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TelecomunicaTelecomunicaçõções e Redes de Computadoreses e Redes de Computadores
1 1 –– IntroduIntroduçãçãoo
Prof. Paulo Lobato CorreiaIST, DEEC – Área Científica de Telecomunicações
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 2
ObjectivosObjectivos
Introduzir o conceito de Telecomunicações e terminologia associada;
Caracterizar os diversos tipos de dados e modalidades de
processamento, avaliando o seu impacto nas redes de transmissão;
Identificar e descrever as principais operações de um Sistema de
Telecomunicações;
Estudar as redes de computadores – modelos OSI e Internet (TCP/IP);
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Conceitos BaseConceitos Base
Informação – conhecimento adquirido pela experiência e que
resulta da incerteza do resultado da experiência;
Dados – informação representada de forma adequada para trocar
ou processar, por seres humanos ou por meios automáticos;
Comunicação – transmissão de informação usando dados;
Telecomunicações – transmissão fiável de informação à
distância usando dados (recorrendo a sinais eléctricos,
electromagnéticos, ou ópticos);
No contexto de TRC: Comunicações = Telecomunicações
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Conceitos BaseConceitos Base
Sistema – grupo de componentes que interagem de modo pré-
estabelecido para atingir um objectivo. A alteração de um
componente afecta outros elementos do sistema;
Sinal – codificação eléctrica, electromagnética, ou óptica dos
dados, representada como uma grandeza variável no tempo;
Transmissão de dados – comunicação de dados (digitais)
através da propagação e processamento de sinais.
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Modelo BModelo Báásico de Sistema de Comunicasico de Sistema de Comunicaçãçãoo
Meio de Transmissão
Fonte de Informação
(Emissor)
Destinatário
(Receptor)
Mensagem
Confirmação(acknowledgement)
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Modelo de Sistema de TelecomunicaModelo de Sistema de Telecomunicaçõçõeses
Fonte de Informação
Informação à entrada
Mensagem, m
Dispositivo de Entrada Emissor
Destinatário Dispositivo de Saída Receptor
Meio de Transmissão
Sistema Emissor
Sistema Receptor
Dados deentrada, g
Dados desaída, ĝ
Sinal deentrada, g(t)
Sinal desaída, ĝ(t)
Sinal de recebido, r(t)
Sinal de transmitido, s(t)
Informação à saída
Mensagem, ^m
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Blocos do Sistema de TelecomunicaBlocos do Sistema de Telecomunicaçõçõeses
Fonte de informação – gera mensagem m que se pretende transmitir;
Dispositivo de entrada – representa mensagem como dados g, que
são apresentados ao emissor como um sinal g(t);
transdutor – converte sinais de de natureza diferente;
(microfone: acústico -> eléctrico)
teclado + codificador – transforma a mensagem num conjunto de
caracteres e estes em conjuntos de bits;
Emissor – converte g(t) num sinal adequado para transmissão s(t);
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Blocos do Sistema de TelecomunicaBlocos do Sistema de Telecomunicaçõçõeses
Meio de transmissão – assegura ligação entre os sistemas emissor e
receptor;
Receptor – converte o sinal recebido r(t) numa estimativa do sinal de
entrada;
Dispositivo de saída – entrega a mensagem estimada ao destinatário;
transdutor – converte sinais de de natureza diferente;
(altifalante: eléctrico -> acústico)
dispositivo para apresentar a mensagem na forma desejada (visual).
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Tipos de DadosTipos de Dados
Multimédia(combina diversos
tipos de dados)
Texto – não formatado (a partir de um conjunto limitado de caracteres), ou formatado (para estruturar, aceder e apresentar documentos em formato electrónico);
Imagem – resultando de digitalização de documentos, ou produzida em computador;
Áudio – inclui voz e música;
Vídeo – inclui sequências de imagens e filmes;
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Analógica – dados tomam valores contínuos ao longo do tempo;
Voz: o sinal acústico é convertido num sinal eléctrico cuja amplitude varia continuamente ao longo do tempo com a mesma variação que osinal sonoro (mesma frequência);
Vídeo: é feito um varrimento de cada imagem, sendo a intensidade luminosa do ponto de varrimento convertida num sinal eléctrico;
RepresentaRepresentaçãção dos Dadoso dos Dados
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RepresentaRepresentaçãção Analo Analóógica dos Dadosgica dos Dados
Microfone
Exemplo: Voz(Sinal acústico é convertido pelo microfone num sinal eléctrico contínuo no tempo e em amplitude)
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RepresentaRepresentaçãção dos Dadoso dos Dados
Digital – dados tomam valores discretos em instantes discretos
de tempo. Exemplo:
Texto: um teclado possui um número limitado de teclas, que são
premidas em instantes de tempo discretos;
Binária – dados digitais tomam apenas 2 valores (0 ou 1);
bit: binary digit .
