Apostila 400pag Com Rodape

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Apostila de Redes Professor Amarildo

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Apostila 400pag Com Rodape

  1. 1. Redes de Computadores 1
  2. 2. Capítulo 1 - Sistemas de Comunicação de Dados Códigos Meios de Transmissão Características da Transmissão Modos de Transmissão Tipos de Transmissão Controle de Erros na Transmissão 2
  3. 3. Bits e Bytes Os bits são dígitos binários; eles são 0s ou 1s.Exemplo: 0 binário pode ser representado em meio elétrico por 0 volts de eletricidade e com sinais ópticos, o binário 0 seria codificado como intensidade baixa, ou sem luz (escuridão). 1 binário pode ser representado em meio elétrico por +5 volts de eletricidade e com sinais ópticos, o binário 1 seria codificado como uma intensidade de luz mais alta (brilho), ou outros padrões mais complexos. 1 Byte = 8 bits, 1 KByte = 8Kbits, 1MByte = 8 Mbits, 1GB = 8Gbits Para transformar de Byte para bits basta multiplicar por 8 e para converter de bits para Bytes basta dividir por 8. kilobit, megabit e gigabit geralmente é utilizado em transmissão de dados, kilobyte, megabyte e gigabyte geralmente é utilizado em meios de armazenamento 3
  4. 4. Base 2 - Binário 4
  5. 5. Base 2 - Binário Apenas dois símbolos – 0 e 1 Os computadores reconhecem e processam os dados usando o sistema de numeração binário A posição, ou lugar, de cada dígito representa o número 2 – o número de base – elevado a uma potência (exponente), baseado na sua posição Exemplo: 10110 = (1 x 24 = 16) + (0 x 23 = 0) + (1 x 22 =4) + (1 x 21 = 2) + (0 x 20 = 0) = 22 (16 + 0 + 4 + 2 + 0) 5
  6. 6. Sistemas de Comunicação de Dados Sistemas de Comunicação Exemplos de Comunicação O que existe em comum nestas comunicações ? Internet As comunicações têm ocupado um grande espaço na vida dohomem desde o início de sua existência. Pode-se afirmar, com certeza, que aciência das comunicações tem coexistido com o homem e que somente anecessidade de evolução tem permitido o desenvolvimento da ciência dascomunicações. A comunicação é uma parte muito importante do cotidiano denossas vidas. Pode-se dizer que o homem desde os seus primórdios não tem feitooutra coisa, se não, utilizar a comunicação todos os dias de sua vida. Existem várias formas possíveis para se realizar umacomunicação. Dentre os exemplos mais comuns da comunicação, podemos ter: Uma conversação entre duas pessoas, frente a frente. Através da leitura de um livro. Uma conversação telefônica. 6
  7. 7. Observando obras de arte. Assistindo a um filme no cinema Assistindo à TV. Etc Poderíamos citar vários outros exemplos de tipos de comunicação,porém vamos citar apenas mais um, que é a base principal do objetivo destecurso: a Comunicação de Dados. 7
  8. 8. Sistemas de Comunicação de Dados Sistemas de Comunicação Fonte Meio de Transmissão Destino Mensagem A característica comum entre todos os tipos de comunicação é: “Atransferência de Informação entre um ponto e outro.” E para que exista umaperfeita transferência de informação entre dois pontos, são necessários trêselementos básicos conforme mostrado a seguir: Fonte; Meio de Transmissão; Destino. A fonte gera a mensagem e a coloca no meio de transmissão, quepor sua vez transporta a mesma até o destino. Estes elementos são osrequerimentos mínimos para a efetivação da comunicação, e a ausência dequalquer um deles impede que o processo se realize. Parece natural a afirmação de que a mensagem é o principalcomponente para o processo de comunicação. Assim, devemos garantir, nadefinição do sistema de comunicação, que a mensagem possa ser transmitida semsofrer modificações que comprometam o seu conteúdo. 8
  9. 9. Sistemas de Comunicação de Dados Sistemas de Comunicação Fonte Codificador Emissor Ruído Informação Meio Digital de Informação Transmissão Digital ou Analógica (Informação representada por um conjunto de bits) Receptor Decodificador Destino Canal de Informação Comunicação Digital A Comunicação de Dados pode ser definida como a transmissãode informações na forma digital (binário) de uma fonte para um destino. Assim,mais uma vez temos a presença dos três elementos básicos: fonte, meio detransmissão e destino. No transmissor (fonte) e no destino as informações sãodigitais, já no meio de transmissão a informação pode ser digital ou analógica. Em qualquer sistema de comunicação podemos ter a ocorrência deinterferências durante o processo de transmissão, resultando numa modificaçãoda mensagem. Qualquer distúrbio indesejável no sistema é denominado ruído. Nosistema de comunicação de dados a presença do ruído pode vir a modificar opadrão transmitido, acarretando em um erro na mensagem. Assim, dependendodo sistema, devemos ter alguma forma de detectar e/ou corrigir estes erros. Havíamos dito que um sistema de comunicação de dados écomposto de no mínimo três elementos básicos (fonte, meio de transmissão edestino). Entretanto, na maioria dos sistemas, esses elementos não são suficientespara garantir a transmissão das mensagens de forma aceitável. A seguirdescrevemos os vários elementos que podem compor um sistema de comunicaçãode dados: 9
  10. 10. Fonte: produz a informação na forma de símbolos (ex. A, B, C). Destino: para quem a informação é dirigida. Codificador: transforma a informação para uma forma que possa sertransmitida no canal. (exemplo: caracter 9 para o sinal digital 0011 1001). Decodificador: recupera o símbolo original da informação. Emissor: entrega um sinal de energia adequada ao meio. (Exemplo:modulador). Meio: propaga a energia entregue pelo emissor até o receptor. Receptor: retira a energia do meio e recupera o código transmitido (Exemplo:demodulador). Ruído: fator inerente ao meio de comunicação. Canal: transporta os símbolos e a informação associada da fonte ao destino. Devemos ressaltar que, muitas vezes, temos um únicoequipamento realizando a função de várias partes descritas acima e, ainda, podehaver inversão de algumas parte (por exemplo, o emissor pode funcionar comoreceptor durante parte da comunicação). 10
  11. 11. Sistemas de Comunicação de Dados Sistemas de Comunicação A associação dos elementos básicos do sistema pode ser feita devárias formas, denominadas Redes de Comunicação. Uma rede de comunicação de dados pode ser tão simples quantodois computadores pessoais interligados entre si, ou através da Rede Pública deTelefonia, ou tão complexa quanto um ou mais MainFrames (computador degrande porte, com grande capacidade de processamento e armazenamento deinformações) conectados a centenas de terminais remotos de várias formaspossíveis. 11
  12. 12. Sistemas de Comunicação de Dados Códigos de Transmissão Canal de Fonte Codificador Comunicação Decodificador Destino Códigos de Comunicação de Dados: Sistema Binário ( 0 e 1 ) Caracteres do Código: representado por n Bits com n Bits: 2n = x combinações Exemplo: 5 Código com caracteres de 5 bits = 2 = 32 caracteres diferentes 8 Código com caracteres de 8 bits = 2 = 256 caracteres diferentes Para tratar uma informação (mensagem) durante umacomunicação de dados, é necessário transformar a informação em conjunto debits, que possam ser interpretados corretamente. Portanto, podemos dizer que acaracterística dos Sistemas de Comunicação de Dados, está baseada natransmissão de informação (letras, números ou símbolos) de um ponto ao outro. As pessoas, para se comunicarem, precisam falar e entender omesmo idioma, ou as informações (mensagens) não serão corretamentecompreendidas. As máquinas, por sua vez, também necessitam de umalinguagem comum para se comunicarem. Esta linguagem pode ser definida comosendo o grupo de caracteres (representação codificada de um número, letra ousímbolo) ou símbolos representativos, combinados segundo regras específicas detal modo que possa existir apenas uma única interpretação. Quanto aos caracteres, podemos dividi-los em quatro grupos:Alfabético: A, B, C, D, ........Numérico: 0, 1, 2, 3, ......Símbolos: ?, !, /, $, ........Controle: Formato, Informação, Transmissão, ....... 12
