Trabalha em modo full-duplex e desempenha suas funções estabelecendo um

circuito virtual na rede; UDP (User Datagram Protocol):

. Opera na camada de Transporte, porém com um serviço não orientado à conexão

(não confiável);

. Extremamente simples, ágil e rápido, oferecendo transporte através do envio de

datagramas pela rede; IP (Internet Protocol):

. Opera na camada de Rede (ou Inter-Redes) e não é orientado à conexão (não

confiável);

. Serviço de entrega não confiável de datagramas;



Protocolos TCP/IP

IP

TCP, UDP

Ethernet, Token-Ring, FDDI, Wireless, ATM

T ELNET

FTP

SMTP

Rede

Enlace

Físico

Sessão

Transporte

Modelo OSI

Aplicação

Apresentação

Rede

Enlace

Física

Transporte

Arquitetura TCP/IP

Aplicação

3.1.3) Os Protocolos da arquitetura TCP/IP (cont)

TELNET – Terminal Remoto

FTP – File Transfer Protocol

SMTP – Single Mail Transfer Protocol

FDDI – Fiber Distributed Data Interface

ATM – Assynchronous Transfer Mode



3.2) A Camada Física

Rede

Enlace

Físico

Apresentação

Sessão

Transporte

Aplicação

Quando do desenvolvimento do modelo RM/OSI, na época já existiam vários padrões

de transmissão utilizados pelos sistemas de comunicação (entre eles o RS232 e o V.35),

os quais foram incorporados nas interfaces RM/OSI;

Assim, os principais serviços a serem prestados pelo nível físico seriam: Estabelecimento e encerramento de conexões entre duas ou mais entidades

do nível físico; Efetuar a transferência de dados, onde a unidade de serviço de dados (SDU) no nível físico é o bit; Manter a ordem de transmissão dos bits durante a transmissão (seqüencialização); Notificar a ocorrência de falhas detectadas durante a transmissão;

NívelFísico

Entidade do

nível físico

Entidade do

nível físico

Entidade Transmissora

MeioFísico

Entidade do

nível físico

Entidade ReceptoraEntidade Repetidora

Pontos de acesso ao

serviço do meio físico

Circuitos de Transmissão de dados



3.2.1) Aplicações da camada física

Rede

Enlace

Físico

Apresentação

Sessão

Transporte

Aplicação

MUXMUX

Linha Dedicada

Canais multiplexados

Host

Host

Host

Host

MUX - Multiplexador

Elemento de

Rede

Modem

Modem



3.2.2) Modos de transmissão de bits

Quanto à forma de envio de bits:

Comunicação Paralela:

Um conjunto de bits (1 byte por exemplo) e enviado simultaneamente através de

várias linhas, onde todas são referenciadas a um terra comum;

Indicado para curtas distâncias (até 20m). Exemplo: conexão com impressoras;

Comunicação Serial:

Os bits são enviados em seqüência e individualmente através de uma linha composta

de um par de fios;

Utiliza a diferença de tensão entre fios como sinal para indicar os bits a serem

enviados;

Indicado para maiores distâncias . Exemplo: conexão computador modem;



3.2.2) Modos de transmissão de bits (cont)

Quanto à temporização de caracteres:

Comunicação Síncrona:

O intervalo de tempo entre caracteres consecutivos é fixo e a cadência de transmissão

de cada bit é definida por sinal de sincronização (clock);

O sinal de sincronização (clock) pode ser enviado separadamente ou inserido no

próprio sinal de dados;

Comunicação Assíncrona:

Não existe um intervalo de tempo definido entre caracteres consecutivos

As informações são delimitadas por sinais de início e fim (start e stop bits), que

permitem sincronização a nível de bits;

Observação importante:

Tanto na Comunicação Síncrona como na Assíncrona é necessária sincronia a nível de

bits;



Taxa de transmissão (bit rate)

É o número de bits transmitidos por segundo, expressa em bps (bits per second).

