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RC - Módulo 1
 

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Módulo 1 da disciplina de RC

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    RC - Módulo 1 RC - Módulo 1 Presentation Transcript

    • Redes de Comunicação
    •  É um sistema de comunicação de dados constituído através da interligação de computadores e periféricos, com a finalidade de trocar informação e partilhar recursos.
    •       Partilha de recursos físicos (discos, impressoras, etc.); Partilha de programas; Partilha de ficheiros; Intercâmbio de mensagens e informação; Melhor organização do trabalho em grupo; …
    • PAN (Personal Area Network) – rede local de alcance muito restrito, para apenas um utilizador.  LAN (Local Area Network) – rede local confinada a uma sala ou, no máximo, a um edifício.  CN (Campus Network) – rede que interliga redes locais em edifícios próximos. 
    •  MAN (Metropolitan Area Network) – rede alargada a uma cidade ou região.  WAN (Wide Area Network) – rede alargada a um país ou até ao mundo inteiro...
    •  VAN (Virtual Area Network) – As redes virtuais interligam apenas alguns computadores pertencentes à mesma rede ou a diferentes redes. São muito usadas actualmente as VLAN (Virtual Local Area Network) em que computadores fisicamente ligados à mesma rede estão separados em sub-redes por questões de segurança e/ou performance.
    • Exemplo: Na rede de uma escola podem existir duas VLANs Rede “Alunos” Internet Rede “Administração”
    • Comunicar sempre foi uma necessidade humana. Já à muito tempo que os humanos comunicavam entre si, desenvolvendo muitas formas. Como por exemplo, os índios comunicavam em sinais de fumo, as forças especais comunicavam reflectindo a luz em espelhos, as forças aliadas durante a Segunda Guerra Mundial usam o Código Morse ...
    •  Sistemas de Comunicação que utilizamos hoje em dia:       Telefone; Internet; Televisão; Rádio; … A informação deve ser transportada de forma segura, rápida e sem erros.
    •    Emissor Recetor Canal Para um Sistema de Comunicação funcionar correctamente é necessário de três componentes: emissor, recetor e canal.  • • Por exemplo: Numa conversa entre duas pessoas, uma é o emissor, outra e o Receptor e o Ar é o canal para a mensagem passar. Numa comunicação entre dois computadores existem equipamentos responsáveis para a mensagem ser entregue corretamente. O emissor é o computador, o canal é cabos de electricidade e o Receptor é o Servidor. Um envio de um email entre duas pessoas um deles é o emissor e outro o recetor. Ex: Emissor envia um email, utilizamos o canal que é a rede e depois chega ao respetivo recetor.
    • Em equipamentos de comunicação, a direção em que a comunicação se realiza entre o emissor e o recetor pode basear-se em três sistemas distintos:  Simplex;  Half- duplex;  Full-duplex.
    • Simplex: apenas um computador pode emitir para o outro;  Half-duplex: qualquer computador pode enviar para o outro, mas as transmissões são alternadamente num sentido e noutro;  Full-duplex: as transmissões em ambos os sentidos são possíveis em simultâneo. 
    •  Nas Transmissões de sistemas existem dois sinais:  sinais analógicos;  sinais digitais. Exemplos de sinais analógicos: gira-discos, os leitores de cassetes e os vídeos de sala.  Exemplos de sinais digitais: CDs e DVDs.   Um sinal analógico possui duas grandezas fundamentais associadas: a amplitude e a frequência.  O sinal digital possuem geralmente amplitudes limitadas entre 0 e 1 que são utilizadas para transmitir dados. Um dos exemplos destas amplitudes são os sinais electrónicos usados pelo CPU de um computador.
    •      Um sinal analógico apresenta várias características como a amplitude, a frequência e a fase. Estas características são usadas em sinais de rádio e televisivos. Para que esta mensagem seja bem transmitida utiliza-se a modulação. Por definição, a modulação é um processo pelo qual uma onda analógica pode ser alterada, de modo a apresentar um padrão uniforme para transmitir dados. O equipamento usado por este processo é o modem. O modem é um dispositivo eletrónico que modula um sinal analógico numa determinada faixa de frequência pronta para transmitir e que desmodula o sinal analógico para a faixa de frequência original que contem a informação. Existem três parâmetros que se usam para variar um sinal analógico:  Modulação em amplitude ( AM – Amplitude Modulation )  Modulação em frequência ( FM- Frequency Modulation )  Modulação em fase ( PM – Phase Modulation ).