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RepresentaRepresentaçãção Digital dos Dadoso Digital dos Dados
Exemplo: Ficheiro (conjunto de caracteres) (Cada carácter pode ser representado por um valor numérico, representável em numeração binária)
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CodificaCodificaçãção de Caracteres: Co de Caracteres: Cóódigo ASCIIdigo ASCII
Exemplo:
“i” -> 110 1001
Bit de paridade:
(paridade par)
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RepresentaRepresentaçãção de Imagens Bino de Imagens Binááriasrias
Código: 0000000000111100011101100111111001111000011111100011110000000000
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RRíítmotmo BinBináário e Taxa de Transmissrio e Taxa de Transmissããoo
Ritmo (ou débito) binário: Rb [bit/s] ou [bps] – quantidade de bits enviados por unidade de tempo;
Taxa de transmissão: fsímb [símbolo/s] ou [Baud] – velocidade a que o sinal eléctrico (símbolo) muda de estado;
Dibit: a cada símbolo correspondem 2 bits => Rb = 2 . fsímb
Tribit: a cada símbolo correspondem 3 bits=> Rb = 3 . fsímb
Se a cada símbolo correspondem m bits => Rb = m . fsímb
Para que a cada símbolo correspondam m bits, são necessários pelo menos M símbolos distintos, com: M = 2m
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RRíítmotmo BinBináário e Taxa de Transmissrio e Taxa de Transmissããoo
t (ms)
U (V)
1 0 11 00 15
0
Tsimb
simbsimb T
f 1= ⇒ simbb TT = simbb fR =
Cada símbolo transmitido corresponde a 1 bit
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RRíítmotmo BinBináário e Taxa de Transmissrio e Taxa de Transmissããoo
t (ms)
U (V)11 10 1001 0001 10
2
0
Tsimb
6
4
simbsimb T
f 1= ⇒ simbb TT ⋅=
21
simbb fR ⋅= 2
Cada símbolo transmitido corresponde a 2 bits
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ConversConversãão o AnalAnalóógicogico--DigitalDigital
Um sinal analógico pode ser representado de forma digital:
Codec
Codec: codificador e descodificador
telefone
Voz analógica
Linha analógica
Linha digital
Voz analógica
0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
Voz digitalizada
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ConversConversãão o DigitalDigital--AnalAnalóógicogico
Um sinal digital pode ser representado de forma analógica;
DSU
DSU: data service unit
Linha analógica
Linha digital
Dados modulados
0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
Dados
Dados
modem
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Exemplo de AplicaExemplo de Aplicaçãçãoo
Sinal acústico -> Sinal eléctrico analógico (transdução)
Sinal analógico -> Sinal digital
Transmissão
Sinal digital -> Sinal analógico
Sinal analógico -> Sinal acústico
Microfone
Altifalante
ConversãoA D
ConversãoD A
Rede de Telecomunicações
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Exemplo: FaxExemplo: Fax
Dispositivo de entrada: “scanner”
Dados: intensidade de cada “pixel”(“pixel” = picture element)
Sinal: sequência de valores dos pixelsobtidos por varrimento
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Organismos de NormalizaOrganismos de Normalizaçãçãoo
International Telecommunication Union (ITU)
European Telecommunication Standards Institute (ETSI)
International Standards Organisation (ISO)
Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)
Internet Engineering Task Force (IETF)
...
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CritCritéérios de Qualidaderios de Qualidade
Fidelidade – transmissão sem perdas nem alterações;
Fiabilidade – assegurar serviço permanente e sem falhas
(frequência de falhas, tempo para recuperação, redundância);
Desempenho – velocidade de transmissão, tempo de
resposta;
Segurança – protecção contra acessos não autorizados e
contra vírus;
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ClassificaClassificaçãção quanto o quanto àà TecnologiaTecnologia
Comutadas (Switched)
Redes
Difusão (Broadcast)
Ex.: Redes de Rádio-difusão AM,
FM e TV
Ex.: PSTN (Public Switched Telephone
Network)
ComunicaçãoUnidireccional
ComunicaçãoBidireccional
Comutação de Circuitos
Comutação de Pacotes
Ex.: PDN ou PSDN (Public Switched Data Network)
Redes Locais
(LANs e MANs)
Redes de
Satélites
Redes Rádio de Pacotes
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Redes de ComunicaRedes de Comunicaçãção: Estrutura o: Estrutura
Problema: como interligar diversos equipamentos terminais?
Central de comutação
custo de comutação
custo da linha
número de centrais de comutação
custocusto total
Número
óptimo de
centrais
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Redes de ComunicaRedes de Comunicaçãção com Comutao com Comutaçãçãoo
Os dados são transferidos da fonte até ao destino através de nós intermédios, que não estão “preocupados” com o conteúdo dos dados ==> o objectivo destes nós é encaminhar os dados até ao destino.
