Redes de computadores I
Prof: Diovani Milhorim
Comutação de dados
Redes de comunicação:
Na maioria dos casos os nós entre os quais se pretende
transferir informação não estão ligados por uma linha dedicada.
Basicamente porque se pretende que dado um conjunto
de E nós, este possa se comunicar com qualquer um dos
outros (E-1) nós.
O número de linhas dedicadas ao interligarmos fisicamente
estes nós se torna muito grande.
Comutação de dados
Redes de comunicação:
Em termos de topologia (disposição física dos nós e das linhas)
a situação descrita é conhecida por "fully-connected“.
Isto torna-se rapidamente impraticável com o aumento do
número de estações, já que são necessárias E x (E-1)/2 linhas,
além disso em cada nó necessita de (E-1) interfaces para
assegurar as ligações.
Comutação de dados
Redes de comunicação:
Número de nós em uma rede “fully-connected”.
Número de nós
2
3
4
5
6
20
Linhas
1
3
6
10
15 190
Interface/nó
2
2
3
4
5
19
Comutação de dados
Redes de comunicação:
Para tornar viável a comunicação entre um grande número de
nós surge o conceito de rede de comunicação.
Trata-se acima de tudo de um serviço de transferência de dados
entre nós.
Cada nó possui uma única interface ligada à rede, esta assegura
a transferência de dados entre qualquer um dos nós que lhe
estão ligados.
Comutação de dados
Redes de comunicação:
Numa topologia "full-connected" o nó de destino para os dados
emitidos está implicito pois para cada destino possível existe uma
interface separada.
Numa rede de comunicação corrente, cada nó possui apenas uma
interface que usa para comunicar com qualquer um dos outros nós.
Quando um nó emite dados torna-se necessário indicar à rede qual é o
nó de destino para esses dados, para o efeito utilizam-se endereços.
Cada nó ligado a uma rede de comunicação possui um endereço unico
que o identifica, a rede lida com os endereços de forma a fazer chegar
os dados ao nó correcto.
Comutação de dados
Redes de comunicação:
As redes de comunicação podem ser
divididas em duas categorias distintas:


Redes de "Broadcast"
Redes de Comutação.
Comutação de dados
Redes de broadcast:
As redes de "broadcast" são essencialmente usadas em
implementações locais (LAN).
Trata-se de implementações em que a funcionalidade da rede é
em grande parte transferida para os nós. A rede em sí é apenas
um meio físico partilhado por todos os nós, os dados emitidos
chegam a todos os nós (daí a designação "broadcast"), cada nó
procede a uma filtragem, eliminando os dados que não lhe são
destinados.
Comutação de dados
Redes de broadcast:
Mesmo no domínio LAN as redes de "broadcast" são cada vez
menos usadas em favor de soluções comutadas. O acesso ao
meio condicionado das redes "broadcast" produz eficiências
baixas.

Um exemplo critico é o das redes Ethernet (802.3) que usam o
mecanismo de acesso CSMA/CD. Sob uma taxa de transmissão
de 10 Mbps dificilmente se obtém taxas efectivas superiores a 1
Mbps, as implementações Fast Ethernet (100 Mbps) dificilmente
atingem débitos superiores a 10 Mbps. Também aqui a evolução
mais aconselhável é no sentido da comutação.
Comutação de dados
Redes de Comutação
As redes de comutação são constituídas por um conjunto de nós
intermédios, com várias ligações entre sí, mas geralmente com
uma topologia mais simples do que "full-connected" (por razões
econômicas).
Os nós intermédios funcionam como um conjunto que assegura
que os dados chegam ao destino correto, o modo como a rede
assegura a transferência dos dados pode obedecer a vários
princípios, dado origem a diversos tipos de rede de comutação.
Comutação de dados
Comutação de pacotes X comutação de circuitos.
A comunicação de dados pode-se dar atráves de três
mecanismos básicos;