    •  O sinal digital também usa três tipos de modulações:  Modulação em amplitude ( ASK – Aplitude shift keying);  Modulação em frequência ( FSK – frequency shift keying );  Modulação em fase ( PSK – phase shift keying ). Nestas modulações digitais usam-se bits, enquanto no sinal analógico não.  ASK: quando recebe bits nulos, a componente é nula e quando recebe bit de valor 1, a componente tem uma onda de frequência f.  FSK: os bits 0 e 1 vão alternando a onda de frequência.  PSK: sempre que existe uma transmissão entre 0 para 1 ou 1 para 0 existe uma inversão de fase de onda com o sentido contrário ao do bit anterior. 
    •   Rede cliente/servidor – rede em que existe pelo menos um computador – o servidor – possui algum recurso ou função de que os outros – os clientes – se servem. Exemplos de servidores: de ficheiros, de e-mail, proxy...
    •  Redes peer-to-peer – não existem servidores, todos os computadores estão ao mesmo nível na hierarquia da rede, sendo, por isso, todos servidores e todos clientes.
    • Fala-se muito que, estamos na era digital, que os 0 e os 1 controlam o mundo. Se por um lado existe informação digital (como o Word, páginas de internet, jogos de computador...), por outro existe informação analógica que é transformada em informação digital. Temos o exemplo das fotografias digitais, digitalização de documentos, música, vídeos e muitos outros. Chama-se digitalização ao processo de transformação de um sinal analógico num sinal digital. Este processo consiste em três fases sequenciais: Amostragem Quantização Codificação
    •   Esta fase consiste em retirar amostras do sinal original a uma cadência suficiente para representar o sinal após a digitalização. Um sinal pode ser completamente reconstruído se deste forem extraídas amostras a um ritmo do dobro da frequência máxima do sinal original (teorema da amostragem ou teorema de Nyquist)
    •  As sequências das amostras, são transformadas numa outra sequência cujas amplitudes fazem parte de um conjunto finito de valores. São chamados níveis de quantização, separados uns dos outros por degraus de quantização. Cada amostra é substituída pelo valor do nível de quantização que lhe estiver mais próximo. A conversão é feita por um circuito conversor analógicodigital.
    •   A codificação é o processo pelo qual os valores quantizados são convertidos em bits. É o processo responsável por converter sinais digitais, segundo os formatos necessários à transmissão e por incluir no sinal digital o sincronismo de relógio, indispensável para a transmissão.
    •  No final do processo de conversão A/D nem sempre obtemos o resultado próximo do original. Este problema pode surgir por não se ter respeitado o teorema de Nyquist ou devido ao número reduzido dos níveis de quantização. (Quanto menor for o número de bits de codificação maior pode ser o erro entre os valores originais e o resultado da conversão)
    • São feitas entre um transmissor e um recetor e através de um meio de transmissão ou canal.  Os dados são transportados por ondas eletromagnéticas ou luminosas.  Os meios de transmissão podem ser guiados ou não guiados. Os guiados orientam as ondas – caso dos cabos – e os não guiados não orientam – caso do ar ou da água do mar. 
    •  O termo ‘digital’ está associado a tudo aquilo que pode ser representado por valores discretos (como 0,1,2,3,...).  Como os computadores ‘digitais’ trabalham com a base binária (0,1) o termo ‘digital’ neste âmbito fica restringido a tudo aquilo que se refere aos valores ‘0’ e ‘1’ ou a dois quaisquer valores ou estados que lhes podem estar associados.
    •  Em contrapartida, o termo ‘analógico’ refere-se a tudo aquilo que pode ser representado por valores contínuos.