Exemplo: Transmissão de 256 bits em 125 s resulta em (256bits/125 s) = 2,048 Mbps;

Taxa de sinalização (baud rate)

É o número de intervalos de sinalização (mudanças de amplitude ou envio de símbolo) por segundo do sinal,

expressa em bauds. Exemplos:

. Se usarmos uma amplitude para 0 e outra para 1, então baudrate = bitrate (1 símbolo para 1 bit);

. Se utilizarmos um nível de amplitude para 2 bits (dibits) teremos:

+2 V para 00

+1 V para 01

-1 V para 10

-2 V para 11

Então baud-rate = bit-rate/2. (1 símbolo para dois bits)

. Assim para codificar n bits agrupados em um mesmo nível de amplitude, são necessários 2n amplitudes.

3.2.3) Taxas de transmissão de bits (Bit-rate) e símbolos (Baud-rate)

0001

1011

t

+2V

-2V

+1V

-1V



Relação entre baud-rate e bit-rate:

n = número de bits representados por cada nível de tensão;

L = número de níveis de amplitude necessários = 2n

Portanto

bit-rate = (log2 L) . baud-rate

Exemplos:

Assim, um modem capaz de gerar apenas 9.600 intervalos de sinalização por segundo

(9.600 baud) poderá transmitir , por exemplo, 28.800 bps caso ele opere com tribits, ou

seja, 3 bits codificados em 8 níveis de tensão.

3.2.3) Taxas de transmissão de bits (Bit-rate) e símbolos (Baud-rate) cont

Baudrate n L Bitrate 9.600 Bauds 1 2 9.600 bps 9.600 Bauds 2 (dibit) 4 19.200 bps 9.600 Bauds 3 (tribit) 8 28.800 bps



3.2.4) Transmissão em Baseband (Banda Base) e em BroadbBand

Banda Base(Sem modulação)

Broadband(Com modulação)

Amplitude

Fase

Freqüência

NRZ – Non Return to Zero



3.2.5) Características da codificação em Baseband (Banda Base)

Normalmente em muitos padrões (como por exemplo o Ethernet) a codificação binária direta (0 Volts para

nível lógico 0 e 5 Volts para nível lógico 1) não é utilizada por problemas práticos ( por exemplo um ruído

induzido na linha poderá gerar um bit 1 na recepção). Assim, as informações digitais passam por uma

codificação antes da efetiva transmissão, a qual evita estes problemas de ambigüidade;

A transmissão serial de dados requer sincronização entre emissor e receptor, ou seja, é necessário que

receptor retire uma amostra do sinal recebido na mesma freqüência em que este foi gerado;

A freqüência do sinal define o “tempo de bit” (intervalo de sinalização)

A amostragem deve ocorrer aproximadamente. no meio do tempo bit

1

0

tempo de subida tempo de descida

tempo bit instante de amostragem



3.2.5) Características da codificação em Baseband (Banda Base) (cont)

O sinal de sincronização pode ser enviado separadamente em relação ao sinal de dados mas tem

inconvenientes (custo);

Outra opção é inserir no próprio sinal de dados os sinais que geram a sincronização, que podem

ser de duas formas:

. Transições (ou bordas) no sinal de dados que são detectadas facilmente através de circuitos

eletrônicos;

. Conjuntos de bits específicos para este fim.

Exemplo: Codificação RZ (Returno to Zero)

+12V

-12V

0V

1 1 0 0 1

tempo bit

Borda positiva Borda negativa



3.2.6) Os padrões para a Camada Física

Características X.21 (transmissão digital)

X.21 bis (transmissão analógica)

RS-232(até 20 Kbps)

V.35(acima de 20 Kbps)

Mecânicas ISO 4903 ISO 2110 ISO 2593

Elétricas V.11 (ou V.10) V.28 V.35

Funcionais X.21 V.24 V.24

Procedurais X.21 X.21 bis X.21 bis

Padrão Características mecânicas

RS232 (ISO 2110) Conector com 25 pinos (DB 25)

V.35 (ISO 2593) Conector com 34 pinos (V.35)

Os padrões para o nível físico utilizado no modelo OSI foram estabelecidos nas recomendações X.21

e X.21 bis referente aos aspectos procedurais, as quais foram complementadas pelas

recomendações X ou V do antigo CCITT no que diz respeito aos aspectos elétricos, mecânicos e

funcionais;

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