Aula 4 - Redes de Computadores A - Camadas Modelos TCP/IP e OSI. Camada Física. Bacharelado em Sistemas de Informação. Faculdade Dom Bosco de Porto Alegre. Prof. Filipo Mór www.filipomor.com

1. Redes de
Computadores A
Bacharelado em
Sistemas de Informação
Prof. Filipo Mór
filipo.mor [at] gmail . com
www.filipomor.com
Aula 4 2015/01

2. Agradecimento Especial
O material desta aula foi gentilmente cedido pelo
Prof. Marcelo Conterato, do SENAC-RS.

3. 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.

4. 4
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 de
rede

5. 5
Camadas com o TCP/IP e Modelo OSI
 O Modelo TCP/IP
•Início dos anos 70
•Padrão aberto
Request for Comments (RFCs)

6. 6
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

7. 7
Camadas com o TCP/IP e Modelo OSI
 Unidades de dados de Protocolo e Encapsulamento
•A forma que cada pedaço de dado assume em qualquer
camada é chamada de Unidade de Dados de Protocolo (PDU –
Protocol Data Unit)

8. 8
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 correta
na informação no destino

9. 9
Camadas com o TCP/IP e Modelo OSI
 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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Camadas com o TCP/IP e Modelo OSI
 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

11. 11
Camadas com o TCP/IP e Modelo OSI
 Comparando o Modelo OSI com o Modelo TCP/IP

12. 12
Endereçamento de Rede
 Vários tipos de endereços devem ser incluídos para se
entregar com sucesso os dados de uma aplicação

13. 13
Endereçamento de Rede
 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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Endereçamento de Rede
 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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Endereçamento de Rede
 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

16. A Camada Física

17. 17
Camada Física – Sinais de Comunicação
 A função da camada Física é codificar os dígitos binários que
representam quadros da camada de Enlace de Dados em sinais.
 Transmitir e receber esses sinais através do meio físico que conecta os
dispositivos de rede.
 Fornece os requisitos para transportar pelo meio físico de rede os bits que
formam o quadro.

18. 18
Camada Física – Sinais de Comunicação
 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 do
meio físico, restaurá-los às suas representações de bit e enviar os bits
para a camada de Enlace de Dados como um quadro completo.

19. 19

20. 20
Camada Física – Sinais de Comunicação
 Operação
•O meio físico não transporta o quadro como uma entidade
simples. Transporta sinais, um de cada vez, para representar
os bits que formam o quadro.
•Há três formas básicas de meio físico de rede nas quais os
dados são representados:
Cabo de cobre
Fibra
Sem fio (Wireless)

21. 21
Camada Física – Sinais de Comunicação
A camada física consiste em hardware, desenvolvido por engenheiros, na
forma de um circuito eletrônico, meio físico e conectores.
Portanto, é aconselhável que os padrões que determinam esse hardware
sejam definidos pelas organizações de engenharia de comunicações e
elétrica relevantes.

22. 22
Camada Física – Sinais de Comunicação
 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 Industry
Association (EIA/TIA)
 Autoridades de telecomunicações nacionais, como a Federal
Communication Commission (FCC) nos EUA.

23. 23
Camada Física – Sinais de Comunicação
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

24. 24
Camada Física – Sinais de Comunicação
 Princípios Fundamentais
• Os componentes físicos: hardware, conectores e meio físico
• Codificação de dados: método para converter um fluxo de bits de
dados em um código pré-definido
• Sinalização: como os bits serão representados

25. 25
 Bits de Sinalização para o Meio Físico
•A comunicação da rede se transforma em dígitos binários, que
são transportados individualmente no meio físico
•Cada bit de um quadro é representado como um sinal
•Cada sinal colocado no meio físico tem um determinado tempo
para ocupá-lo conhecido como tempo de bit
•Para garantir o êxito no envio de bits, necessita-se de um
método de sincronização entre o receptor e o emissor
 Métodos de Sinalização
•Bits são representados
alterando uma ou mais
características:
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 1
lógico
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
Sinalização e Codificação Física
“Indicado apenas para links de dados de baixa velocidade.”

