aula 4 - redes de computadores a - camadas modelos tcp/ip e osi. camada física

Redes de Computadores A

Bacharelado emSistemas de Informação

Prof. Filipo Mórfilipo.mor [at] gmail . com

www.filipomor.com

Aula 4 2015/01

Agradecimento Especial

O material desta aula foi gentilmente cedido pelo

Prof. Marcelo Conterato, do SENAC-RS.

Roteiro

• Camadas com o Modelo TCP/IP e OSI.

• Endereçamento de Rede.

• Camada Física e serviços de suporte de comunicação.

• Características básicas do meio físico de rede de cobre, fibra ótica e sem fio.

• Descrição geral do meio físico de cobre, fibra óptica e sem fio.

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Camadas com o Modelo TCP/IP e OSI

Os benefícios de se usar um modelo de camadas

–Benefícios incluem

• Auxilia na elaboração do protocolo

• Estimula competição entre fornecedores

• Alterações em uma camada não afeta as outras

• Fornece um idioma comum para descrever funções e capacidades derede

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Camadas com o TCP/IP e Modelo OSI

O Modelo TCP/IP

• Início dos anos 70

•Padrão aberto

Request for Comments (RFCs)

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Camadas com o TCP/IP e Modelo OSI O Processo de Comunicação

1. Criação de dados na camada de aplicação do dispositivo de origem

2. Segmentação e encapsulamento de dados

3. Geração dos dados no meio físico na camada de acesso à rede da pilha

4. Transporte dos dados através da rede

5. Recepção dos dados na camada de acesso à rede do dispositivo final de destino

6. Desencapsulamento e remontagem dos dados

7. Transferência desses dados à camada de Aplicação do dispositivo de destino

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Camadas com o TCP/IP e Modelo OSI Unidades de dados de Protocolo e Encapsulamento

•A forma que cada pedaço de dado assume em qualquercamada é chamada de Unidade de Dados de Protocolo (PDU –Protocol Data Unit)

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Camadas com o TCP/IP e Modelo OSI O Processo de Envio e Recebimento de Mensagens

•Encapsulamento dos dados em cada camada

•Cabeçalho com informações necessárias para entrega corretana informação no destino

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Protocolos e Modelos de Referência

Modelo de Protocolo

fornece um modelo que corresponde de perto a estrutura de um conjunto específico de protocolos.

Modelo de Referência

Fornece uma referência comum para uma consistente manutenção dentro de todos os tipos de protocolos de rede e serviços

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Modelo OSI

•Modelo de Referência

•Elaborado pela ISO (International Organization for Standardization) para fornecer uma estrutura para a construção de protocolos de sistemas abertos

•Fornece uma lista extensiva de funções e serviços para cada camada

•Descreve a interação entre camadas

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Comparando o Modelo OSI com o Modelo TCP/IP

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Endereçamento de Rede

Vários tipos de endereços devem ser incluídos para se entregar com sucesso os dados de uma aplicação

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Obtendo os dados para o dispositivo final

O Endereço Físico identifica o dispositivo na rede local

•Enthernet (MAC) - 00-24-1D-F4-10-58 – Camada 2

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O cabeçalho da Unidade de Dados do Protocolo (PDU) também contém o endereço de rede que identifica a rede e o host

•Endereço IP – Camada 3

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No dispositivo final, o número da porta de serviço direciona os dados para a conversa (processo) correta

• Número de Portas – TCP/80 (HTTP) – Camada 4

A Camada Física

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Camada Física – Sinais de Comunicação

A função da camada Física é codificar os dígitos binários querepresentam quadros da camada de Enlace de Dados em sinais.

Transmitir e receber esses sinais através do meio físico que conecta osdispositivos de rede.

Fornece os requisitos para transportar pelo meio físico de rede os bits queformam o quadro.

