Fundamentos de Redes
de Computadores
Comutação, Codificação
e Detecção de Erros
Comutação
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A comutação é o processo de interligar dois ou mais pontos entre
si. No caso de telefones, as centrais comutam (interligam) dois
terminais por meio de um sistema automático, seja ele
eletromecânico ou eletrônico.
É a Alocação dos recursos da rede para a transmissão de
dados.
O termo comutação surgiu com o desenvolvimento das Redes Públicas
de Telefonia e significa alocação de recursos da rede (meios de
transmissão, etc...) para a comunicação entre dois equipamentos
conectados àquela rede. A comutação pode ser por circuitos,
mensagens ou pacotes.Questões como roteamento e alocação de
canais.Três tipos:
Circuito.
Mensagem.
Pacote.
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Comutação por circuito
Pressupõe um caminho dedicado de comunicação entre o
transmissor e o receptor.
Três fases:
– Estabelecimento do circuito
Antes da comunicação, um circuito é criado.
Alocação de rotas entre as estações.
Permanece dedicado até o fim da fase 3.
– Transferência de informação
– Desconexão do circuito
O circuito é desfeito, pela ação de uma das estações
envolvidas.
Sinais de desalocação devem ser enviados a todos os nós
intermediários do circuito.
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Um exemplo claro é uma ligação telefônica, onde há a necessidade de um
canal dedicado em ambos terminais. Outro exemplo é a internet discada.
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Comutação por circuito
Vantagem
Sempre terá taxa de
transmissão disponível quando
as estações se comunicarem.
Desvantagem
Se a comunicação no circuito não for constante e
contínua, há desperdício do meio físico.
O caminho pode ser um caminho físico, canais de
frequência ou canais de tempo.
Exemplo: Sistemas telefônicos.
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Comutação por mensagem
Não é necessário um caminho dedicado.
Mensagem recebe o endereço de destino e é transmitida de nó em nó.
Em cada nó há roteamento com base no endereço.
Ocorrência de filas de envio – caminho ocupado e outras mensagens
aguardando o envio.
Vantagem
Maior aproveitamento dos canais.
Desvantagens
Filas de envio podem ser muito grandes.
Tamanho das mensagens pode ser muito grande.
Caso algum nó perca a mensagem, é preciso transmiti-la toda de
novo.
Ex:Email é um exemplo de um sistema de comutação por mensagem.
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Comutação por pacotes
Semelhante à comutação
por mensagens.
A mensagem é dividida
em pacotes de tamanho limitado.
Todos os pacotes
recebem o endereço de destino.
Cada pacote pode seguir por um enlace diferente.
Vantagens
Melhor aproveitamento do canal.
Se há perda de pacotes, envia-se de novo o que se perdeu e não
tudo.
Um exemplo são as conexões Ethernet, que comutam por pacotes e
não perdem conexão.
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Comutação por pacotes
Desvantagens
O atraso de entrega dos pacotes é aleatório.
É preciso mecanismos sofisticados de detecção de erros e
perda de pacotes – o que é lento.
Pacotes sempre serão aceitos, mesmo com o
congestionamento dos enlaces.
Comparação com a comutação por circuito
Circuito: Apropriada para um fluxo constante e contínuo
de informação, e dispensa empacotamento da
mensagem, já que a informação tem destino garantido.
Pacotes: Apropriada para tráfego em rajadas, com
intervalos de silêncio seguidos por grande tráfego.
Pode-se ter prioridades para melhorar a transmissão em
certos casos.
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Comutação Rápida
Circuitos
Técnicas que permitem que a alocação e liberação de
conexões seja rápida, para liberar rapidamente o
circuito.
Usado em alguns sistemas de telefonia analógica.
Pacotes
Técnicas que permitem que o processamento dos nós
intermediários seja menor e mais rápído.
Usado em redes ATM.
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Codificação em banda básica
Banda básica
Largura de banda grande o bastante para transmitir sem
usar modulação.
Sem modems e transmite em alta velocidade.
Tipos de transmissão
Assíncrona
Relógios não sincronizados.
Quadros (bits) de informação transmitidos e acrescidos de bits
de início, fim e paridade (detecção de erros).
Síncrona
Relógios sincronizados, seja por canal separado ou por pedidos
de sincronização.
Dispensa bits de início, fim e paridade.
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Codificação em banda básica
Tipos de codificação
NRZ
Non Return to Zero
A mais simples de todas.
Relógios ajustados e sincronizados - difícil.
Manchester
Modulação em fase dos dados e do relógio.
Guarda a transição do sinal: Bit 0 – transição
positiva; bit 1 – transição negativa.
Manchester Diferencial
Segunda metade tem a polaridade inversa da
primeira.