    •  Os termos ‘digital’ e ‘analógico’, no contexto das comunicações de dados, podem aplicarse a:  Dados  Sinais  Transmissões
    •  Dados  Dados analógicos tomam valores contínuos dentro de um determinado intervalo. O exemplo mais comum é o da voz. Também o são vídeos, temperaturas, pressões, etc.  Dados digitais tomam valores discretos. São exemplo caracteres de texto e números inteiros. Também todos os dados armazenados e tratados por computadores digitais estão nesta forma.
    •  Sinais  Digitais - sinais com apenas duas amplitudes que deste modo codificam os bits (0 e 1) que transportam.  Analógicos - sinais cujas amplitudes e/ou frequência são usadas para codificar os bits da informação transmitida. 0 1 1 0 1 0 0
    •  Dados e sinais Sinais analógicos Dados analógicos Voz Telefone Sinal analógico Dados digitais Ficheiro binário MODEM (MOdulator / DEModulator) Sinal analógico Sinais digitais Dados analógicos Sinal analógico CODEC (codificador/ descodificador) Sinal digital Dados digitais Dados digitais Transmissor digital Sinal digital
    •  Transmissões Analógicas – são um meio de transmitir sinais analógicos (como voz ou dados digitais modulados por um MODEM). O sinal, ao longo do canal, perde energia e fica distorcido. Por isso, usam-se amplificadores que recuperam a energia mas não a forma original; pelo contrário, aumentam a distorção. Digitais – são um meio de transmitir sinais digitais, binários no nosso caso. O sinal, ao longo do canal, perde energia e fica distorcido. Mas aqui usam-se repetidores que leem o padrão de 0’s e 1’s do sinal e reenviam-no num sinal ‘limpo’ e com a energia inicial.
    • Perda de amplitude do sinal ao longo da transmissão. Pode obrigar ao uso de repetidores para corrigir essa perda.
    • Perda de forma do sinal durante a transmissão.
    •    É fundamental conhecer algumas grandezas e medidas. A unidade de bit é sem duvida fundamental para as Redes e Comunicação. É importante saber a velocidade e a quantidade de bits que transferimos por unidade de tempo, mas também é importante o equipamento que usamos para transferir esses dados.
    •   Decibel: O Decibel mede a perda ou ganho da potência de uma onda. Os decibéis podem ser números negativos (representam a perda da potência) e também ser números positivos (representa o ganho na potência).
    • Consiste no número de bits por segundo (bps) que podem ser transmitidos por um canal. Esta taxa também ser expressa em Kylobits, Megabits ou Gigabits por segundo. As taxas de transmissão entre dois computadores dependem de vários fatores, tais como: - as características dos cabos utilizados; - a quantidade de tráfego de mensagens provenientes dos vários nós da rede; - a utilização de largura de banda para transmissão de um só ou vários fluxos de mensagens ao mesmo tempo (multiplexação); - as taxas máximas de transmissão dos modems ou outros dispositivos de comunicação; etc.
    • Expressa em hertz, mostra a diferença entre a maior frequência e a menor frequência que o canal suporta. A linha telefónica, por exemplo, tem uma largura de banda típica de 3100Hz.
    • Existe uma relação entre taxa de transmissão e largura de banda estabelecida por Nyquist em 1924 (para canais sem ruído): taxa máxima = 2Hlog2V bps Com H = largura de banda V = nº de níveis do sinal
    •  Exemplo: Transmissão de sinal binário (V = 2) num canal com LB de 3KHz (H = 3000) Taxa máxima = 2*3000*log2V = 6000 bps
    • Throughput: Por exemplo, um download de um ficheiro apresenta-nos o valor em bits de uma certa largura de banda. Mas, essa largura de banda não apresenta o verdadeiro valor em bits do ficheiro. O verdadeiro valor é chamado Throughput, que pode ser traduzido por taxa de transferência efetiva de um sistema de transmissão.