  13. 13. As diferentes combinações de estados lógicos (0, 1) para umaquantidade “determinada de bits” (5, 8, etc) é o que vai determinar os diferentescaracteres segundo a regra admitida pelo código. Os diversos códigos existentesvariam quanto à quantidade de bits: 4 a 12 bits. Como a essência dos códigos é sempre função de base dois(binário), podemos afirmar que a quantidade de bits usados determinará aquantidade de combinações possíveis e, conseqüentemente, a quantidade decaracteres codificáveis. 13
  14. 14. Sistemas de Comunicação de Dados Códigos de Transmissão: Código ASCII O código ASCII (American Standard Code for InformationInterchange) é um código de 8 bits (7 bits de informação + 1 bit de paridade), e éo código mais utilizado em comunicação de dados. Em todo mundo, existe umnúmero de versões para o código ASCII, que com pequenas alterações, podemosdizer que é o mesmo. O CCITT padronizou este código como CCITT AlfabetoInternacional No. 5. Os 7 bits de informação deste código permitem 128 combinações,como mostrado na tabela ASCII. Do conjunto de 128 caracteres mostrados,existem os caracteres alfabéticos, os numéricos, os símbolos e 32 caracteres decontrole. Estes caracteres de controle estão divididos em 4 classes: Controle deTransmissão, Controle de Formato, Controle de Dispositivos e Separador deInformações. Uma variação do código ASCII, comumente chamado “ASCIIEstendido”, obteve uma ampla aceitação com a introdução dos computadorespessoais IBM-PC. Estes reconhecem o código ASCII com 8 bits, onde os seteprimeiros formam o ASCII padrão CCITT e o oitavo bit estende o código paraum conjunto adicional de 128 caracteres. Esta extensão torna possível autilização de caracteres com acentuação, indicadores de impressão, caracterespara desenho de linhas, etc. 14
  15. 15. Sistemas de Comunicação de Dados Códigos de Transmissão Código Baudot: • Código de 5 bits: 32 caracteres • Mais utilizado em redes Telex Código EBCDIC: • Código de 8 bits: 256 caracteres • Mais utilizado em antigos Mainframes O código Baudot, também é conhecido como código Murray. OComitê Consultivo Internacional de Telefonia e Telegrafia – CCITT, responsávelpelos padrões na área de telecomunicações padronizou o código Baudot, comoCCITT Alfabeto Internacional No. 2. A rede mundial de Telex adotou estecódigo, e muitas vezes a sua denominação passou a ser conhecida como códigoTelex. O código Baudot tem 5 bits, os quais podem representar até 32 caracteres,permitindo a representação de caracteres alfabéticos e numéricos. Outro código existente é o EBCDIC (Extended Binary CodedDecimal Interchange Code), um código de 8 bits, desenvolvido pela IBM e usadoextensivamente em MainFrames IBM. 15
  16. 16. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão Determina: • Quantidade de informação a ser transmitida > Freqüência > Atenuação • Velocidade de transmissão > Distorção • Distância máxima sem perdas Fatores de escolha do Meio de Transmissão: • Custo • Banda passante (ou velocidade máxima) • Imunidade a ruído e confiabilidade • Limitação geográfica devido à atenuação característica do meio Como vimos anteriormente, em um sistema de comunicação dedados a informação pode se apresentar no meio de transmissão na forma digitalou analógica. Via de regra, são as características do meio de transmissão que irãodefinir se as características originais do sinal a ser transmitido devem seralteradas de modo a torná-lo compatível com o meio utilizado. Os meios de transmissão servem para levar a informação daorigem ao destino no processo de comunicação de dados, determinando aquantidade de informação que pode ser transmitida em certo intervalo de tempo etambém a distância máxima que a informação pode percorrer na rede semrepetidores. A quantidade de informação está relacionada diretamente com afreqüência dos sinais elétricos codificados, e quanto maior a freqüência, maior éa atenuação e a distorção dos sinais. A atenuação é uma perda de potência devidoà dissipação dos sinais no meio, e a distorção é uma deformação na forma deonda devido à diferença de velocidade com que se propagam as diferentescomponentes de freqüência do sinal original. Se estes fatores ultrapassaremcertos limites, o sinal é irrecuperável no receptor, provocando perda deinformação na transmissão. 16
  17. 17. Existem vários protocolos (regras) para efetuar a comunicaçãoutilizando como suporte os meios físicos, e o objetivo deste capítulo é mostrar asparticularidades de cada um dos mais utilizados atualmente. As principais particularidades abordadas são as seguintes: Custo; Banda passante (ou velocidade máxima); Imunidade a ruído e confiabilidade; Limitação geográfica devido à atenuação característica do meio. Estas particularidades são muito importantes para a escolha domeio de transmissão adequado à determinada aplicação, além de influenciar nocusto do sistema. Os meios físicos abordados são os seguintes: meio magnético, partrançado, cabo coaxial, fibra ótica e o ar (ondas de rádio e via satélite). 17
  18. 18. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Magnético Meio Magnético Uma das formas mais comuns para transportar dados de um pontoa outro consiste em gravar as informações em um disquete ou fita magnética,colocar a bordo de um carro ou outro meio de transporte, levar para o outro pontoe recuperar lá as informações, sem a necessidade de um canal de transmissão dedados entre os pontos fonte e destino. Normalmente esta não é a solução mais rápida e eficiente para atransmissão, pois existem muitas aplicações que não suportam este tipo decomunicação (imagine o sistema bancário baseado neste tipo de comunicação). 18
  19. 19. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Par Trançado Vantagens: • Fácil instalação • Baixo custo • Instalação flexível Par Trançado Desvantagens: sem Blindagem (UTP) • Fácil instalação • Baixo custo Categorias: • Comprimento máximo aproximado: 100 m 3: até 10 Mbps 4: até 16 Mbps • Pouca imunidade a ruídos 5: até 100 Mbps Par Trançado O par trançado é a mais antiga e também a mais popular forma demeio físico para transmissão de dados. Normalmente os dois fios são trançadospara reduzir a interferência elétrica entre pares próximos (dois fios em paraleloconstituem uma antena simples, enquanto que um par trançado não). Os pares de fios trançados foram padronizados pela EIA(Electronics Industries Association), a TIA (Telecommunications IndustryAssociation) e a NEMA (National Electrical Manufacturers Association), quedeterminaram uma divisão em cinco graduações. 19
  20. 20. O par trançado é largamente utilizado devido a certos fatores,entre eles pode-se citar o preço baixo e seu uso disseminado no sistematelefônico. O principal problema deste tipo de meio físico é suasuscetibilidade a influências externas, como por exemplo raios, descargaselétricas e campos magnéticos (como o gerado por motores), causando ruídos eperda de informação. Além disto, o par trançado sofre problemas de atenuação(que é maior a medida que aumenta a freqüência da transmissão), necessitando derepetidores para distâncias acima de alguns quilômetros. Os fatores citados acimasão diminuídos em pares trançado de mais alta qualidade, que possuem um cabomelhor e um enrolamento mais acentuado, evitando maiores interferências. Um cabo de par trançado não blindado classe 5 possui uma finacamada metálica envolvendo-o, evitando ainda mais a interferênciaeletromagnética e atingindo maiores velocidades. A tabela a seguir mostraalgumas velocidades típicas para pares trançados não blindados (UTP -Unshielded Twisted Pair). As taxas de transmissão mencionadas na tabela sãopara distâncias de no máximo 100 metros. Categoria 1 Não adequado para redes locais Categoria 2 Característica de transmissão até 1 MHz Categoria 3 Característica de transmissão até 16 MHz Utilizado tipicamenteem 10 MHz Categoria 4 Característica de transmissão até 20 MHz Utilizado tipicamenteem 16 MHz Categoria 5 Característica de transmissão até 100 MHz Utilizado tipicamenteem taxas de 100 MHz 20
  21. 21. Sistemas de Comunicação de DadosMeios de Transmissão: Par Trançado (UTP) Características: • É trançado para reduzir o efeito de diafonia • Diâmetro externo pequeno => fácil instalação • Baixo custo • Comprimento máximo: aproximadamente 100 m • Pouca imunidade a ruídos • Taxas de transmissão de até 100 Mbps 21
