Post on 19-Oct-2018
Redes de ComputadoresConceitos Básicos
Walter Fetter Lagesw.fetter@ieee.org
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia
Departamento de Engenharia Elétrica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
ELE00002 Sistemas de Automação
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Modos de Transmissão
• Paralela• Bits transmitidos simultaneamente através de
vários suportes físicos• Serial
• Bits transmitidos um através de um únicosuporte físico
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Comunicação Serial
• Modo Simplex• Modo Duplex• Modo Half-duplex
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Transmissão Síncrona
• Transmissão síncrona• Um bit transmitido a cada pulso de clock• Caracteresback-to-back
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Transmissão Assíncrona
• Transmissão assíncrona• Utiliza Start bit para sinalizar o início de cada
caracter
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Codificação de Bits
• Banda básica• Sinal digital não modulado
• Banda estreita• Sinal analógico modulado pelo sinal digital
• Banda larga• Sinal analógico modulado pelo sinal digital
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Codificação em Banda Básica
• On-off• NRZ polar• RZ unipolar• Manchester• Bifase• Manchester diferencial• Bifase diferencial• Miller• CMI
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Codificação em Banda Básica
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Modulação
• Alteração e uma ou mais características(amplitude, fase, frequência, ...) de um sinal(portadora) segundo um outro sinal (modulante)
• Modulação contínua• Portadora analógica• Modulante analógico
• Modulação de pulso• Portadora digital• Modulante analógico
• Modulação Digital• Portadora analógica• Modulante digital
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Modulação Contínua
• Modulação em amplitude (AM)• Modulação em fase (PM)• Modulação em freqüência (FM)
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Modulação em Amplitude (AM)
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Modulação em Fase ou Freqüência
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Modulação de Pulso
• Modulação de código de pulso (PCM)• Modulação de amplitude de pulso (PAM)• Modulação de largura de pulso (PWM)• Modulação de posição de pulso (PPM)
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Modulação de Amplitude de Pulso
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Modulação Digital
• Modulação por chaveamento de amplitude (ASK)• Modulação por chaveamento de freqüência (FSK)• Modulação por chaveamento de fase (PSK)• Modulação em amplitude e quadratura (QAM)
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ASK, FSK, PSK
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QAM
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Taxa de Comunicação
• Taxa de informação• Quantidade bits transmitidos por segundo• Medido em bps
• Taxa de símbolos ou taxa de sinalização• Quantidade de sinais transmitidos por
segundo• Medido em Bauds• Um símbolo pode corresponder 1, mais ou
menos bits• Baud 6= bps
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Multiplexação
• Combinação de diversos sinais para transmissãoem um único canal
• Multiplexação por divisão de freqüência (FDM)• Multiplexação por divisão de tempo (TDM)• Multiplexação por divisão de código (CDM)
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Modulações Robustas a Ruído
• Spread-spectrum (SS)• Utiliza uma banda maior do que a mínima
para transmitir o sinal• Espalha o sinal em uma banda mais larga do
que o sinal original• Multiplexação por divisão de freqüências
ortogonais (OFDM)• O canal é dividido em diversos canais de
banda estreita em freqüências ortogonais• Estas mesmas modulações são utilizadas em
redes sem fio
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Spread-Spectrum
• Frequency Hoping Spread-Spectrum (FHSS)• A banda é dividida em subcanais e o sistema
chaveia pseudo-aleatoriamente entre eles• Direct Sequence Spread-Spectrum (DSSS)
• O sinal é multiplicado por um sinalpseudo-aleatório antes de ser transmitido
• Sistema híbrido DS/FHCopyright (c) Walter Fetter Lages – p.21
OFDM
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OFDM
• Na utilização de OFDM em PLC, as freqüênciasutilizadas são monitoradas em tempo real e asportadoras que são mais sensíveis ao ruído sãocarregadas com menos bits
• O sistema adapta-se às variações da rede elétrica
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Topologias de Rede
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Rede em Estrela
• Nó central: comutador ou switch• Não necessitam roteamento• Desempenho depende da velocidade do nó central• Problemas: confiabilidade, modularidade
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Rede em Anel
• Uso de repetidores ligados ao meio físico• Usualmente transmissão unidirecional para
simplificar o projeto dos repetidores quando umamensagem é enviada por um nó, ela entra no anele circula até ser retirada pelo nó de destino (oupelo nó que enviou, dependendo do protocolo)
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Anel com Repetidor Interno
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Anel com Repetidor Externo
• Aumento da confiabilidade
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Rede em Anel
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Anel Secundário
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Redes usando difusão
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Barramentos
• Ligação das estações ao meio devem alterar omínimo possível as características elétricas
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Acesso ao Meio de Transmissão
• Barramentos são compartilhados por todas asestações.