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A entrega de quadros pelo meio físico local exige os seguintes elementos da camada Física:

•Meio físico e conectores ligados;

•Representação de bits no meio físico;

•Codificação de dados e informações de controle;

•Circuito transmissor e receptor nos dispositivos de rede;

É também função da camada Física recuperar os sinais individuais domeio físico, restaurá-los às suas representações de bit e enviar os bitspara a camada de Enlace de Dados como um quadro completo.

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Operação

•O meio físico não transporta o quadro como uma entidadesimples. Transporta sinais, um de cada vez, para representaros bits que formam o quadro.

•Há três formas básicas de meio físico de rede nas quais osdados são representados:

Cabo de cobre

Fibra

Sem fio (Wireless)

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A camada física consiste em hardware, desenvolvido por engenheiros, naforma de um circuito eletrônico, meio físico e conectores.

Portanto, é aconselhável que os padrões que determinam esse hardwaresejam definidos pelas organizações de engenharia de comunicações eelétrica relevantes.

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Padrões

A International Organization for Standardization (ISO)

O Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

O American National Standards Institute (ANSI)

A International Telecommunication Union (ITU)

A Electronics Industry Alliance/Telecommunications IndustryAssociation (EIA/TIA)

Autoridades de telecomunicações nacionais, como a FederalCommunication Commission (FCC) nos EUA.

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Tecnologias de Camada Física e Hardware

As tecnologias desenvolvidas por essas organizações abrangem algumas áreas da camada Física, como por exemplo:

Propriedades físicas e elétricas do meio físico

Propriedades mecânicas (materiais, dimensões, pinagem) dos conectores

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Princípios Fundamentais

•Os componentes físicos: hardware, conectores e meio físico

•Codificação de dados: método para converter um fluxo de bits dedados em um código pré-definido

•Sinalização: como os bits serão representados

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Bits de Sinalização para o Meio Físico

•A comunicação da rede se transforma em dígitos binários, quesão transportados individualmente no meio físico

•Cada bit de um quadro é representado como um sinal

•Cada sinal colocado no meio físico tem um determinado tempopara ocupá-lo conhecido como tempo de bit

•Para garantir o êxito no envio de bits, necessita-se de ummétodo de sincronização entre o receptor e o emissor

Métodos de Sinalização

•Bits são representadosalterando uma ou maiscaracterísticas:

Sinalização e Codificação Física

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Sinalização Non-Return to Zero (NRZ)

•O fluxo de bits é transmitido como uma série de níveis de voltagem

•Baixo nível representa o 0 lógico e um alto nível representa o 1lógico

Utiliza a largura de banda de modo ineficaz

Suscetível à interferência eletromagnética

Limites entre os bits podem se perder quando longas sequências de 0s ou 1s são transmitidas


“Indicado apenas para links de dados de baixa velocidade.”

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Codificação Manchester

•Valores de bits são representados como transições devoltagem


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Codificação – Agrupamento de Bits

•Representar o agrupamento simbólico de bits antes de seremapresentados ao meio físico, aperfeiçoa a transmissão dedados em velocidades mais altas

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•Grupos de Códigos

Uma sequência consecutiva de bits de código que sãointerpretados e mapeados como padrões de bits de dados

Vantagens de usar grupos de código:

Redução de erros no nível de bit

Limitação da energia efetiva de transmitida para o meio físico

Ajuda a diferenciar bits de dados de bits de controle

o Símbolos de dados

o Símbolos de controle

o Símbolos inválidos

Melhora a detecção de erros do meio físico

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•Grupo de Código 4B/5B

4 bits de dados são convertidos em símbolos de 5 bits

Cada byte é quebrado em quatro pedaços e codificado em valores de 5 bits (símbolos)

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A transferência de dados pode ser medida de três formas:

•Largura de banda

•Throughput

•Goodput

Capacidade de Transportar Dados

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Largura de banda

• É a capacidade de um meio em transportar dados.

• A largura de banda digital mede a quantidade de informaçãoque pode fluir de um lugar a outro durante um determinadotempo.

Throughput

• É a medida da transferência de bits através do meio físicodurante um determinado período.

Goodput

• É a medida dos dados úteis transferidos durante umdeterminado período e, portanto, é a medida que maisinteressa aos usuários de rede.