  22. 22. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Par Trançado (UTP) O principal problema deste tipo de meio físico é suasuscetibilidade a influências externas, como por exemplo raios, descargaselétricas e campos magnéticos (como o gerado por motores), causando ruídos eperda de informação. Além disto, o par trançado sofre problemas de atenuação(que é maior a medida que aumenta a freqüência da transmissão), necessitando derepetidores para distâncias acima de alguns quilômetros. Os fatores citados acima são diminuídos em pares trançado demais alta qualidade, que possuem um cabo melhor e um enrolamento maisacentuado, evitando maiores interferências. 22
  23. 23. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Par Trançado (STP) Características: Blindagem deve ser aterrada • É trançado para reduzir o efeito de diafonia • Possui blindagem => maior imunidade a ruídos • Diâmetro externo grande • Aterramento da blindagem difícil instalação • Alto custo •Comprimento máximo: aproximadamente 100 m • Boa imunidade a ruídos Existem ainda os pares trançados blindados (STP - ShieldedTwisted Pair), que possuem uma blindagem envolvendo cada par trançado dentrodo cabo. Este tipo de cabo é confeccionado industrialmente com impedânciacaracterística de 100 ou de 150 Ohms, podendo alcançar taxas de transmissão de100 Mbps em 100 metros de cabo. 23
  24. 24. Sistemas de Comunicação de Dados Padrão de Cabos de Pares Trançados (EIA/TIA-568) Categoria 1 cabo de fios não trançados. Capacidade de transmissão de até 1 Mbps. Categoria 2 cabo de pares trançados. Capacidade de transmissão de até 1 Mbps. Categoria 3 cabo de pares trançados. Capacidade de transmissão de até 16 Mbps. Categoria 4 cabo de pares trançados. Capacidade de transmissão de até 20 Mbps. Categoria 5 cabo de pares trançados. Capacidade de transmissão de até 100 Mbps. Nos cabos categorias 3, 4 e 5, o número mínimo é de 9 tranças pormetro, e estas nunca podem repetir o mesmo padrão de trança no cabo (entrepares), reduzindo o fenômeno de linha cruzada. 24
  25. 25. Sistemas de Comunicação de DadosPadrão de Cabos de Pares Trançados (EIA/TIA-568) 25
  26. 26. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Cabo Coaxial Vantagens: • Fácil instalação • Baixo custo • Comprimento máximo aproximado: 200 m • Grande imunidade a ruídos Cabo Coaxial fino (50 ) Desvantagens: • Difícil manipulação • Facilidade de mau contato Cabo Coaxial grosso (75 ) Cabo Coaxial O cabo coaxial é constituído de um condutor interno circundadopor uma malha condutora externa, tendo entre ambos um dielétrico que os separa. O cabo coaxial, ao contrário do par trançado, mantém umacapacitância constante e baixa, teoricamente independente do comprimento docabo. Este fator faz com que os cabos coaxiais possam suportar velocidades maiselevadas que o par trançado, devido a sua excelente isolação a ruídos externos ediafonia e também o fato de suas características elétricas serem menosdependente da freqüência, especialmente se comparado aos pares trançados. Existem dois tipos de cabo coaxial: o primeiro tipo é de 50 Ohms,usado para transmissão digital em banda básica. O outro tipo é de 75 Ohms e éutilizado tipicamente para TV a cabo e redes de banda larga. 26
  27. 27. A forma de construção do cabo coaxial (com a blindagem externa)proporciona uma alta imunidade a ruído. Sua velocidade de transmissão podechegar a 10 Mbps em distâncias de um quilômetro. Maiores velocidades podemser obtidas com cabos mais curtos. Um problema em relação ao cabo coaxial é o seu preço. Sendobem mais caro que o par trançado não oferece uma vantagem significativa emtermos de velocidade. É por este motivo que analistas de mercado dizem que ocabo coaxial está condenado em transmissão digital, pois o par trançado podefazer tudo o que o cabo coaxial faz e com preço bem menor. 27
  28. 28. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Cabo Coaxial Fino Características: • Possui blindagem => maior imunidade a ruídos • Fácil instalação • Montagem sensível a mal contatos (conectores) • Baixo custo • Taxas de transmissão de até 10 Mbps • Comprimento Máximo: aproximadamente. 200 m O cabo coaxial, ao contrário do par trançado, mantém umacapacitância constante e baixa, teoricamente independente do comprimento docabo. Este fator faz com que os cabos coaxiais possam suportar velocidades maiselevadas que o par trançado, devido a sua excelente isolação a ruídos externos ediafonia e também o fato de suas características elétricas serem menosdependente da freqüência. A forma de construção do cabo coaxial (com a blindagem externa)proporciona uma alta imunidade a ruído. Sua velocidade de transmissão podechegar a 10 Mbps em distâncias de um quilômetro. Maiores velocidades podemser obtidas com cabos mais curtos. Um problema em relação ao cabo coaxial é o seu preço. Sendobem mais caro que o par trançado não oferece uma vantagem significativa emtermos de velocidade. É por este motivo que analistas de mercado dizem que ocabo coaxial está condenado em transmissão digital, pois o par trançado podefazer tudo o que o cabo coaxial faz e com preço bem menor. 28
  29. 29. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Cabo Coaxial Fino Blindagem de Cobre trançado Capa Externa Isolação de Plástico Condutor de Cobre A figura ilustra um pedaço de cabo coaxial fino de 50 Ohms sem oconector BNC e depois com o conector montado. 29
  30. 30. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Cabo Coaxial Grosso Características: • Possui blindagem => maior imunidade a ruídos • Diâmetro externo grande => difícil instalação • Montagem sensível a mal contatos (conectores) • Médio custo • Comprimento máximo: 500 m Outro tipo de cabo coaxial é o cabo coaxial grosso cujascaracterísticas são semelhantes ao do coaxial fino, porém devido ao diâmetroexterno ser maior ele se torna mais rígido; portanto o manuseio deste tipo de cabocoaxial é mais difícil. 30
  31. 31. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Fibras Ópticas Vantagens: • Altas taxas de transferência (1 Gbps) • Isolamento elétrico (imune a ruídos) • Comprimento máximo: • monomodo até 100 Km • multimodo até 20 Km Fibra Óptica Desvantagens: • Alto custo dos equipamentos • Difícil instalação • Quebra com facilidade Fibra Óptica • Difícil de ser remendado Fibras Ópticas A fibra ótica, apesar de possuir um custo mais elevado que osoutros tipos de meios físicos, tem várias vantagens, como por exemplo o baixoíndice de atenuação do sinal e baixa influência de ruídos externos, tornando atransmissão mais confiável, e grande velocidade de transmissão de dados. Um sistema de comunicação utilizando fibras ópticas possui trêscomponentes principais: o meio de transmissão, o transmissor e o receptor. Omeio de transmissão mais utilizado é a sílica. Outros meios podem ser utilizados,como a fibra de vidro e o plástico. O plástico é mais barato, mas possui taxas deatenuação mais elevadas. Ao redor do filamento (núcleo), existem outrassubstâncias de menor índice de refração, que fazem com que os raios sejamrefletidos internamente, minimizando assim as perdas na transmissão. Otransmissor pode ser um LED (Light Emitting Diode) ou um diodo laser, ambosemitem luz quando recebem um pulso elétrico. O receptor é um fotodiodo, quegera um pulso elétrico quando a luz incide sobre ele. Existem três tipos de fibra ótica: as multimodo degrau, asmultimodo com índice gradual e as monomodo. 31