• Como definir o acesso ao meio ?
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Estratégias de Acesso
• Mestre Escravo• Com colisões• Sem colisões• Prioridade
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Acesso Baseado em Contenção
• Não existe uma ordem de acesso• Dois ou mais nós podem transmitir
simultaneamente ocasionando colisão (perda dasmensagens)
• Técnicas de detecção de colisão e retransmissãosão necessárias
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Protocolo Aloha
• Universidade doHawai 1970
• Rede via satélite• Interligação do cen-
tro de computaçãocom terminais espa-lhados na ilha
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Protocolo Aloha
• Dois canais de freqüência• Um para a difusão de mensagens do
computador central para os terminais• Outro dos terminais para o computador central
• Possibilidade de colisão no segundo canal• Estratégia de acesso:
• Cada terminal somente pode "ouvir"o canalde transmissão do computador central
• Quando um terminal tem algo para transmitirele transmite sem poder verificar se o meioestá livre
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Protocolo Aloha
• Técnica de detecção de colisão• Nos terminais
• Relógio temporizador (time-out) paraaguardar chegada do quadro dereconhecimento da recepção
• Caso reconhecimento da recepção não sejarecebido: retransmissão
• No computador central• Análise do CRC
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Protocolo Aloha
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Slotted Aloha
• Maximização dos períodos de colisão• Reduz tempo morto de canal
• Tempo é dividido pelo sistema central emintervalos (slots): terminais somente podeminiciar transmissão no começo de cada intervalo
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Slotted Aloha
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Aloha puro × Slotted
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Protocolo CSMA
• Também adota a sincronização dos quadros emcolisão, fazendo com que se superponham desdeo início
• Estações ’escutam’ o meio para verificar se háalguma estação transmitindo
• CarrierSenseMultiple Access
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np-CSMA e p-CSMA
• Estações, após transmitirem, esperam oreconhecimento da mensagem por um tempodeterminado
• Não chegada de recebimento implica emretransmissão
• Diferença está no algoritmo que especifica o quefaz uma estação quando deseja transmitir e omeio está ocupado
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CSMA Não Persistente
• Caso o canal esteja ocupado, estação não ficaconstantemente esperando, mas espera um tempoaleatório e, em seguida, repete o algoritmo
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np-CSMA × p-CSMA
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CSMA p-persistente
• Aplicável a canais segmentados (slotted)• Se o canal está ocupado, estação continua a
escutar o meio até que este fique livre• Então transmite com uma probabilidade p. Com
uma probabilidade q=1-p há um adiamento até opróximo slot. Processo se repete até que a estaçãotransmita ou que o canal esteja ocupado (nesteúltimo caso, estação aguarda um tempo aleatório)
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CSMA 1-persistente
• Quando estação tem dados a transmitir elaprimeiro escuta o canal. Se o canal estiver livreela transmite (probabilidade = 1). Caso detectecanal ocupado, a estação espera até que o canalfique inativo.
