Redes de comunicação   mod 1
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Redes de comunicação mod 1

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  • 1. Primeira parte de uma introdução às redes informáticas Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 1
  • 2. Noções elementares sobre redes: o que são, que vantagens têm, que tipos existemRedes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 2
  • 3. O que é uma rede de computadores? É um sistema de comunicação de dados constituído através da interligação de computadores e periféricos, com a finalidade de trocar informação e partilhar recursos.Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 3
  • 4. Vantagens das redes  Partilha de recursos físicos (discos, impressoras, etc.);  Partilha de programas;  Partilha de ficheiros;  Intercâmbio de mensagens e informação;  Melhor organização do trabalho em grupo.Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 4
  • 5. A nível de hardware necessitam de: 1. Computadores; 2. Periféricos (impressoras, cd´s, modem´s, etc.); 3. Meios físicos de transmissão ( cabos, ou sistemas de comunicações sem fios – ondas propagadas no espaço); 4. Dispositivos de ligação dos computadores à rede (placas de rede, modems e/ou outros dispositivos); Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 5
  • 6. A nível de Software necessitam 1. Utilitários e programas de aplicação para trabalho em rede; 2. Sistemas operativos específicos para redes; 3. Drivers de placa de rede, complementam o sistema operativo no sentido de este poder comunicar com a placa; 4. Protocolos de comunicação que tornam possível tecnicamente a emissão e recepção de dados entre os computadores envolvidos numa comunicação;Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 6
  • 7. Transmissões de dados São feitas entre um transmissor e um receptor e através de um meio de transmissão ou canal. Os dados são transportados por ondas electromagnéticas 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. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 7
  • 8. Dados e sinais digitais e analógicos (1/7) O termo ‘digital’ está associado a tudo aquilo que pode ser representado por valores discretos (como 0,1,2,3,...) e/ou trabalha com esses tipos de valores. Como os computadores ditos ‘digitais’ trabalham com a base binária (0,1) o termo ‘digital’ neste âmbito fica normalmente restringido a tudo aquilo que se refere aos valores 0 e 1 ou a dois quaisquer valores ou estados que lhes podem estar associados. A tendência actual é para a generalização da utilização dos sinais digitais mesmo nas redes telefónicas. Isto esta a decorrer com a evolução das redes telefónicas tradicionais para a RDIS (Redes Digitais com integração de serviços). Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 8
  • 9. Dados e sinais digitais e analógicos (2/7) Em contrapartida, o termo ‘analógico’ refere-se a tudo aquilo que pode ser representado por valores contínuos e/ou trabalha com esses tipos de valores. Vamos ver em que medida estes termos se relacionam entre si e com o que nos interessa neste momento. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 9
  • 10. Dados e sinais digitais e analógicos (3/7) Os termos ‘digital’ e ‘analógico’, no contexto das comunicações de dados, podem aplicar-se a:  Dados  Sinais  Transmissões Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 10
  • 11. Dados e sinais digitais e analógicos (4/7) 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. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 11
  • 12. Dados e sinais digitais e analógicos (5/7)  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 0 1 0 1 0 Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 12
  • 13. Dados e sinais digitais e analógicos (6/7)  Dados e sinais Sinais analógicos Dados analógicos Voz Telefone Sinal analógico Dados digitais Ficheiro binário MODEM Sinal analógico Sinais digitais Dados analógicos Sinal analógico CODEC Sinal digital Dados digitais Dados digitais Transmissor digital Sinal digital Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 13
  • 14. Dados e sinais digitais e analógicos (7/7) 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 lêem o padrão de 0’s e 1’s do sinal e reenviam-no num sinal ‘limpo’ e com a energia inicial. 14 Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria
  • 15. Distorção de sinal Perda de forma do sinal durante a transmissão. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 15
  • 16. Atenuação de sinal Perda de amplitude do sinal ao longo da transmissão. Pode obrigar ao uso de repetidores para corrigir essa perda. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 16
  • 17. Transmissões simplex, half-duplex e full-duplex (1/2) 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. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 17