  32. 32. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Fibras Ópticas 125 µm 9 µm Monomodo 140 µm 100 µm Multimodo Degrau 125 µm 50 µm Multimodo com Índice Gradual As fibras multimodo degrau são mais simples e foram as primeirasa serem produzidas. O funcionamento destas fibras é baseado no fenômeno darefração interna total, sendo que existe uma mudança abrupta de índice derefração entre núcleo e casca. O termo degrau vem da existência destadescontinuidade de índice de refração na fronteira entre o núcleo e a casca dafibra. A qualificação multimodo refere-se à possibilidade de que vários feixes emdiferentes ângulos de incidência se propaguem pela fibra através de diferentescaminhos. Nas fibras multimodo degrau, o fenômeno da dispersão modal éum dos maiores limitantes da velocidade. A dispersão modal refere-se ao fato deque diferentes raios de um pulso de luz se propagarão por diferentes caminhos aolongo da fibra, fazendo com que o momento de chegada destes raios se espalhemno tempo. Assim, é possível que seja observada uma interferência entre pulsosconsecutivos. Em fibras multimodo de índice gradual, ao invés de uma mudançaabrupta de índice de refração entre núcleo e casca, este índice vai diminuindogradualmente de forma contínua, conforme mostra a figura a seguir. Dependendodo ângulo de incidência, os raios sofrerão uma refração que aumentará os seusângulos em relação à normal. Os ângulos, gradativamente, 32
  33. 33. atingirão o ângulo crítico, quando então serão refletidos, percorrendo o caminhoinverso em direção ao eixo central do núcleo, passando por sucessivas refraçõesque diminuirão cada vez mais os ângulos em relação à normal, repetindo oprocesso. Como índices de refração menores significam maiores velocidades depropagação do sinal, os raios que se afastam mais do eixo central do núcleo,apesar de percorrerem distâncias maiores, adquirem maiores velocidades nestaspartes mais externas. Os fatores distância percorrida e velocidade de propagaçãose compensam de tal forma que os raios apresentam os mesmos tempos depropagação, evitando o problema da dispersão modal. Fibras monomodo requerem diodos a laser (mais caros) paraenviar a luz ao invés dos LEDs (baratos), mas são mais eficientes e podem atingirmaiores distâncias. A idéia é que o diâmetro do núcleo seja tão pequeno queapenas um raio de luz seja transmitido. Sistemas atuais de fibras óticas podem transmitir dados a 1000Mbps por 1 Km. Taxas mais elevadas foram conseguidas em laboratórios paradistâncias mais curtas. Outros experimentos mostram que laser potentes podemenviar mensagens através de fibras óticas por 100 Km sem a necessidade derepetidores, porém, com velocidades baixas. A fibra óptica vem sendo cada vez mais utilizada tanto emsistemas de comunicações a longa distância quanto em sistemas de redes locaisde computadores. Esta utilização crescente se deve a uma série de vantagensapresentadas pela fibra, tais como: grande largura de faixa, pequenas atenuaçõese imunidade a interferências. Um problema na utilização de fibras óticas em redes locais é adificuldade de interromper a fibra para inserir um nó (computador) intermediário.Isto fatalmente acarreta perda de luz. Métodos para eliminar isto sãodispendiosos, pois a cada nó é necessário a inserção de um receptor e um novotransmissor. 33
  34. 34. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Fibras Ópticas A figura ilustra um pedaço de fibra óptica multimodo, com núcleode 62.5 µm (micro metro) e uma espessura externa da casca de 125 µm (micrometro). A figura mostra também o cabo de fibra com o conector. 34
  35. 35. Sistemas de Comunicação de DadosMeios de Transmissão: Via Rádio Link Externo (WIRELESS WAN) 2,4 GHz 2-11 Mbps até 10 km aproximadamente 35
  36. 36. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Via Rádio Área de cobertura da Rede Interna Wireless LAN (Raio de ação)Ambiente Características Distância (m)Escritório aberto Sem divisórias 200-250Escritório Divisórias 50-70semi-aberto meia-alturaEscritório Paredes 30-40fechadoParedes de Concreto menos de 10concreto reforçado 36
  37. 37. Sistemas de Comunicação de DadosMeios de Transmissão: Via Rádio Wireless LAN 37
  38. 38. Sistemas de Comunicação de Dados Meios de Transmissão: Via Satélite • Utilização Banda C ou Banda Ku • Altos atrasos no sinal (250 a 300 ms) Órbita Geoestacionária • Custo independente da distância ( 36.000 Km) • Altas taxas de transmissão Broadcast 250 a 300 ms Encriptação dos sinais Sistema de Rádio Via Satélite Um satélite de comunicações pode ser imaginado como um granderepetidor de microondas no céu. Os satélites síncronos (ou geoestacionários)acompanham a trajetória da terra, ficando sobre a linha do equador a 36.000 Kmde altitude. Esta distância de 36.000 Km foi matematicamente calculada para queo satélite necessite do mínimo de energia para se manter em órbita síncrona emrelação à Terra, pois neste ponto a força gravitacional da Terra (que puxa osatélite para baixo) iguala-se à força centrífuga. Caso isso não ocorra, o satélitepoderá ser atraído pela Terra (força gravitacional maior do que a forçacentrífuga) ou se perder no espaço (força centrífuga maior que a forçagravitacional da Terra). Para um satélite obter uma boa transmissão, sem interferência deoutro, ele deve estar afastado de 4 graus deste outro satélite. Isto determina omáximo número de satélites geoestacionários que podem ser colocados emórbita. 360 graus / 4 = 90 satélites. Além da competição que isto gera, existemvárias classes de usuários (por exemplo, televisão, uso militar, etc). A algumtempo países menos desenvolvidos reservavam pedaços do céu para um usofuturo (quando tivessem tecnologia para utilizar aquele espaço). 38
  39. 39. As transmissões por satélite utilizam a banda C que vai de 4 a 8GHz, sendo que as freqüências padronizadas para satélites de comunicação são asseguintes: 3,7 a 4,2 GHz para retransmissão e 5,925 a 6,425 GHz para recepção.Estas freqüências são normalmente referidas como 4/6 GHz. Existe uma pararecepção e outra para retransmissão para não haver interferência no feixerecebido e retransmitido. Existem outras freqüências padronizadas que permitem autilização de satélites mais próximos. 12/14 GHz (Banda Ku) que permite 1 grauentre satélites, mas sofrem problemas de absorção por partículas de chuva. 20/30GHz também são utilizadas, mas o equipamento necessário é ainda muito caro. Um satélite típico permite uma largura de banda de 500 MHz, queé dividida em mais de uma dúzia de transponders de 36 MHz cada. Cadatransponder pode ser usado para enviar uma taxa de dados de 50 Mbps, 800canais digitais de voz de 64 Kbps ou várias outras combinações. Um problema com a transmissão via satélite são os atrasos naconexão fim a fim. Um atraso típico de satélite é de 250 a 300 ms. A título decomparação, links terrestres de microondas tem um atraso de propagação deaproximadamente 3 µs/km e cabo coaxial tem um atraso de aproximadamente 5µs/km. Uma informação interessante sobre satélites é que o custo paratransmitir uma mensagem é independente da distância percorrida. Assim, o custode transmitir uma mensagem através do oceano em um link intercontinental é omesmo que para transmitir a mensagem para o outro lado da rua. Outra característica é que a transmissão é em broadcast, ou seja,não possui um destinatário específico. Qualquer antena direcionadaadequadamente pode receber a informação. Isto faz com que algumas emissorasenviem mensagens encriptadas (codificadas), para evitar a recepção por pessoasnão autorizadas. 39
  40. 40. Sistemas de Comunicação de Dados Características da Transmissão Fluxo da transmissão: Simplex, Half-Duplex ou Full-Duplex Tipo da transmissão: Serial ( síncrona ou assíncrona) ou Paralela Transmissão: Digital ou Analógica Um sistema de comunicação de dados possui váriascaracterísticas das quais podemos citar: A direção do fluxo de dados pode ser do tipo Simplex, Half-Duplex ou Full-Duplex; A transmissão pode ser serial (síncrona e assíncrona) ou paralela; Além disto, pode-se ter transmissão digital ou analógica; Pode-se transmitir um sinal em banda base ou com modulação. 40
  41. 41. Sistemas de Comunicação de Dados Características da Transmissão: Simplex • Transmissão em um único sentido Transmissão Simplex A informação é transmitida em uma única direção, ou seja,somente do transmissor para o receptor. Um exemplo deste tipo de transmissão éa comunicação entre um computador e uma impressora. Neste caso, a impressorasomente recebe a informação e o computador somente envia os dados. 41