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Meio Físico – Conectando a Comunicação

Padrões de organizações definem as propriedades física, elétricae mecânica do meio

Essas especificações garantem que os cabos e conectoresfuncionarão conforme o esperado com as diferentesimplementações da camada de Enlace de Dados.

Os padrões do meio físico de cobre são definidos por:

•Tipo de cabeamento de cobre utilizado;

•Largura de banda da comunicação;

•Tipo de conectores utilizados;

•Pinos e códigos de cor das conexões do meio físico;

•Distância máxima do meio físico.

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O meio físico mais utilizado para a comunicação de dados é o cabeamentoque usa fios de cobre para sinalizar dados e controlar bits entre osdispositivos de rede.

O cabeamento utilizado para a comunicação de dados geralmente consisteem uma série de fios de cobre individuais que formam circuitos dedicadospara funções específicas de sinalização.

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Meio Físico de Cobre

• Interferência de Sinal Externo

Sinais externos não esperados podem distorcer e corromper ossinais de dados transportados pelo meio físico de cobre.

As ondas de rádio e os dispositivos eletromagnéticos, como luzesfluorescentes, motores elétricos e outros dispositivos são fontes deruído em potencial.

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Meio Físico de Cobre

•Os tipos de cabo com isolamento ou com pares trançados defios são desenvolvidos para minimizar a degradação do sinaldevido ao ruído eletrônico

•A susceptibilidade dos cabos de cobre ao ruído eletrônicotambém pode ser limitada pelo(a):

Seleção de tipos de cabo ou categorias mais adequadas àproteção dos sinais de dados em um determinado ambiente derede

Utilização de técnicas decabeamento que incluam a corretamanipulação e conexão dos cabos

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Cabo de Par Trançado Não Blindado (UTP - Unshielded Twisted Pair)

•Consiste em quatro pares de fios coloridos codificados que foramtrançados juntos e envolvidos em um revestimento de plásticoflexível.

•O trançado dos fios visa cancelar os sinais não desejados

•Esse efeito de cancelamento também ajudará a evitarinterferências de fontes internas chamadas diafonia (linha cruzada)

•O TIA/EIA-568A estabelece os padrões de cabeamento comercialpara instalações LAN. Alguns dos elementos definidos são:

Tipos de cabo

Comprimento do cabo

Conectores

Conexão do cabo

Métodos de teste de cabo

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Cabo de Par Trançado Não Blindado (UTP - Unshielded Twisted Pair)

•As características elétricas do cabeamento de cobre são definidaspelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

•Os cabos são colocados em categorias de acordo com acapacidade de transportar taxas mais elevadas de largura debanda

“A instalação de um cabeamento de custo menor mas com uma capacidade mais baixa é um desperdício e uma perda de tempo. Se for

decidido mais tarde adotar uma tecnologia LAN mais rápida, será necessário substituir toda a infra-estrutura de cabos instalados”.

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Outros Cabos de Cobre

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Segurança do Meio Físico de Cobre

•Riscos elétricos

Um dispositivo de rede defeituoso pode conduzir correntes aochassis de outros dispositivos de rede

•Riscos de Fogo

O isolamento e o revestimento dos cabos podem ser inflamáveisou produzir fumaça tóxica quando aquecidos ou queimados.

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Segurança do Meio Físico de Cobre

Isolamento contra fumaça e fogo

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Meio Físico de Fibra

•Composto de Fibra de Plástico ou Vidro

•Os bits são codificados na fibra como pulsos de luz

• Imune à interferência eletromagnética e não conduzirá correnteselétricas indesejadas

•Podem operar em distâncias muito maiores do que o meio físico decobre, sem a necessidade de repetição do sinal

Mais gasto (em geral) do que o meio físico de cobre pela mesmadistância (porém, por mais capacidade)

Diferentes habilidades e equipamentos exigidos para conectar ainfraestrutura dos cabos

Mais cuidado na manipulação do que o meio físico de cobre

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Meio Físico de Fibra

•Lasers ou LEDs podem ser usados para gerar pulsos de luz

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O meio físico sem fio transmite sinais eletromagnéticos nasfrequências de rádio e de micro-ondas que representam os dígitosbinários de comunicação de dados

Pelo fato da cobertura da comunicação sem fio não exigir acesso físico ao meio, os dispositivos eusuários que não sãoautorizados a acessar arede terão acesso àtransmissão. Portanto, asegurança de rede é oprincipal componente daadministração de umarede sem fio.