Comutação por circuitos
Comutação por pacotes
Comutação por circuito virtual.
Comutação de dados
Comutação por circuito
Em redes de telecomunicações, é um tipo de
alocação de recursos para transferência de
informação que se caracteriza pela utilização
permanente destes recursos durante toda a
transmissão.
Comutação de dados
Comutação por circuito
Trata-se de uma técnica na qual a rede assegura um
circuito físico entre emissor e receptor
É uma técnica apropriada para sistemas de
comunicações que apresentam tráfego constante
(ex: a comunicação de voz), necessitando de uma
conexão dedicada para a transferência de
informações contínuas.
Comutação de circuitos
Essencialmente, uma comunicação via comutação de circuitos
entre duas estações se subdivide em três etapas:
1.
2.
3.
Uma rota fixa entre as estações envolvidas é estabelecida
para que elas possam se comunicar
As estações envolvidas podem trocar informações entre si,
transmitindo e recebendo dados através do circuito já
estabelecido.
Após um período indeterminado, a conexão é finalmente
encerrada, quase sempre pela ação de uma das estações
comunicantes
Comutação de circuitos
A comutação de circuitos físicos é uma técnica bastante rudimentar, usada
por exemplo nas redes telefônicas publicas, tendo algumas
características que interessa destacar:





Existe um atraso inicial para o estabelecimento do circuito físico
Depois de estabelecido o circuito físico a tranferência de dados é
feita a uma taxa constante, sem atrasos assinaláveis nos nós
intermédios
Quando dois nós estão em comunicação encontram-se totalmente
inacessíveis para terceiros.
A gestão dos recursos pela rede é muito deficiente: os recursos
necessários à comunicação ficam reservados durante toda a
comunicação, independentemente da utilização que tiverem.
Sob taxas de utilização muito elevadas a rede pode simplesmente
recusar o estabelecimento do circuito por falta de recursos.
Comutação de circuitos
Chaveamento
Existem maneiras diferentes de se alocar canais de comunicação em comutação de
circuitos. São elas:

Chaveamento espacial: é estabelecido um caminho entre duas estações por
meio de enlaces físicos permanentes durante toda a comunicação.

Multiplexação:



Chaveamento de freqüências: é estabelecida uma associação entre dois canais de
freqüência em cada enlace (FDM)
Chaveamento do tempo: é estabelecida uma associação de dois canais de tempo em
cada enlace. Cada nó intermediário associa um canal TDM síncrono de uma linha com
outro canal TDM síncrono de outra linha
Chaveamento por Código
Comutação de circuitos

Comutação de mensagens
Trata-se do envio de mensagens através da
rede, nó a nó desde a origem até ao destino,
não existe qualquer fase anterior ao envio de
dados, a mensagem é enviada para a rede
juntamente com o endereço de destino e a
rede encarrega-se de a fazer chegar ao
destino.
Comutação de circuitos


Comutação de mensagens
O
conceito
de
mensagem
é
aqui
extremamente lato, trata-se de blocos de
dados de qualquer tipo, mas que deverão ser
autónomos. Por exemplo se pretendemos
transferir um arquivo, o arquivo
é a
mensagem e é enviado integralmente numa
unica emissão nunca podendo ser dividido em
bocados.
Comutação de circuitos


Comutação de mensagens
As mensagens são integralmente recebidas em cada
nó por onde passam, só depois são enviadas ao nó
seguinte ("store & forward"), este processo introduz
atrasos significativos. Sendo n o número de nós
pelos quais a mensagem passa (também conhecido
por número de "hop's"), o atraso total será n x Tt,
ignorando atrasos de propagação, processamento e
espera em filas nos nós.
Comutação de circuitos
Comutação de mensagens
A comutação de mensagens introduz uma seria de possibilidades
que não existiam na comutação de circuitos e anula alguns dos seus
inconvenientes:




A utilização dos recursos é muito mais eficiênte pois as linhas
apenas são ocupadas durante o tempo necessário à transferência
das mensagens entre os nós.
Por muito elevada que seja a utilização existe sempre a possibilidade
de as mensagens circularem, embora com atrasos por espera nos
nós
Não existe necessidade de o nó de destino estar activo, a rede pode
armazenar a mensagem e entregar mais tarde.
A mensagem pode ter diversos destinos sendo copiada pela rede de
modo a ser entregue a todos eles.
Comutação de circuitos
Comutação de mensagens