  • 18. Modulação em Amplitude (AM ou ASK)Neste tipo de modulação modifica-se o valor da amplitude de um sinal deacordo com o valor a codificar (0 ou 1), mantendo-se inalterada a frequência e afase.Seguidamente este sinal codificado é adicionado à portadora de transmissãoque é enviada.O receptor efectua o processo inverso recuperando a informação enviada.Esta modulação é sensível aos vários tipos de ruído obrigando à emissão demaiores potências. 0 -> valor A 1 -> valor B Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 18
  • 19. Modulação em Frequência (FM ou FSK) Neste tipo de modulação, altera-se a frequência de acordo com os valores do sinaldigital, mantendo-se inalterável a amplitude e a fase. Por exemplo, segundo o CCITT, atribui-se a frequência superior ao zero (0),alterando-se a frequência para um valor inferior quando se tiver de modular o um(1); seguidamente este sinal codificado é adicionado à portadora de transmissãoque é enviada. O receptor efectua o processo inverso recuperando a informação enviada, talcomo na modulação AM. Esta modulação resiste melhor a perturbações, tendo um bom rendimento demodulação/demodulação, assim como simplicidade na tecnologia necessária. 0 -> freq. baixa 1 -> freq. alta Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 19
  • 20. Modulação em Fase (PM ou PSK) Neste tipo de modulação é a fase da portadora que varia de acordo com astransições dos valores digitais a codificar, mantendo-se inalterável a amplitude e afrequência O sinal codificado é adicionado à portadora de transmissão que é enviada. Oreceptor efectua o processo inverso recuperando a informação enviada. Tem também um bom rendimento de modulação sofrendo baixa influência dosruídos. 00 <==> Fase de 45º 01 <==> Fase de 135º 11 <==> Fase de 225º 10 <==> Fase de 315º Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 20
  • 21. Codificação e modulação Para transmitir os bits de um computador para outro há que definir ao nível físico o formato que eles devem assumir nisso consiste a codificação. No caso em que os sinais a transmitir tenham de ser convertidos do formato digital para o formato analógico há que proceder a operações de Modulação. A operação inversa é chamada Desmodulação. Os dispositivos que realizam estas operações são conhecidos como Modems Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 21
  • 22. Multiplexação (1/3) Consiste na operação de transmitir varias comunicações diferentes ao mesmo tempo através de um único canal físico; o dispositivo que efectua este tipo de operação chama-se Multiplexador. . n entradas n saídas DEMULTIPLEXER MULTIPLEXER 1 ligação n canais Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 22
  • 23. Multiplexação (2/3)  Pode ser conseguida por multiplexação em frequência, em que cada sinal é modulado por uma portadora com frequência diferente. A largura de banda do canal tem de ser maior do que as somas das larguras de banda dos vários canais. Emissor 1 Canal 1 (f1) M Receptor 1 M Emissor 2 U Canal 2 (f2) U Receptor 2 X Canal 3 (f3) X Receptor 3 Emissor 3 Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 23
  • 24. Multiplexação (3/3)  Pode ser conseguida por multiplexação por divisão no tempo, através de diferentes algoritmos, mas todos com uma base comum: a de, durante uma fatia de tempo, a largura de banda do meio de transmissão estar ocupada por uma dada transmissão. C C C C C C C C C Emissor 1 a a a a a a a a a M Receptor 1 M n n n n n n n n n Emissor 2 U a a a a a a a a a U Receptor 2 X l l l l l l l l l X Receptor 3 Emissor 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 24
  • 25. Transmissões síncronas e assíncronas (1/2) Síncrona Que ocorre a intervalos regulares entre o emissor e o receptor. Existe uma linha comum entre ambos pela qual corre um sinal de relógio digital, que assim coloca ambos em sintonia. É a norma para redes locais. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 25
  • 26. Transmissões síncronas e assíncronas (2/2) Assíncrona Que não é sincronizada; obriga a que cada pacote de dados se identifique e assinale o seu início e fim. Usa-se nas ligações entre dois computadores através de um cabo série ou na ligação a terminais. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 26
  • 27. …:::Definição:::…O decibel (dB) é uma medida da razão entre duas quantidades, sendo usado para uma grande variedade demedições em acústica, física e electrónica. O decibel é muito usado na medida da intensidade dos sons. …:::Ilustração:::… …:::Unidade de medida:::… O decibel é uma unidade adimensional, logo não tem unidade de medida. 27 Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria
  • 28. …:::Definição:::…Bitrate significa taxa de bits ou taxa de transferência de bits.Nas telecomunicações e na computação, o bitrate é o número de bits convertidos ou processados por unidade de tempo. …:::Ilustração:::... …:::Unidades de Medida:::… O bitrate é medido em bits por segundo (bps ou b/s), muitas vezes utilizado em conjunto com um prefixo SI , como kbps, Mbps, Gbps, etc. De acordo com o seguinte: •1.000 bps = 1 kbps (1 kilobit ou mil bits por segundo) •1.000.000 bps = 1 Mbps (1 megabit ou 1 milhão de bits por segundo) •1.000.000.000 bps = 1 Gbps (1 gigabit ou mil milhões de bits por segundo) Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 28