    •  Como já foi referido anteriormente, é fundamental que a mensagem chegue sem erros. Para que isso não aconteça, existem diferentes tipos de codificações:  NRZ (No Return Zero) ▪ NRZ Unipolar ▪ NRZ Polar ▪ NRZ Bipolar  RZ (Return Zero) ▪ RZ Unipolar ▪ RZ Polar ▪ RZ Bipolar
    • NRZ RZ
    • NRZ: O código de linha Non Return Zero indica que o sinal não necessita obrigatoriamente de ir a zero entre transições de bit, isto significa que tem o Duty Cycle (tempo de bit) de 100% (o impulso prolonga-se por todo o bit).
    • NRZ Unipolar Esta técnica de codificação é a mais simples. Os limites da onda estão sempre entre “0” e “1”. Toma o valor de “1” quando o bit é “1”, quando o bit a codificar é “0” toma o valor “0”. Esta técnica é utilizado para gravação digital em suportes magnéticos.
    • NRZ Polar: Esta técnica de codificação apresenta as mesmas vantagens e desvantagens do NRZ Unipolar. Os limites da onda nesta codificação e “-1” e “1”. O valor “1” quando o bit a codificar é “1” e o valor “-1” quando o bit a codificar é “0”.
    •  NRZ Bipolar Esta técnica de codificação resolve o problema relativo à componente DC - Duty Cycle (tempo de bit), mas sofre igualmente a perda de sincronismo com facilidade. Os limites da onda nesse tipo de codificação são entre “-1”, “0”,” 1”. Toma o valor “0” quando o bit a codificar é “0” e toma o valor “1” e “-1” alternadamente quando o bit a codificar é “1”.
    • RZ: O código de linha do tipo Return Zero indica que, cada transição, metade do bit sinal vai a zero. Por causa disto, diz-se que o Duty Cycle é de 50% e utiliza o dobro da largura de banda em relação aos códigos NRZ.
    • RZ Unipolar-Esta técnica de codificação apresenta as mesmas vantagens e desvantagens do NRZ unipolar. Os limites da onda estão sempre entre “1” e “0” e tomam o valor 1 quando o bit a codificar é 1 e “0” quando o bit a codificar é “0”. No entanto, os valores só têm metade do tempo bit.
    • RZ Polar-Esta técnica de codificação apresenta as mesmas vantagens e desvantagens do NRZ polar. Os limites da onda neste tipo de codificação estão sempre entre -1 e 1. A onda toma valor 1 quando o bit a codificação é 1 e toma valor -1 quando o bit a codificar é “0”. No entanto mais uma vez, tem metade do valor.
    •  RZ Bipolar-Esta técnica de codificação apresenta as mesmas vantagens e desvantagens do NRZ Bipolar. Os limites da onda neste tipo de codificação estão entre -1, “0” e 1. Toma o valor “0” quando o bit a codificar é “0” e toma o valor 1 e -1 alternadamente quando o bit a codificar é 1. Contudo, só permanecem metade do tempo.
    •   Manchester: Este código, à semelhança do RZ, também apresenta um Duty Cycle de 50%, necessita do dobro da largura de banda, no entanto, exibe vantagens em relação aos anteriores, nunca apresenta componente nula, nunca perde o sincronismo entre o emissor e o recetor e deteta erros.
    • Existe 2 tipos de codificação Manchester:  Manchester Normal: Esta técnica de codificação é semelhante à RZ apresenta metade do valor em bit. Os valores limites de onda neste tipo de codificação estão entre 1 e -1. As transições entre “0” a 1 e 1 a “0” ocupam a largura de um bit desde o meio bit anterior até o meio bit seguinte. As restantes, de “o” a “o” e de 1 a 1, ocupam apenas meio bit.
    •  Manchester Diferencial: Esta técnica de codificação também é semelhante ao RZ. Os limites da onda neste tipo de codificação estão entre -1 e 1, à semelhança do anterior. A diferença reside nas transições entre bits que são codificadas de forma diferente do anterior. As transições “0” a “1” e “1” a “1” ocupam a largura de um bit desde o meio bit anterior, até ao meio bit seguinte. As restantes transições, “0” a “0” e “1” a “0”, ocupam apenas meio bit.