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Tipos de Redes sem Fio

•Padrão IEEE 802.11 - Geralmente conhecido como Wi-Fi, é umatecnologia Wireless LAN (WLAN) que utiliza a contenção ou sistemanão-determinístico com o processo de acesso ao meio físico CarrierSense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA).

•Padrão IEEE 802.15 - Padrão Wireless Personal Area Network(WPAN), conhecido como "Bluetooth", utiliza um dispositivo deprocesso em pares para se comunicar a distâncias entre 1 e 100metros.

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Tipos de Redes sem Fio

•Padrão IEEE 802.16 – Mais conhecido como WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access), utiliza umatopologia ponto-multiponto para fornecer acesso de bandalarga sem fio.

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LAN sem Fio

• Em geral, uma LAN sem fio exige os seguintes dispositivos de rede:

Ponto de Acesso Sem-fio ou Access Point (AP) - Concentra os sinais sem fio dos usuários e se conecta, geralmente por meio de um cabo de cobre, a uma infra-estrutura de rede de cobre, como a Ethernet.

Adaptadores de placade rede sem fio –Fornece a possibilidadede comunicação sem fiopara cada host da rede.

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LAN sem Fio

• Como a tecnologia se desenvolveu, vários padrões baseadosna Ethernet WLAN surgiram. Deve-se tomar cuidado aocomprar dispositivos sem fio para assegurar que sejamcompatíveis e que tenham interoperabilidade.

• Os padrões incluem:

IEEE 802.11a - Opera na freqüência de 5 GHz e oferecevelocidades de até 54 Mbps. Por este padrão operar emfreqüências maiores, ele possui uma área de cobertura menor enão penetra tão bem nas estruturas dos prédios. Os dispositivosque operam nesse padrão não têm interoperabilidade com ospadrões 802.11b e 802.11g descritos abaixo.


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LAN sem Fio

IEEE 802.11b - Opera na freqüência de 2,4 GHz e oferecevelocidades de até 11 Mbps. Os dispositivos que implementamesse padrão têm uma variação maior e penetram melhor nasestruturas dos prédios do que os dispositivos 802.11a.

IEEE 802.11g - Opera na freqüência de 2,4 GHz e oferecevelocidades de até 54 Mbps. Os dispositivos que implementamesse padrão, no entanto, operam na mesma freqüência de rádioe variação que o 802.11b, mas com a mesma largura de bandado padrão 802.11a.

IEEE 802.11n - O padrão IEEE 802.11n está, atualmente, naversão de teste. O padrão proposto define a freqüência em 2.4Ghz ou 5 GHz. As taxas de dados esperadas são de 100 Mbps a210 Mbps com uma variação de distância de até 70 metros.


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Diferentes padrões da camada Física especificam o uso dediferentes conectores

O conector RJ-45 especificado como ISO 8877 é utilizado paravárias especificações da camada Física, uma das quais é aEthernet.

Especificação, EIA-TIA 568, descreve os códigos de cor dos fiospara conectar nos devidos pinos

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Correta Terminação do Conector

“É importante que todas as conexões do meio físico de cobre sejam de boa qualidade para garantir o máximo desempenho com as atuais e futuras

tecnologias de rede”.

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Conectores de Fibra Óptica

Dúvidas?

Agradecimentos:Prof. Marcelo Conterato

Prof. Samuel Souza

Faculdade Dom Bosco de Porto AlegreBacharelado em Sistemas de Informação

Prof. Filipo Mór

2015/01 – Aula 4

Redes de Computadores A

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