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Melhores definições:
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Codificação NRZ (que significa No Return to Zero, ou seja, não
Regresso a Zero) é o primeiro sistema de codificação, pois é mais
simples. Consiste muito simplesmente em transformar o 0 em - X e o 1
em +X, desta maneira tem-se uma codificação bipolar na qual o sinal
nunca é nulo. Por conseguinte, o receptor pode determinar a presença
ou não de um sinal.
A codificação Manchester, igualmente chamada codificação bifásica ou
PE (Phase Encode), introduz uma transição no meio de cada intervalo.
Consiste com efeito em fazer um OU exclusivo (XOR) entre o sinal e o
sinal de relógio, o que se traduz numa frente ascendente quando o bit
está a zero, uma frente descendente no caso contrário.
A codificação Manchester possui numerosas vantagens, entre as quais:
a não passagem por zero, tornando possível a detecção de um sinal
pelo receptor
A codificação Manchester diferencial, também chamada código de
Miller, é parecida com a codificação de Manchester, com a diferença de
que uma transição aparece no meio do intervalo unicamente quando a
bit é de 1, o que permite maiores débitos…
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Controle de erro
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Em um sistema de comunicação pode se dizer que é normal a ocorrência de erros,
pois funciona por troca de mensagens a todo instante de um local com outro. Os erros
podem ser causados por interferências eletromagnéticas, envelhecimento de
componentes, curto-circuito, que acabam afetando as mensagens, fazendo com que, por
exemplo, um “0” seja enviado, e na transmissão acaba sendo transformado em “1”, ou
seja, receptor recebe informação diferente daquela que foi enviada.
A codificação binária é muito prática na eletrônica, nos quais a informação pode ser
codificada graças à presença ou não de um sinal eléctrico.
Contudo, o sinal eléctrico pode sofrer perturbações (distorção, presença de barulho),
nomeadamente aquando do transporte dos dados num longo trajecto. Assim, o controlo
da validade dos dados é necessário para certas aplicações (profissionais, bancárias,
industriais, confidenciais, relativas à segurança,…). É por isso que existem mecanismos
que permitem garantir um certo nível de integridade dos dados, quer dizer, de fornecer
ao destinatário um seguro de que os dados recebidos são bem similares aos dados
emitidos
A maior parte dos sistemas de controle de erro ao nível lógico baseia-se numa adição
de informação (fala-se de “redundância”) que permite verificar a validade dos dados.
Chama-se soma de controle (em inglês checksum) a esta informação suplementar.
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Detecção de erros
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Em detecção de erros, já definido, pode ser utilizado por
diversos métodos como: Método de repetição, método de paridade,
Checksum, método de redundância cíclica e códigos de Hamming.
Estes métodos, seguindo seus próprios conceitos, irão de
alguma maneira, detectar o erro para passar a correção de erros. O
que tem em comum entre todos estes métodos é a utilização de
inserção de bits extras, funcionando de uma maneira fácil de
compreender: emissor envia junto à informação original bits a mais,
então o receptor calcula estes bits a mais enviados,os bits extras.
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Detecção de erros Paridade
Forma mais simples de redundância para detecção de erros.
Acrescenta-se no final dos 7 bits do quadro um bit, de forma que a soma dos bits 1
seja sempre par.
Exemplo:
10010011 – O último bit é 1 para termos 4 bits ligados – número par.
11101110 – O último bit é 0 para termos 6 bits ligados – número par.
10101110 – O último bit é 0, e temos 5 bits ligados – número ímpar – erro na
transmissão.
Limitado: Se um número par de bits for alterado, ele não detecta o erro.
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Checksum
Consiste em transmitir todas as palavras junto com o resultado da soma dos
bits delas.
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Detecção de erros - CRC
Esquema mais sofisticado do que a paridade.
O controle de redundância cíclico consiste em proteger blocos de
dados (frames em inglês).
Para cada quadro com k bits, cria-se um polinômio de ordem k-1.
Exemplo: 1001101 = X7+X4+X3+X
No transmissor, o polinômio de cada quadro é dividido por um polinômio gerador, de ordem n.
É transmitido, junto com cada quadro, o resto da divisão, que é o FCS.
No receptor, é feita a mesma divisão, e o resto obtido é comparado com o resto que foi transmitido.
Se forem iguais, o quadro foi transmitido corretamente. Se forem diferentes, houve erros na
transmissão.
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Código de Hamming
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O código de Hamming é um código de bloco linear, foi
desenvolvido por Richard Hamming , é utilizado no
processamento do sinal e nas telecomunicações.
A sua utilização permite a transferência e armazenamento
de dados de forma segura e eficiente.
Estes podem detectar erros até dois bits e corrigir até um
bit. Em contraste, o código de paridade não pode corrigir
erros, e pode detectar apenas um número impar de erros.
Devido à sua simplicidade os códigos Hamming, são
amplamente utilizados na computação..
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