27. 27
 Codificação Manchester
•Valores de bits são representados como transições de
voltagem
Sinalização e Codificação Física

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Sinalização e Codificação Física
 Codificação – Agrupamento de Bits
•Representar o agrupamento simbólico de bits antes de serem
apresentados ao meio físico, aperfeiçoa a transmissão de
dados em velocidades mais altas

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Sinalização e Codificação Física
 Codificação – Agrupamento de Bits
•Grupos de Códigos
Uma sequência consecutiva de bits de código que são
interpretados 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

30. 30
Sinalização e Codificação Física
 Codificação – Agrupamento de Bits
•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)

31. 31
Sinalização e Codificação Física
 A transferência de dados pode ser medida de três
formas:
•Largura de banda
•Throughput
•Goodput
Capacidade de Transportar Dados

32. 32
Sinalização e Codificação Física
 Largura de banda
• É a capacidade de um meio em transportar dados.
• A largura de banda digital mede a quantidade de informação
que pode fluir de um lugar a outro durante um determinado
tempo.
 Throughput
• É a medida da transferência de bits através do meio físico
durante um determinado período.
 Goodput
• É a medida dos dados úteis transferidos durante um
determinado período e, portanto, é a medida que mais
interessa aos usuários de rede.

33. 33
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Padrões de organizações definem as propriedades física, elétrica
e mecânica do meio
 Essas especificações garantem que os cabos e conectores
funcionarão conforme o esperado com as diferentes
implementações 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.

34. 34
Meio Físico – Conectando a Comunicação

35. 35
Meio Físico – Conectando a Comunicação
O meio físico mais utilizado para a comunicação de dados é o cabeamento
que usa fios de cobre para sinalizar dados e controlar bits entre os
dispositivos de rede.
O cabeamento utilizado para a comunicação de dados geralmente consiste
em uma série de fios de cobre individuais que formam circuitos dedicados
para funções específicas de sinalização.

36. 36
Meio Físico – Conectando a Comunicação
Meio Físico de Cobre
•Interferência de Sinal Externo
Sinais externos não esperados podem distorcer e corromper os
sinais de dados transportados pelo meio físico de cobre.
As ondas de rádio e os dispositivos eletromagnéticos, como luzes
fluorescentes, motores elétricos e outros dispositivos são fontes de
ruído em potencial.

37. 37
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Meio Físico de Cobre
•Os tipos de cabo com isolamento ou com pares trançados de
fios são desenvolvidos para minimizar a degradação do sinal
devido ao ruído eletrônico
•A susceptibilidade dos cabos de cobre ao ruído eletrônico
também pode ser limitada pelo(a):
Seleção de tipos de cabo ou categorias mais adequadas à
proteção dos sinais de dados em um determinado ambiente de
rede
Utilização de técnicas de
cabeamento que incluam a correta
manipulação e conexão dos cabos

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Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Cabo de Par Trançado Não Blindado (UTP - Unshielded Twisted Pair)
•Consiste em quatro pares de fios coloridos codificados que foram
trançados juntos e envolvidos em um revestimento de plástico
flexível.
•O trançado dos fios visa cancelar os sinais não desejados
•Esse efeito de cancelamento também ajudará a evitar
interferências de fontes internas chamadas diafonia (linha cruzada)
•O TIA/EIA-568A estabelece os padrões de cabeamento comercial
para instalações LAN. Alguns dos elementos definidos são:
 Tipos de cabo
 Comprimento do cabo
 Conectores
 Conexão do cabo
 Métodos de teste de cabo

39. 39
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Cabo de Par Trançado Não Blindado (UTP - Unshielded Twisted Pair)
•As características elétricas do cabeamento de cobre são definidas
pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
•Os cabos são colocados em categorias de acordo com a
capacidade de transportar taxas mais elevadas de largura de
banda
“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”.

40. 40
Meio Físico – Conectando a Comunicação

41. 41
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Outros Cabos de Cobre

42. 42
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Segurança do Meio Físico de Cobre
•Riscos elétricos
Um dispositivo de rede defeituoso pode conduzir correntes ao
chassis de outros dispositivos de rede
•Riscos de Fogo
O isolamento e o revestimento dos cabos podem ser inflamáveis
ou produzir fumaça tóxica quando aquecidos ou queimados.