    •  Manchester normal e Diferencial:
    •  Um sistema de comunicação interliga o emissor e um recetor através de um canal. Essa emissão é transmitida por duas ligações, que poderá ser síncrona e assíncrona. Para o recetor conseguir ler as mensagens ou dados de comunicação, depende destes tipos de rede. Transmissão síncrona: A palavra síncrona indica a presença de um relógio. Ele é o responsável por sincronizar emissor e o recetor. O sincronismo permite ao recetor durante a transmissão saber quando pode ler os dados e quando deve parar. Este tipo de transmissão permite que uma grande quantidade de dados sejam transmitidos de uma só vez e ao longo de grandes distâncias, tornando-se muito eficiente. Transmissão assíncrona: Este tipo e comunicação chama-se assíncrona visto não usar relógio para sincronizar a transmissão de dados. Menos eficiente, mas com baixo custo e de fácil configuração.
    •  Em qualquer meio que comuniquemos podem suceder situações em que a transmissão da mensagem pode não ser a correta. Ruídos e interferências podem ocorrer. Para que estes erros se corrijam existem códigos de deteção e correção de erros. Deteção de erros: Existem três códigos de deteção de erros frequentemente utilizados que são:  Verificação de paridade  checksum  CRC.
    •  Verificação de paridade: Esta técnica é a mais utilizada para detetar erros. O bit de paridade indica o número de bits 1 presente num bite (caracter). A paridade é par, se tiver um número par de 1’s e ímpar caso tenha um número ímpar de 1’s. (“o”, se tivermos paridade par 1, se tivermos paridade ímpar) Exemplos: 11001100- A mensagem está correta. 10101011- A mensagem está incorreta.
    •  Podem existir erros e o bit de paridade indicar que a transmissão foi realizada sem erros.  Por exemplo, quando 2 bits 1’s foram alvo de erro.
    • Checksums: Esta técnica serve para detetar erros principalmente na internet. Esta verificação é usada ao nível de transporte e baseia-se na soma do conteúdo do segmento que é colocado numa posição da trama UDP, no lado do emissor. No recetor há lugar novamente à soma do segmento. Se da soma de checksums resultarem apenas de 1´s, podemos inferir que não houve erro na transmissão, caso contrário, existiu erro na transmissão. Esses erros são assinalados nas posições que da soma de checksums resultem zeros. Os erros podem ocorrer no segmento ou no próprio código detetor de erros.
    •  CRC- Cyclic Redundancy Check: Esta técnica é mais eficiente que as anteriores. É chamada por método de deteção polinomial. Este método consiste em adicionar um conjunto de bits FCS( Frame Check Sequence) à mensagem original a transmitir. Os bits FCS são calculados através de uma expressão: FCS(x)= resto[M(x)x^n/G(x)] M(x)- mensagem original G(x) - polinómio pré-definido
    •  Correção de erros:  Anteriormente identificámos formas de detetar os erros. Porém, esses erros apenas eram detetados e não corrigidos. Geralmente quando um erro é encontrado toda a informação terá de ser retransmitida. A técnica (retransmissão) utilizada chama-se ARQAutomatic repeat request, baseia-se em confirmações positivas e negativas por parte do recetor. As versões mais utilizadas são Stop and Wait ARQ, Goback-N ARQ e seletive reject ARQ. Corrigir erros sem retransmissão – código de Hamming
    •  Objetivos:  Reduzir o espaço ocupado pelos ficheiros;  Reduzir o tempo de transferência de ficheiros.  Os ficheiros comprimidos dependendo dos parâmetros e técnicas de compressão utilizadas apresentam maior ou pior relação espaço/qualidade.
    •  Utilizada para ficheiros multimédia  Vídeo (mpeg)  Música(Mp3)  Imagem(jpeg)
    •  Na compressão sem perdas é retirada apenas a informação que se pode prescindir sem que existam perdas. A informação é recuperada após o processo de descompressão.  zip, rar, arj, …(utilizado na compressão de texto)
    •    O processo de compressão pode ser realizado com conhecimento ou não da natureza dos dados. Compressão por entropia – não tem em conta a natureza dos dados Compressão atendendo à fonte – tem em conta a natureza dos dados