  • 29. …:::Definição:::…A largura de banda é um conceito central em diversos campos de conhecimento, incluindo teoria da informação,rádio, processamento de sinais, electrónica e espectroscopia. Em rádio a comunicação corresponde à faixa defrequência ocupada pelo sinal modulado. Em electrónica normalmente corresponde à faixa de frequência na qualum sistema tem uma resposta em frequência aproximadamente plana. …:::Ilustração:::… …:::Unidades de Medida:::… Largura de banda é a medida da faixa de frequência, em hertz, de um sistema ou sinal. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 29
  • 30. Classificação dos códigos de transmissão(1/3)Os códigos de transmissão podem classificar-se de vários pontos de vista:» Polaridade:– Códigos Unipolares - os impulsos têm uma única polaridade; em códigosbinários os dois estados são representados por um impulso e pela ausência deimpulso– Códigos Polares - os impulsos apresentam polaridade positiva e negativa,podendo ainda um estado ser representado pela ausência de impulso Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 30
  • 31. Classificação dos Códigos de Transmissão (2/3)Binário NRZ (Non Return to Zero) » NRZ-L (Non Return to Zero - Level) – Usa dois níveis de sinal para representar 0 e 1 (codificação absoluta) – O nível do sinal permanece constante durante o intervalo de um bit » NRZ-I (Non Return to Zero - Inverted) – Mudança de nível representa 1 – Codificação diferencial Imune a inversões de polaridade Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 31
  • 32. Classificação dos Códigos de Transmissão (3/3) Bifásicos♦ Manchester» Transição no meio de cada bit– 1: transição ascendente– 0: transição descendente♦ Manchester Diferencial» Transição no meio de cada bit» Diferencial– 0: transição no início do bit– 1: ausência de transição no início do bit Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 32
  • 33. TÉCNICAS DE DETECÇÃO E CORRECÇÃO DE ERROSDETECÇÃO DE ERROSDetecção de erros é a capacidade de detectar erros causados por ruído ou outras causasdurante a transmissão de um emissor para um receptor.CORRECÇÃO DE ERROSCorrecção de erros, para além da detecção do erro, permite a sua correcção. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 33
  • 34. CORRECÇÃO DE ERROSIMPLEMENTAÇÃOHá duas formas de implementar um sistema de correcção de erros:* Pedido Automático de Repetição ou ARQ (Automatic repeat request[1]):O transmissor envia os dados e um código de detecção de erros, que permite que o receptordetecte a existência de erros.Se não encontrar erros, envia uma mensagem (um ACK, ou seja, aviso de recepção) ao emissor.Se o emissor não receber o ACK, então é porque a mensagem continha erros e é automaticamentere-transmitida.* Correcção Adiantada de erros ou FEC (Forward error correction[2]):O emissor codifica os dados com um código de correcção de erros e envia a mensagem.O receptor descodifica a mensagem que recebe para a forma "mais provável" ou seja, os códigossão implementados de forma a que a quantidade fosse necessária uma quantidade de ruído"improvável" para que a mensagem chegasse errada ao receptor. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 34
  • 35. Paridade de CaractereEsta técnica consiste em acrescentar um bit extra ao caractere, isto é, empregaa técnica de paridade que pode ser paridade par ou paridade ímparAlém dos oito bits de caráctere que são gerados, a estação transmissoraadiciona um bit de paridade para cada carácter e a soma desses nove bits deverámanter-se sempre ímpar ou par, dependendo da técnica de paridadeempregada.Exemplos:Paridade Par: Carácter Bit de Paridade Sequência a Transmitir 1000100 0 10001000 1110000 1 11100001Paridade Ímpar: Carácter Bit de Paridade Sequência a Transmitir 1000100 1 10001001 1110000 0 11100000 Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 35
  • 36. O equipamento transmissor calcula o bit de paridade para cada caracteretransmitido.O receptor calcula um novo bit de paridade em cima dos bits recebidos ecompara este bit com aquele enviado pelo transmissor.Se forem iguais, a transmissão é considerada correcta; se não; haveránecessidade de retransmissão do carácter.Caso haja um número par de bits com erro, esta técnica não conseguedetectar, pois a verificação de bits "1"s do caractere recebido permanecerápar ou ímpar, de acordo com o método, satisfazendo ao método do bit deparidade. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 36
  • 37. CRC - CYCLIC REDUNDANCY CHECKINGO método CRC (Cyclic Redundancy Checking), embora use uma técnica maiscomplexa, é bem mais eficiente que os anteriores.A técnica de verificação cíclica é executada por ambas as estações transmissorae receptora e consiste na divisão de todos os bits de um bloco por um valorbinário constante (polinómio gerador).O quociente é desprezado e o resto desta operação será o carácter deverificação que será transmitido.O CRC, também conhecido como método de detecção polinomial, é umprocesso de verificação de erros sofisticado que os anteriores, permitindo quese detecte praticamente a ocorrência de qualquer grupo de erros. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 37