• Problema: tempo de retardo vs. tamanho doquadro
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Comparação
• Não persistente: bom para evitar colisões emtráfego alto
• 1-persistente: minimiza o tempo perdido (emcaso de poucas estações querendo transmitir),porém gera número elevado de colisões
• p-persistente: busca um compromisso entreambos
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CSMA-CD
• Collision Detection• Estações continuam ’escutando’ o canal durante o
envio, cancelando por um período de tempoaleatório caso detectem colisão
• Redução do período de colisão = aumento do usoefetivo do canal
• Tempo mínimo de detecção de uma colisão =tempo de propagação
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CSMA-CD
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CSMA-CD
• Tamanho de quadrotp: tempo de propagaçãoM : tamanho do quadroC: taxa de transmissãoM ≥ 2Ctp
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CSMA-CD
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CSMA-CD
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CSMA-CD
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Comparação
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Protocolos Livres de colisão
• Protocolo de Mapa de Bits• Contagem Regressiva Binária (CSMD-BA)• Reconhecimento de Difusão com Prioridades
Alternantes
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Protocolo de Mapa de Bits
• Numa fase inicial cada estação tem suaoportunidade de informar se quer ou nãotransmitir• N slots de contenção (1 bit para cada estação)
• No final desta fase, todas já sabem quantasestações transmitirão e inicia-se a transmissãodos quadros (em ordem numérica)
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Protocolo de Mapa de Bits
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Contagem Regressiva Binária
• similar ao anterior, usa porém código binário paraas estações (1 predomina sobre 0 = OR )
• Semelhante ao CSMA-BA
eficiência=d
d + lnN
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Contagem Regressiva Binária
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BRAP
• Reconhecimento de Difusão com PrioridadesAlternantes
• Assim que estação insere seu bit 1 em suaabertura, ela pode iniciar a transmissão
• Varredura de permissão inicia sempre da estaçãoseguinte à última que transmitiu
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Protocolos de Contenção Limitada
• Procuram combinar as vantagens das outrasabordagens (com contenção tem bomdesempenho em carga baixa e livres de colisãotem bom desempenho em carga alta)
• Idéia: divide-se as estações em N grupos e osgrupos dividem os N slots
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CSMA-CA
• CA: collision avoidance• Depois de cada transmissão (com ou sem
colisão), estações somente podem começar atransmitir em intervalos a elas pré-alocados(ordenação do acesso e maior prioridade àprimeira estação)
• Se todos os intervalos não são utilizados, métodoCSMA comum é utilizado
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Refinamentos CSMA-CA
1. Se nenhuma estação transmitir, primeira estaçãotransmite quadro sem conteúdo para reinicializarprocesso
2. Busca tornar mais justo o esquema de acesso:depois de transmitir, estação somente pode tentarnova transmissão depois que todas as outrastiverem oportunidade
3. Permite diálogo: estação que recebe tem direitode transmitir
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Acesso Ordenado sem Contenção
• Polling• Controlador (árbitro) determina quem transmite• Diferentes estratégias
• Fisicamente mais distante primeiro• Numeração• Estações solicitam transmissão (em canal
independente)
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Slots
• Topologia em anel• Divide o espaço de comunicação em número
inteiro de pequenos segmentos• Cabeçalho da mensagem circulando no segmento
contém informação se está vazio ou cheio• Estação que quer transmitir aguarda slot vazio
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Analogia
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Acesso ao Anel
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Passagem de Permissão (token)
• Permissão de transmissão é passada de umaestação para outra
• Ordem lógica de transmissão pode ser distinta daordem física
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Passagem de Token em Barramento
• Permissão identifica quem recebe• Anel virtual• Requer funções de gerenciamento
• Adição e retirada de estações no anel virtual• Gerenciamento de falhas• Inicialização do anel
• Desvantagem: overhead quando tráfego é baixo
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Passagem de Token em Anel
• Permissão para transmissão é enviada para anel(sem identificação de quem recebe)
• Possibilidade de múltiplos tokens
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Múltiplos Tokens
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Acesso Baseado em Reservas
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Protocolos de Comunicação
• Conjunto de regras a serem seguidas por todos osparticipantes, a fim de permitir a comunicação
• Hierarquia de Protocolos• Para reduzir a complexidade de projeto• Organização em camadas ou níveis• Propósito da camada é oferecer servicos às
camadas superiores, omitindo detalhes sobre aimplementação dos serviços
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Referências
[1] A. S. Tanenbaum.Rede de Computadores.Campus, Rio de Janeiro, 1997.
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