  42. 42. Sistemas de Comunicação de Dados Características da Transmissão: Half-Duplex • Transmissão em ambos os sentidos, mas NÃO simultaneamente • Tempo de Reversão ou Transmissão Half-Duplex A informação é transmitida em ambos os sentidos, de modoalternado, ou seja, em um determinado instante a informação só vai ou só vem, afim de evitar conflitos na linha de dados. Um exemplo de comunicação Half-Duplex é entre duas pessoasutilizando um canal de rádio tipo PX. Quando uma pessoa fala a outra deveescutar. Quando a primeira pessoa termina de falar, diz "câmbio" e libera o canalpara a outra pessoa, que pode então utilizar o canal. Em um sistema de comunicação de dados via modem utilizandoum canal Half-Duplex a dois fios, existe um tempo necessário para comutar adireção da transmissão, denominado tempo de "turnaround", normalmente nafaixa entre 100 e 400 ms. Este tempo depende da linha, do modem e dossupressores de eco (se houver). 42
  43. 43. Os supressores de eco são dispositivos que detectam a falahumana de um lado da conexão e eliminam todos os sinais que venham da outradireção (eco). Estes sinais que chegam da outra direção podem ser provocadospor descasamentos de impedâncias, que fazem com que parte do sinal enviadoseja transmitido de volta para quem gerou a mensagem. Quando uma pessoa parade falar e a outra começa, o supressor de eco altera sua direção, permitindo sinaisdo outro lado e eliminando os sinais deste lado. Eles são utilizados em ligaçõestelefônicas em linhas com mais de 2000 Km, pois nestes casos a fala de umapessoa pode ecoar no outro lado da linha e produzir eco, que é indesejável eprejudica a conversa. O problema da utilização de supressores de eco em transmissão dedados é que a comunicação Full-Duplex torna-se impossível. Além disso, otempo de comutação dos supressores torna a transmissão lenta. Para superar esteproblema, convencionou-se a utilização de um sinal puro de 2100 Hz para inibiros supressores de eco enquanto o sinal de linha estiver presente. 43
  44. 44. Sistemas de Comunicação de Dados Características da Transmissão: Full-Duplex • Transmissão em ambos os sentidos, simultaneamente • Por limitação de operadores pode trabalhar como Half-Duplex Transmissão Full-Duplex A informação é transmitida em ambos os sentidos de modosimultâneo. Normalmente é uma transmissão a 4 fios, ou seja, dois pares de fios.Entretanto, existe uma forma de utilizar transmissão Full-Duplex a dois fios,alocando parte da largura de banda para a comunicação A → B e a outra partepara a comunicação B → A. 44
  45. 45. Sistemas de Comunicação de Dados Transmissão a Dois Fios e a Quatro Fios F1 PC PC Full-Duplex F2 F1 PC PC Full-Duplex F1 Operação a dois fios, envolve um meio de transmissão com doisfios (um de sinal e um de referência). Da mesma forma, uma operação a quatrofios envolve um meio de transmissão com 4 fios. Na operação a dois fios podemos ter transmissões Half-Duplex ouFull-Duplex. Para operações Full-Duplex, os sinais trafegando em direçõesopostas devem ocupar “espaços” diferentes no espectro de freqüência, de formaque não haja interferência de um sinal no outro. Com a operação a 4 fios, os sinais que propagam em direçõesopostas utilizam-se de meios físicos separados. Desta forma, eles podem ocupar omesmo “espaço” no espectro de freqüência. Por termos meios físicosindependentes, a operação a 4 fios provê um maior grau de independência entreas informações, mas também, possuem um custo mais elevado. 45
  46. 46. Sistemas de Comunicação de Dados Transmissão Paralela • Altas taxas de transmissão • Alto custo em longas distâncias Caractere 2 8 linhas de dados Caractere 1 0 1 1 0 0 1 1 0 FONTE 0 0 DESTINO 1 0 1 0 1 0 strobe Ref Na transmissão paralela o caracter (ou código) é transmitido deuma vez só, no mesmo instante. A seguir, o próximo conjunto de bits é preparadopara ser enviado. A figura a seguir ilustra um exemplo onde são transmitidos 8bits (1 byte) por vez. Observe que são necessárias 10 linhas para executar atransmissão. São elas: Dados: 8 linhas, cada uma contendo 1 bit; REF: referência ou ground; STB: strobe - aviso que todas as linhas de dados estão na tensão correta (1 ou0) e o receptor pode ler a informação. A transmissão paralela é onerosa, devido à quantidade de linhasexigidas para fazer a transmissão, entretanto, é bastante rápida, pois o caracter étransmitido completo e no mesmo instante. Um exemplo de transmissão paralela de dados é a comunicaçãoentre um computador pessoal (PC) e uma impressora paralela. 46
  47. 47. Sistemas de Comunicação de Dados Transmissão Serial • Taxas de transmissão menores • Baixo custo de interligação • Software de transmissão / recepção mais complexo (sincronismo) Caractere 2 Caractere 1 11101010 00001101 FONTE Ref DESTINO Na transmissão serial tem-se apenas duas linhas para enviar amensagem, sendo que uma delas é a referência (ou ground), e a outra é a linha desinal. Assim, os bits são transmitidos um por vez, exigindo um protocolo especialentre transmissor e receptor para marcar certas características da transmissão,como início dos dados, velocidade dos bits, e outras que dependem do tipo deprotocolo. O receptor de uma transmissão serial apresenta dois problemas noque se refere a sincronismo: alcançar o sincronismo a nível de bit e a nível decaracter. 47
  48. 48. Sistemas de Comunicação de Dados Controle de Erros Considerações: • São inevitáveis em qualquer Sistemas de Comunicação • Fontes causadoras de Erro: Ruídos e Imperfeições no Canal • Taxa de Ocorrência de Erro: > Taxa de Transmissão, > Taxa de Erro • Taxa de Erro: limita a velocidade máxima de transmissão Numa transmissão de dados, não basta enviar os dados para aoutra ponta. É preciso checar a sua integridade na recepção, devido àsinterferências que podem ocorrer no meio de transmissão. Infelizmente, os ruídose as imperfeições presentes nos canais de comunicação faz com que tenhamos aocorrência de erros nas transmissões de dados. A taxa de ocorrência de erros em um sistema de transmissão dedados varia com a taxa de transmissão. Ou seja, teremos mais propensão a errosquando utilizarmos taxas maiores de transmissão de dados. Portanto a taxa deerros em uma transmissão é um fator limitante para a taxa de transmissão dados. Os vários ruídos presentes em uma linha de comunicação de dadossão muitas vezes causados por fatores externos como: relâmpagos, falhas dealimentação do circuito, forças elétricas e magnéticas associadas com outraslinhas ou equipamentos, etc. 48
  49. 49. Sistemas de Comunicação de Dados Taxa de Erros Especificada pelo CCITT -5 • Linha Privativa de Comunicação de Dados 10 -3 -4 • Ligação DDD (Rede Telefonia) 10 a 10 -6 • Comunicação via Satélite 10 -10 • Comunicação por Fibra Óptica 10 Segundo o CCITT, algumas taxas de erros são consideradassatisfatórias para cada meio de transmissão utilizado. Por exemplo, segundo o CCITT, um circuito é consideradosatisfatório para transmissão de dados utilizando como meio de transmissão umalinha privativa, se ocorrer apenas um bit de erro em 105 bits transmitidos. 49
  50. 50. Sistemas de Comunicação de Dados Detecção de Erros Dados Algoritmo Frame Check Sequence FCS (Seqüência para Verificação de Erros) FCS Dados Transmissor Receptor Dados FCS Algoritmo FCS Compara FCS Se igual não há Erros detectados Para detectar erros na transmissão de dados, os dados são enviadosde forma a conter informações redundantes que permitam testar sua validade narecepção. Por exemplo, cada bit poderia ser transmitido duas vezes, diminuindo avelocidade de transmissão de informação à metade, mas permitindo detectar apresença de um erro. Havendo dois bits sucessivos errados, o erro poderia não serdetectado. Os dados são enviados geralmente em blocos e, sobre estes, sãoaplicados algoritmos que geram bits redundantes que também são transmitidos epermitem verificar se os bits de informação foram transmitidos sem alteração.Estes algoritmos são, por exemplo, os testes de paridade, CheckSum e CRC. Os códigos detectores de erro simplesmente determinam seocorreu um erro na transmissão, não possibilitando a correção do mesmo. Veremos a seguir os métodos de detecção de erros mais utilizadosem comunicação de dados. 50