  • 38. Na transmissão1º - Os dados de informação a serem transmitidos são transformados numpolinómio D(x), em função dos “0"s e "1"s.2º - Ao polinómio D(x) será adicionado no fim; o mesmo número de zeros quantoo grau do polinómio gerador G(x).3º - Fazemos a divisão do polinómio D(x) por G(x).4º - O resto desta divisão R(x) será adicionado no fim da transmissão de D(x).Na recepção1º - Os dados recebidos serão divididos pelo mesmo polinómio gerador G(x).2º - Se o resto desta divisão for igual a zero, significa que não houve erros natransmissão; caso contrário, foi detectado erro na transmissão, sendo necessárioa retransmissão da informação enviada anteriormente. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 38
  • 39. Exemplo:D(x)=x7+x5+ x4+x2+x1 , ou seja: 10110110G(x)= x4+ x3+x0 , ou seja: 11001Polinómio de 4º grau temos que adicionar 4 bits 0 a D(x)Caso o receptor tivesse recebido a seguinte mensagem 101101110111, a divisãopelo polinómio gerador não daria zero, como tal iria pedir a retransmissãoda mensagemChecksumO checksum de uma mensagem é uma soma aritmética de certoscomponentes da mensagem - por exemplo a soma de todos os bytes que acompõem.Esta soma é enviada pelo emissor e recalculada no receptor, para sercomparada com a soma enviada. Se não forem coincidentes, indica quehouve um erro na transmissão. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 39
  • 40. Compressão de Dados Versus Compactação de Dados São dois processos distintos Compressão: reduz a quantidade de bits para representar algum dado Compactação: união de dados que não estejam unidos.  Ex.: Desfragmentação de discos Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 40
  • 41. Compressão de Dados A compressão de dados, como o próprio nome sugere, é o acto de comprimir dados Comprimir algo é torná-lo menor, através de algum algoritmo de compressão, reduzindo a quantidade de bits para se representar um dado Comprimir dados destina-se também a retirar a redundância, baseando-se que muitos dados contém informações redundantes que podem ou precisam ser eliminadas de alguma forma  Ex. A sequência ‘AAAAAA’, que ocupa 6 bytes, poderia ser comprimida para ‘6A’, que ocupa 2 bytes Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 41
  • 42. Razão de Compressão Uma das formas de se verificar a eficiência de um algoritmo é através da razão de compressão Ela é definida pela porcentagem que o arquivo comprimido representa em relação ao tamanho do arquivo não comprimido. Exemplo: se o arquivo não comprimido possui 100 bytes e o arquivo comprimido resultante possui 30 bytes, então a razão de compressão é de 30%, ou 10:3 Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 42
  • 43. Tipos de Compressão Existem dois tipos de compressão:  Compressão sem perda de dados  Compressão com perda de dados Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 43
  • 44. Compressão sem Perda de Dados Definida como uma operação sem perdas de nenhum dado A informação é comprimida através de um algoritmo e, ao descomprimir, todas as informações são recuperadas Exemplo típico: ficheiros bzip, gzip, .gz Os mais conhecidos são o .zip ou .rar. Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 44
  • 45. Compressão sem Perda de Dados Ela é usada quando é importante que a informação original e a descompactada sejam idênticas  Ex.: executáveis e documentos texto E com relação às imagens?  Alguns formatos usam apenas esse tipo. Ex. PNG e GIF*  Outros formatos usam ambos. Ex.: TIFF e MNG  Outros formatos usam algoritmos com perdas. Ex.: .jpeg Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 45
  • 46. Técnicas de Compressão sem Perda de Dados Antes de se utilizar a técnicas de compressão, é necessário saber qual o tipo de informação que será compactada  Texto  Imagens  Sons Algoritmos de compressão de textos não são eficientes na compressão de sons Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 46
  • 47. Compressão com Perda de Dados Definido como operação que admite alguma perda de qualidade dos dados A informação é comprimida por algum algoritmo e, ao descomprimir, a informação é diferente da original, mas suficientemente parecida para que seja útil Exemplo típico: a maioria das imagens .jpg na internet em que se percebe uma diminuição da qualidade próximo das margens ou trocas de cor na imagem Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 47
  • 48. Compressão com Perda de Dados A compressão com perda consegue uma dimensão menor em disco Possui, porém, uma qualidade mínima com relação ao original Usada habitualmente em sons, vídeos e imagens, principalmente na troca de informações pela internet  Vídeos podem ser comprimidos numa razão de 300:1, perdas imperceptíveis ao ouvido humano;  Sons e imagens são comprimidos numa razão 10:1, mas imagem tem a qualidade afectada Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 48
  • 49. Exemplo de Compressão com PerdaImagem Imagem Mesma ImagemOriginal (12KB) Comprimida (85% Altamente Comprimida menos informação, (96% menos informação, 1.8KB) 0.56KB) Redes de Comunicação - Módulo 1 - 2011-12 ESML - Prof. João Faria 49