43. 43
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Segurança do Meio Físico de Cobre
Isolamento contra fumaça e fogo

44. 44
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 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 correntes
elétricas indesejadas
• Podem operar em distâncias muito maiores do que o meio físico de
cobre, sem a necessidade de repetição do sinal
Mais gasto (em geral) do que o meio físico de cobre pela mesma
distância (porém, por mais capacidade)
Diferentes habilidades e equipamentos exigidos para conectar a
infraestrutura dos cabos
Mais cuidado na manipulação do que o meio físico de cobre

45. 45
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Meio Físico de Fibra
•Lasers ou LEDs podem ser usados para gerar pulsos de luz

46. 46
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 O meio físico sem fio transmite sinais eletromagnéticos nas
frequências de rádio e de micro-ondas que representam os dígitos
binários de comunicação de dados
 Pelo fato da cobertura da comunicação sem fio não exigir acesso
físico ao meio, os dispositivos e
usuários que não são
autorizados a acessar a
rede terão acesso à
transmissão. Portanto, a
segurança de rede é o
principal componente da
administração de uma
rede sem fio.

47. 47
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Tipos de Redes sem Fio
• Padrão IEEE 802.11 - Geralmente conhecido como Wi-Fi, é uma
tecnologia Wireless LAN (WLAN) que utiliza a contenção ou sistema
não-determinístico com o processo de acesso ao meio físico Carrier
Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA).
• Padrão IEEE 802.15 - Padrão Wireless Personal Area Network
(WPAN), conhecido como "Bluetooth", utiliza um dispositivo de
processo em pares para se comunicar a distâncias entre 1 e 100
metros.

48. 48
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Tipos de Redes sem Fio
•Padrão IEEE 802.16 – Mais conhecido como WiMAX
(Worldwide Interoperability for Microwave Access), utiliza uma
topologia ponto-multiponto para fornecer acesso de banda
larga sem fio.

49. 49
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 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 placa
de rede sem fio –
Fornece a possibilidade
de comunicação sem fio
para cada host da rede.

50. 50
 LAN sem Fio
• Como a tecnologia se desenvolveu, vários padrões baseados
na Ethernet WLAN surgiram. Deve-se tomar cuidado ao
comprar dispositivos sem fio para assegurar que sejam
compatíveis e que tenham interoperabilidade.
• Os padrões incluem:
 IEEE 802.11a - Opera na freqüência de 5 GHz e oferece
velocidades de até 54 Mbps. Por este padrão operar em
freqüências maiores, ele possui uma área de cobertura menor e
não penetra tão bem nas estruturas dos prédios. Os dispositivos
que operam nesse padrão não têm interoperabilidade com os
padrões 802.11b e 802.11g descritos abaixo.
Meio Físico – Conectando a Comunicação

51. 51
 LAN sem Fio
 IEEE 802.11b - Opera na freqüência de 2,4 GHz e oferece
velocidades de até 11 Mbps. Os dispositivos que implementam
esse padrão têm uma variação maior e penetram melhor nas
estruturas dos prédios do que os dispositivos 802.11a.
 IEEE 802.11g - Opera na freqüência de 2,4 GHz e oferece
velocidades de até 54 Mbps. Os dispositivos que implementam
esse padrão, no entanto, operam na mesma freqüência de rádio
e variação que o 802.11b, mas com a mesma largura de banda
do padrão 802.11a.
 IEEE 802.11n - O padrão IEEE 802.11n está, atualmente, na
versão de teste. O padrão proposto define a freqüência em 2.4
Ghz ou 5 GHz. As taxas de dados esperadas são de 100 Mbps a
210 Mbps com uma variação de distância de até 70 metros.
Meio Físico – Conectando a Comunicação

52. 52
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Diferentes padrões da camada Física especificam o uso de
diferentes conectores
 O conector RJ-45 especificado como ISO 8877 é utilizado para
várias especificações da camada Física, uma das quais é a
Ethernet.
 Especificação, EIA-TIA 568, descreve os códigos de cor dos fios
para conectar nos devidos pinos

53. 53
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 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”.

54. 54
Meio Físico – Conectando a Comunicação
 Conectores de Fibra Óptica

55. Dúvidas?
Agradecimentos:
Prof. Marcelo Conterato
Prof. Samuel Souza
Faculdade Dom Bosco de Porto Alegre
Bacharelado em Sistemas de Informação
Prof. Filipo Mór
2015/01 – Aula 4
Redes de Computadores A