  51. 51. Sistemas de Comunicação de Dados Detecção de Erros: Bit de Paridade Bit de Bits de Dados Paridade Paridade Par 0 1 1 0 0 0 1 0 1 Paridade Ímpar 0 1 1 0 0 0 1 0 0 Obs: não detecta erros em múltiplos pares de bits Bit de Paridade O código de paridade é um dos mais simples existentes,consistindo basicamente no transmissor da mensagem adicionar um bit deredundância após um determinado número de bits (normalmente um byte). Estebit de redundância deve deixar a paridade do byte em um determinado tipo (parou impar). Isto significa que, para uma paridade par, o número de bits "1"transmitidos deve ser par e, para uma paridade ímpar, o número de bits "1"transmitidos deve ser ímpar. Pode-se observar que a paridade não é um método satisfatório doponto de vista da detecção de erros, pois caso dois bits (ou um número par debits) cheguem errado ao receptor na seqüência em que é analisada a paridade,este código simplesmente não detecta o problema. Para um bloco de bytes, a paridade pode ser feita de formasdiferentes, sendo mais ou menos eficiente, dependendo do tipo de erro queacontece mais freqüentemente na linha (se erro simples, duplo, triplo, em rajada,etc). A seguir serão vistos dois tipos de paridade, a paridade horizontal e aparidade vertical. 51
  52. 52. Sistemas de Comunicação de Dados Detecção de Erros: Paridade Horizontal (HRC) Mensagem A B C D E BCC Block Check Caracter b7 0 0 0 0 0 0 b6 1 1 1 1 1 1 b5 0 0 0 0 0 0 Bits do b4 0 0 0 0 0 0 Caractere b3 0 0 0 0 0 0 b2 0 0 0 1 1 0 b1 0 1 1 0 0 0 b0 1 0 1 0 1 1 Paridade Par Paridade Horizontal – HRC (Horizontal Redundancy Check) Neste tipo de código, o bit de paridade fica no final de cada linhatransmitida, ou seja no caracter BCC (Block Check Character), cada bit é ocalculo de paridade dos bits equivalentes de todos os caracteres da linha. Este método tem a vantagem de detectar bits pares com erros emum caracter, porém se a ocorrência dos bits de erro forem múltiplos pares nosmesmos bits de mais de uma caracter este método não irá detectar. 52
  53. 53. Sistemas de Comunicação de Dados Detecção de Erros: Paridade Combinada Mensagem A B C D E BCC Block Check Caracter b7 0 0 0 0 0 0 b6 1 1 1 1 1 1 b5 0 0 0 0 0 0 Bits do b4 0 0 0 0 0 0 Caractere b3 0 0 0 0 0 0 b2 0 0 0 1 1 0 b1 0 1 1 0 0 0 b0 1 0 1 0 1 1 Bit Paridade Par P 0 0 1 0 1 0 Paridade Par Paridade Combinada Como o próprio nome diz, este método combina os métodos de bitde paridade e paridade horizontal e adiciona um caractere BCC no fim do blocode mensagem que representa as paridades de linha e coluna de todos os caracteresda mensagem. Este método apesar de bastante simples e eficiente, não é infalível.Se acontecer erros em bits de forma quadrática ele não detecta. 53
  54. 54. Sistemas de Comunicação de Dados Detecção de Erros: Checksum Mensagem A B C D E F G -475 Check-Sum Valor decimal 65 66 67 68 69 70 71 dos caracteres Cálculo do Checksum: 65 + 66 + 67 + 68 + 69 + 70 + 71 = 475 CheckSum O checksum pode ser definido como um byte que, somado à somade todos os bytes transmitidos, torna o resultado da soma igual a zero. Para o cálculo do checksum, o transmissor ao longo da transmissãofaz a soma de todos os bytes de informação, armazenando este resultado em umavariável. O byte de checksum é calculado a partir desta variável, sendo um valorque, somado à ela, resulte em zero (complemento de 2). Do ponto de vista do receptor, ele deve receber todos os bytes,inclusive o de checksum, e soma-los. O resultado da soma deve dar zero. Se nãoder zero, significa que aconteceu algum erro na transmissão de dados e aquelebloco deve ser retransmitido. 54
  55. 55. Em termos de detecção de erros este sistema é bastante eficiente.Para um bloco de 32 Kbytes, o CRC-16 Permite detectar todos erros simples,duplos, triplos e de número ímpar no bloco. Além disto, pode detectar todos errosem rajada de comprimento 16 bits ou menos, 99,997 % dos erros em rajada de 17bits e 99,998 % dos erros em rajada de 18 bits ou mais. 55
  56. 56. Sistemas de Comunicação de Dados Correção de Erros: Manual (Echoplexing) A A Eco Qualquer processo de detecção de erros traz como conseqüênciadireta a necessidade de correção do erro. Os métodos de correção, de maneirabem elementar, podem ser classificados em três grupos: Manual (echoplexing); Por solicitação; Automático. Correção Manual Os dados transmitidos são devolvidos ao terminal transmissor,onde devem ser monitorados e comparados individualmente. Esta técnica é poucoeficiente, em função da necessidade do retorno da transmissão, além dapossibilidade de que o erro venha a ocorrer no retorno. 56
  57. 57. Sistemas de Comunicação de Dados Correção de Erros: Por Solicitação Bloco1 FCS Analisa FCS ACK Bloco OK Bloco2 FCS Analisa FCS NAK Bloco c/ ERRO Bloco2 FCS Analisa FCS ACK Bloco OK Correção por Solicitação No método por solicitação, cada bloco de informação é acrescidode um caractere de controle de erro, gerado em função do código escolhido(paridade, CheckSum, CRC, etc). Na recepção, pela análise do caractere decontrole de erro, o receptor informa ao transmissor se houve ou não a detecção deerros, em função disso, solicita ou não a retransmissão do bloco. Os caracteres mais utilizados para a solicitação são: ACK (Acknowledgement): Reconhecimento. Indica bloco recebido comsucesso. Pode enviar próximo bloco. NAK (Negative Acknowledgement): Reconhecimento Negativo. Indica blocorecebido com erros. Retransmitir o bloco. 57
  58. 58. Sistemas de Comunicação de Dados Correção de Erros: Automático Código Hamming Bloco1 FCS Analisa FCS Bloco OK Bloco2 FCS Analisa FCS Corrige o Erro Bloco c/ ERRO Bloco3 FCS Analisa FCS Bloco OK Correção Automática Neste método, o código escolhido para geração do caractere decontrole de erro, em função do dado de informação, elimina a necessidade deretorno para confirmação. O único inconveniente desse código é que grande partedo espaço útil para informações é tomado para fazer o controle necessário eanálise (aproximadamente 30 %). Neste tipo de método, não existe retransmissão. O erro élocalizado e corrigido na recepção. Código de Correção Automática de Erro (Código Hamming) Neste tipo de código, são enviados caracteres redundantessuficientes para descobrir se houve erro na transmissão e a posição onde ocorreuo erro, permitindo assim uma correção automática, sem a necessidade deretransmissão de blocos. 58
  59. 59. Este tipo de código é mais utilizado para transmissão de dadosquando o canal é simplex, pois não é possível solicitar retransmissões. De outraforma, os códigos de detecção e retransmissão são mais utilizados, pelosseguintes fatores: O número de bits redundantes nos códigos de autocorreção émaior, provocando uma necessidade de transmitir mais bits para a mesmainformação (menor eficiência de transmissão); Os códigos de autocorreção possuem problemas quandoacontecem erros em rajadas, ou mesmo erros duplos, não sendo tão confiáveisquanto os de detecção. 59
  60. 60. Sistemas de Comunicação de Dados Comparação Entre os Métodos de Correção de Erros Vantagem Desvantagem • Não necessita controle • Possibilidades de erro no retorno Manual • Fácil implementação Por •Pouco espaço tomado com controle •Necessário retorno para confirmação Solicitação (1 carac. de tamanho fixo por bloco) (tempo ocioso = menor eficiência) •Corrige o erro na própria recepção •Muito espaço tomado com controle ( aprox. 30 %) Automático • Não necessita de caracteres de confirmação O quadro mostra a relação entre vantagens e desvantagens de cadamétodo de correção de erros utilizados em comunicação de dados. Uma série de fatores influi nas decisões básicas, com relação àdetecção e correção de erros em comunicação de dados: Eficiência que se deseja do sistema; Equipamentos e meio com os quais se pretende operar o sistema; Relação custo / benefício; Análise da quantidade de espaço de informação perdida com controle. Em função desses e de outros parâmetros são determinadoscódigo, polinômio gerador, etc, que serão parte integrante do sistema de controle. 60
  61. 61. Capítulo 2 - Transmissão da InformaçãoTransmissão Analógica e DigitalMultiplexação: FDM e TDMComutação 61