O conceito de mensagem e os atrasos produzidos tornam este tipo
de comutação inadequado para trocas intensas de pequenas
quantidades de informação entre nós (tráfego interactivo).
Uma vez que uma mensagem é transmitida sucessivamente entre
nós consecutivos o controle de fluxo e erros pode ser realizado pela
própria rede.
A rede pode ser heterogénea, nomeadamente com velocidades de
trasmissão distintas no seu interior.
Fica aberto caminho para a definição de graus de prioridade: em
cada saída de cada nó existe uma fila de espera. As filas de espera
são habitualmente geridas com uma disciplina de serviço FCFS
("First Come First Served"), mas é simples implementar um sistema
de prioridades.
Comutação de circuitos
Comutação por pacotes


Os grandes problemas levantados pela comutação de
mensagens poderiam ser resolvidos se os dados a enviar
forem divididos em blocos mais pequenos.
Na comutação de pacotes são impostas restrições quanto à
quantidade de informação a enviar de cada vez, esses blocos
de informação tomam a designação genérica de pacotes, ou
especificamente na camada de ligação lógica a designação de
"tramas" ("frames").
Comutação de circuitos
Comutação por pacotes


Geralmente as "tramas" possuem tamanho variável até um
valor máximo imposto. Imagine-se o envio de um arquivo,
raramente uma única "trama" será suficiente, a questão é
saber como a rede vai lidar com uma sequência de "tramas"
que estão relacionadas entre sí.
O problema é que se as "tramas" forem tratadas pela rede
com mensagens os caminhos seguidos pelas "tramas"
poderão ser diferentes e podem chegar ao destino em ordem
diversa da de emissão.
Comutação por pacotes
Temos dois tipos de comutação por pacotes:


Comutação a pacote por datagrama:
Comutação de pacote por circuito virtual:
Comutação por pacotes
Comutação por pacotes
Datagramas


nesta abordagem ignora-se o problema
que fica delegado para os níveis
superiores resolverem, um serviço de
"datagramas" não garante a ordem de
entrega.
Comutação por pacotes
Comutação de pacotes por datagrama



A rota de cada pacote é individual.
Diferentes pacotes podem seguir rotas distintas.
Pacotes podem chegar fora de ordem ao seu destino.
Exemplo: Protocolo IP
Comutação por pacotes
Vantagens da comutação a pacote


Efetiva para dados em rajadas.
Facilidade em prover largura de faixa sob demanda com taxas
variáveis.
• Desvantagens da comutação a pacote



Atrasos variáveis.
Dificuldade em garantir QoS (serviço do melhor esforço).
Pacotes podem chegar fora de ordem
Comutação por pacotes
Comutação de pacotes por circuito virtual
Esta técnica utiliza alguns principios da
comutação de circuitos, mas o circuito é
meramente lógico. Existem igualmente três fases
na comunicação:



Estabelecimento do circuito virtual - o nó de origem pede
à rede um circuito virtual para ligação a um dado
endereço de destino, a rede define um caminho e atribuilhe um identificador que devolve ao nó.
Transmissão - as "tramas" são enviadas, mas em lugar do
endereço de destino contêm o identificador do caminho a
seguir, deste modo todas as "tramas" seguem o mesmo
caminho, estando por isso a ordem assegurada.
Terminação do Circuito Virtual
Comutação por pacotes
Comutação de pacotes por circuito virtual




Todos os pacotes associados a uma sessão seguem a
mesma rota.
A rota é escolhida no início da sessão
Pacotes são identificados com o VC# que designa a rota.
O número do VC deve ser único em cada enlance, mas
pode se alterar de enlace para enlace.
Ex: ATM (Asynchronous transfer mode)
Comutação por circuitos
Vantagens dos circuitos virtuais




Economiza cálculos de rotas (Precisa ser feito somente
uma vez no início da sessão).
Economiza o tamanho do cabeçalho.
Facilita o fornecimento de QoS.
Mais complexo.– Menos flexível