  62. 62. Transmissão da Informação Transmissão Analógica e Digital Os termos Analógico e Digital, correspondem à variação contínua e discreta, respectivamente. T 0 1 0 1 1 0 Sinal Analógico Sinal Digital Transmissão Analógica Na transmissão analógica, os sinais elétricos variamcontinuamente entre todos os valores possíveis, permitidos pelo meio físico detransmissão. Vantagem: Precisa de uma pequena largura de banda para transmitir o sinal. Desvantagem: Quando necessita repetidor, o repetidor amplifica também oruído. Transmissão Digital Na transmissão digital, envia-se uma série de sinais, que temapenas dois valores ou uma gama discreta de valores, e é construído através deuma seqüência de intervalos de tamanho fixo iguais a T segundos, chamadosintervalos de sinalização, durante os quais a amplitude do sinal permanece fixa,caracterizando um dos símbolos digitais transmitidos. 62
  63. 63. Vantagem: Quando necessita repetidor, há uma regeneração do sinal, pois eleé digital e pode ser totalmente recuperado, eliminando completamente o ruído atéaquele ponto da transmissão.; Desvantagem: Como o sinal é digital (onda quadrada), precisa de uma grandelargura de banda para executar a transmissão. 63
  64. 64. Transmissão da Informação Multiplexação de Canais de Comunicação MUX •Multiplexação por Divisão de Freqüência (FDM) •Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM) Multiplexar é enviar um certo número de canais através do mesmomeio de transmissão. Os dois tipos mais utilizados são: multiplexação por divisãode freqüências (FDM) e multiplexação por divisão de tempo (TDM). O objetivo básico para a utilização desta técnica é economia, poisutilizando o mesmo meio de transmissão para transmitir diversos canaiseconomiza-se em linhas, suporte, manutenção, instalação, etc. O problema em uma transmissão multiplexada é evitar ainterferência entre os vários canais que se está transmitindo. Cada técnica queserá analisada a seguir utiliza uma método diferente para não deixar estainterferência ocorrer. 64
  65. 65. Transmissão da Informação Multiplexação por Divisão de Freqüências (FDM) Canal 0 Canal 1 Multiplexador Para o meio físico Canal 2 12KHz 16KHz 20KHz 24KHz 28KHz 400KHz Hz Canal 0 Canal 1 Canal 2 Largura de Banda = 388 KHz Multiplexação FDM (Frequency Division Multiplexing) Em FDM, o espectro de freqüências é dividido em vários canaislógicos, com cada usuário possuindo sua largura de banda própria. Desta forma,cada canal analógico é modulado em freqüências diferentes entre si, evitando ainterferência. A figura mostra uma multiplexação de 3 canais de telefone (faixade freqüência original de 0 a 4 KHz) sendo multiplexados entre 12 KHz e 24KHz. Nota-se que cada canal continua com um espaço equivalente à sua largurade banda original (4 KHz), porém, deslocado em freqüência no espectro. Arecuperação do sinal é semelhante, com o demultiplexador deslocando o sinalpara a faixa de freqüência original. Considera-se que a largura de banda destinada a uma ligaçãotelefônica é de 4 KHz, como já foi mencionado anteriormente. O motivo básicopara isto é que o sistema de telefonia utiliza os canais de forma multiplexada,necessitando alocar uma determinada largura de banda para cada canal de voz.Em testes práticos, julgou-se que a faixa de freqüências entre 300 Hz e 3400 Hzpermitia uma conversação normal. Desta forma, utiliza-se filtros eletrônicos paracortar sinais com freqüências acima disto. 65
  66. 66. O valor de 4KHz é utilizado como uma tolerância para evitarinterferências entre canais multiplexados lado a lado. Em um sistema de telefonia, a comunicação de voz faz um trajetodesconhecido pela maioria das pessoas, passando por diversos tipos de meiofísico, como par de fios, fibra óptica, comunicação via microondas, sofrendosucessivas multiplexações e reconstituições do sinal, sendo digitalizado erecuperado novamente, indo até o satélite a 36.000 Km de altitude e retornandopara outro ponto na terra, e assim por diante. Além disto, não é apenas um oudois usuários que estão envolvidos nesta comunicação, na verdade existemmilhares de pessoas se comunicando simultaneamente, levando à necessidade deexistir uma estrutura que suporte isto. Para tornar realidade esta interconectividade, foi necessário o usoextensivo da multiplexação dos canais de voz. A figura mostra de uma formasimplificada como é feita a multiplexação por divisão de freqüência em umsistema de telefonia. Observa-se que em última instância é possível transmitir 900canais simultaneamente, através do mesmo meio físico. Para tanto é necessárioum canal com largura de banda de aproximadamente 3,6 MHz (entre 8512 KHz e12112 KHz). Esta norma foi especificada pelo CCITT (Comitê ConsultivoInternacional de Telefonia e Telegrafia), um organismo composto por membrosde vários países responsável pela elaboração de padrões internacionais. 66
  67. 67. Transmissão da Informação Multiplexação Síncrona por Divisão de Tempo t1 t2 t3 A Para o meio físico MUX STDM B Frame 1 Frame 2 A1 B1 C1 A1 B2 C2 C Slots Desperdício de Banda Multiplexação TDM (Time Division Multiplexing) A multiplexação por divisão de tempo tem por objetivo recebervários canais digitais de um lado e converter estes sinais para uma única linha detransmissão. Um ponto importante a ser observado é que a velocidadenecessária na linha deve ser, no mínimo, igual à soma das velocidades de todosos canais de entrada, pois de outra forma não haveria tempo para amostrar etransmitir os sinais de todos os canais. Nos multiplexadores TDM convencionais (TDM Síncrono ouSTDM - Synchronous), é enviado um sinal (pode ser bit ou byte) de cada canal,independente se este canal está ativo ou não. Neste tipo de multiplexador, existe um desperdício na transmissãode dados, pois é alocado uma janela ou slot para o canal independente se estecanal está transmitindo dados ou não. 67
  68. 68. Transmissão da Informação Multiplexação Assíncrona por Divisão de Tempo t1 t2 t3 A Para o meio físico MUX ATDM B A1 B1 B2 C2 C Cabeçalho Um outro tipo de multiplexador TDM, utilizado para resolver oproblema do desperdício é chamado multiplexador TDM estatístico ou TDMAssíncrono ou ATDM (Asynchronous TDM), que envia primeiro o endereço docanal que quer enviar o dado, para então enviar o dado. O multiplexador TDM Assíncrono é bastante utilizado paramultiplexar a comunicação de vários terminais com um computador central.Normalmente, quando existem vários terminais de usuários, nem todos estãoativos simultaneamente, e quando estão, tem várias pessoas trabalhando comedição de texto ou processos que não exigem tanto do meio de transmissão. Destaforma, é possível utilizar uma linha única que não necessita de uma velocidadeigual à soma das velocidades dos terminais, barateando custos de transmissão. Entretanto, caso todos os terminais enviem dadossimultaneamente, o multiplexador Assíncrono enfrenta problemas, pois avelocidade que seria necessária para suportar esta demanda seria maior que asoma das velocidades de cada terminal (pois agora existe a necessidade de enviartambém um endereço). Para evitar perda de dados devido a este problema (já quea velocidade da linha é inferior à soma das velocidades dos terminais), ele possuium buffer que armazena informações em excesso, para depois enviá-lasconforme a linha for descongestionando. 68
  69. 69. Transmissão da Informação Comutação de Circuitos Nó1 Nó 2 Nó 3 Nó 4 tp Estabelecimento da Conexão t Mensage Transmissão m da Mensagem Término da Conexão A função de comutação (ou chaveamento) em uma rede decomunicações refere-se à alocação dos recursos da rede (meios de transmissão,repetidores, etc) para a transmissão pelos diversos dispositivos conectados. As principais formas de comutação são denominadas Comutaçãode Circuitos, Comutação de Mensagens e Comutação de Pacotes. Comutação de Circuitos A comunicação via comutação de circuitos pressupõe a existênciade um caminho dedicado de comunicação entre duas estações. A comunicaçãovia comutação de circuitos envolve três fases: Estabelecimento do circuito: Antes que as estações possam se comunicar, umcircuito fim a fim tem que ser estabelecido; isso significa a determinação ealocação de uma rota entre as estações, onde, em cada enlace, um canal é alocadoe permanece dedicado a essa conexão até a hora da desconexão do circuito. 69
  70. 70. Transferência de informação: Uma vez estabelecida a conexão, os dadospodem ser transmitidos e recebidos pelas estações envolvidas. Desconexão do circuito: Após um certo período de tempo a conexão pode serencerrada, em geral pela ação de uma das estações envolvidas. 70
  71. 71. Transmissão da Informação Comutação de Circuitos • Circuito físico fica dedicado à conexão • Tráfego não constante = Desperdício da capacidade do canal • Taxa de transmissão sempre disponível Exemplo: Comunicação via rede de telefonia Rede de Telefonia Note que na comutação de circuitos, o caminho alocado durante afase de estabelecimento da conexão permanece dedicado para aquelas estaçõesaté que uma delas ou ambas decida desfazer o circuito. Isso significa que, caso otráfego entre as estações não seja constante e contínuo, a capacidade do meiofísico será desperdiçada. Em compensação, existe a garantia de que uma taxa detransmissão está sempre disponível quando as estações desejam se comunicar. A comutação de circuitos é bastante utilizada em sistemastelefônicos, já que a comunicação de voz 71
  72. 72. Transmissão da Informação Comutação de Mensagens Nó1 Nó 2 Nó 3 Nó 4 Cabeçalho Mensagem da Mensagem Tempo de espera na fila + tempo de escolha da rota Mensagem t Mensagem Comutação de Mensagens Na comutação por mensagens, não existe pré-alocação de circuitosantes do envio das mensagens. Cada nó ao receber uma mensagem, utiliza atécnica “Store and Forward” (armazena e envia na medida em que haja caminhosde saída disponíveis). Na comutação de mensagens, se uma estação deseja transmitiruma mensagem, ela adiciona o endereço de destino (no cabeçalho da mensagem)e essa mensagem que será então transmitida pela rede de nó em nó até o destinofinal. Em cada nó, a mensagem inteira é recebida e o próximo caminho da rota édeterminado com base no endereço contido no cabeçalho da mensagem. Se o caminho se encontrar ocupado pela transmissão de uma outramensagem e, ainda, outras mensagens já podem estar esperando para seremtransmitidas por esse mesmo caminho, neste caso, a mensagem espera numa filaaté que chegue sua vez de ser transmitida. Este processo se repete a cada nó darede (store and forward). 72
  73. 73. A comutação por mensagens, também apresenta característicasquanto ao retardo de comutação. Continua a existir os tempos de transmissão e otempo de atraso de propagação das mensagens. Neste tipo de comutação foiintroduzido um novo conceito de retardo, denominado de Time-out, que é otempo de espera para retransmissão da mensagem. O tempo causado peloenfileiramento nos diversos nós intermediários está incluído dentro deste tempo. 73
  74. 74. Transmissão da Informação Comutação de Pacotes Mensagem Nó1 Nó 2 Nó 3 Nó 4 Pacote 1 Cabeçalho do Pacote Pacote 2 Pacote 1 Dados do Pacote Pacote 3 Pacote 2 Pacote 1 t Pacote 3 Pacote 2 Pacote 3 Comutação de Pacotes A comutação de pacotes foi uma conseqüência natural daevolução da comutação de mensagens. A grande diferença consiste em dividir amensagem em diversos pacotes de tamanho igual e enviá-los pela rede. A comutação por pacotes tem duas modalidades de transmissão depacotes em uma rede: Circuito Virtual e Datagrama. 74
  75. 75. Transmissão da Informação Comutação de Pacotes: Circuito Virtual Conexão Lógica entre emissor e receptor B C 4 3 2 1 1 4 2 3 A 3 2 F 4 1 Emissor1 Receptor D E A figura mostra uma rede de comutação de pacotes com circuitovirtual. Nesta rede, os pacotes deixam a origem ordenadamente e caminham pelarede, mantendo-se nesta ordenação. O circuito virtual é estabelecido antes doinício da transmissão dos pacotes. A figura mostra que em uma comunicação entre o nó A e o nó F arota ABCF foi estabelecida (por um pacote especial) e que os pacotes se mantêmem ordem ao longo de toda a rede. Note que o canal só é ocupado por uma comunicação durante atransmissão do pacote. Completada a transmissão, o canal fica disponível para atransferência de outros pacotes, sejam eles da mesma mensagem ou não. 75
  76. 76. Transmissão da Informação Comutação de Pacotes: Datagrama • Não há conexão entre emissor e receptor • Pacotes são tratados de maneira independente (endereço destino) • Podem chegar fora de ordem ou não chegar 2 1 1 2 2 3 1 A 4 B C F 4 4 3 D E 3 4 3 A comutação por pacotes, utilizando datagramas, é mostrada nafigura. O serviço datagrama tem como significado que cada pacote é tratado deforma independente. Com o tratamento independente dos pacotes pela rede, estanão garante que os pacotes chegarão ao nó de destino na mesma ordem que foramentregues, uma vez que poderão ter sido transmitidos através de rotas diferentes. Um datagrama é um pacote de dados que contém o endereço doterminal de destino e a informação útil. 76
  77. 77. Transmissão da Informação Ligação ao Meio de Transmissão: Ponto a Ponto Dedicada • Simples interconexão • Não necessita de endereçamento entre terminais • Linha dedicada aos terminais A linha ponto a ponto, é uma linha utilizada para conectar doisterminais entre si. É a configuração mais elementar numa rede. Em muitas aplicações, onde os terminais transmitem dados poucasvezes, pode não ser econômico conectar os terminais diretamente entre si atravésde uma linha dedicada, pois as mesmas seriam sub utilizadas. Nestes casos,normalmente, utilizamos uma rede comutada. 77
  78. 78. Transmissão da Informação Ligação ao Meio de Transmissão: Ponto a Ponto Comutada • Conexão via rede de telefonia (Comutação de Circuitos) • Utilização de Modems Rede de Telefonia Modem Modem É similar ao ponto a ponto dedicado, com acréscimo danecessidade de se estabelecer a conexão antes do envio de dados, pois trata-se deuma comunicação utilizando a rede de telefonia, que é comutada por circuitos. 78
  79. 79. Transmissão da Informação Ligação ao Meio de Transmissão: Multiponto • Necessidade de endereçamento de cada canal • Linha é compartilhada Uma linha multiponto (ou multidrop) é uma linha em que dois oumais terminais são conectados à mesma linha de comunicação e,conseqüentemente, uma porta do computador é compartilhada por váriosterminais. Nesta configuração, dois ou mais terminais não podem transmitirdados simultaneamente, pois haverá colisão dos dados na linha. Para controlar ofluxo de dados na rede, um conjunto de procedimentos de controle de linha énecessário. Estes controles serão vistos com mais detalhes posteriormente. 79
  80. 80. Transmissão da Informação Ligação ao Meio de Transmissão: Multiponto Via Multiplex • Não é necessário endereçamento de cada canal • Comunicação em baixas velocidades Baixa Velocidade MUX TDM Alta Velocidade Configuração na qual um canal de comunicação de umcomputador em alta velocidade é partilhado para vários pontos terminais, comvelocidades baixas. Essa configuração apresenta a particularidade de manter o tráfegosimultâneo (dedicado por porta), dispensando protocolos de endereçamento. A velocidade entre o computador e o Multiplexador TDM será asoma das velocidade nominais individuais dos terminais. 80
  81. 81. Transmissão da Informação Exercicios 1- [17](Analista de Finanças e Controle – Tecnologia da Informação – Infraestrutura de TI – STN/2008 – ESAF) O administrador de uma rede deve selecionar um meio de transmissão para uma distância de longo alcance, de modo que interferências eletromagnéticas não são permitidas. A solução mais adequada deve utilizar a) cabo coaxial. b) cabo par trançado não-blindado. c) cabo par trançado blindado. d) infra-vermelho. e) fibra ótica. Configuração na qual um canal de comunicação de umcomputador em alta velocidade é partilhado para vários pontos terminais, comvelocidades baixas. Essa configuração apresenta a particularidade de manter o tráfegosimultâneo (dedicado por porta), dispensando protocolos de endereçamento. A velocidade entre o computador e o Multiplexador TDM será asoma das velocidade nominais individuais dos terminais. 81
  82. 82. Capítulo 3 - Arquiteturas e Padrões de Redes Redes LAN, MAN e WAN Topologias das Redes Métodos de Acesso ao Meio de Transmissão Modelo OSI Arquitetura TCP/IP Padrões IEEE 802 82

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