Estas redes consistem em muitas ligações entre pares de nós==> redes ponto-a-ponto
Em redes ponto-a-ponto o encaminhamento (encaminhamento (routingrouting)) é muito importante
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Redes de ComunicaRedes de Comunicaçãção: Principais Elementoso: Principais Elementos
Equipamento terminal – telefone, fax, computador, ...;
Equipamento de transmissão – cabo, fibra, ...;
Equipamento de comutação – comutadores;
Equipamento de sinalização e gestão
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Redes de ComputadoresRedes de Computadores
Rede de Computadores:Sistema constituído por sistemas terminais (estações), equipamento de transmissão, de comutação e de encaminhamento, que permite a comunicação entre quaisquer duas estações diferentes ligadas à rede;
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Elementos de uma Rede de ComputadoresElementos de uma Rede de Computadores
Aplicação Aplicação
A rede de computadores interliga aplicações em diferentes estações;As estações podem ser computadores ou outros dispositivos (ex.: PDA);As estações comunicam enviando pacotes através de comutadores.
Pacote
Cliente
ClienteMóvel
Comutador
Servidor
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ComutadorComutador
Comutador
Estação A Estação B Estação C Estação D
Estação A transmite para estação C:
O comutador reenvia a mensagem para a saída adequada
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Arquitecturas de RedeArquitecturas de Rede
I likerabbits
Location A
3
2
1
3
2
1
Location B
Message Philosopher
Translator
Secretary
Informationfor the remotetranslator
Informationfor the remotesecretary
L: DutchIk vindkonijnenleuk
Fax #---L: DutchIk vindkonijnenleuk
J'aimebien les
lapins
L: DutchIk vindkonijnenleuk
Fax #---L: DutchIk vindkonijnenleuk
Filósofo Filósofo
Tradutor Tradutor
Secretária Secretária
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Arquitecturas de Rede: FunArquitecturas de Rede: Funçõções Necesses Necessááriasrias
Funções na comunicação entre estações:Especificação mecânica das tomadas, tipo de modulação, ...Segmentação, reconstrução e delimitação dos pacotes;Multiplexagem/desmultiplexagem;Controlo de erros e de fluxo;Encaminhamento;Controlo de congestão;Formato para apresentação dos dados;Autenticação;...
Abordagem Modular:Simplicidade de desenho e compreensão;Flexibilidade, possibilidade de normalização da interface entre módulos.
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Arquitecturas de Rede: ConceitosArquitecturas de Rede: Conceitos
Protocolo: conjunto de regras a seguir, entre dois níveis pares, para garantir sucesso na troca de dados;
Serviço: cada nível presta serviço ao nível acima e usa os serviços disponibilizados pela interface de serviço do nível abaixo;
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Entidades pares da mesma camada executam algoritmo distribuído
Protocolos definem as regras de comunicação entre entidades paresFormato das mensagens trocadas;Sequência no envio e recepção de mensagens;Acções a tomar quando uma mensagem é enviada ou recebida;
Mensagens usadas no protocolo do nível n: n-PDU (Protocol Data Unit):Cabeçalho (header);Dados (payload);Cauda (trailer).
Arquitecturas de Rede: ProtocolosArquitecturas de Rede: Protocolos
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Arquitecturas de Rede: Interface de ServiArquitecturas de Rede: Interface de Serviççoo
Interface de serviço especifica os serviços que a camada nfornece à camada n+1;
Serviço orientado à sessão (connection-oriented):Estabelecimento de sessão;
Troca de mensagens;
Terminação da sessão;
Serviço não orientado à sessão (connectionless):Não há estabelecimento nem terminação de sessão.
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Arquitecturas de Rede: NArquitecturas de Rede: Nííveisveis
Nível n
Nível n+1
Processos pares
Interface de serviço
Protocolo
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Arquitecturas de Rede: Modelo OSIArquitecturas de Rede: Modelo OSI
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Modelo OSI: NModelo OSI: Níível de Apresentavel de Apresentaçãçãoo
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Modelo OSI: NModelo OSI: Níível de Ligavel de Ligaçãção de Dadoso de Dados
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Modelo OSI: SumModelo OSI: Sumááriorio
7 – Aplicação: Serve de suporte aos programas de aplicação do utilizador.6 – Apresentação: Formata os dados para apresentação ao utilizador. Exemplos:
compressão de dados, tradução entre diferentes formatos de dados, encriptação.5 – Sessão: Responsável por iniciar, manter e terminar cada sessão lógica entre
emissor e receptor. Estabelece pontos de sincronismo.4 – Transporte: Lida com problemas na transmissão extremo-a-extremo, tais como:
segmentação das mensagens para transporte na rede, manutenção das ligações entre emissor e receptor.
3 – Rede: Responsável pelo encaminhamento de pacotes ao longo da rede e pelo controlo de congestão.
2 – Ligação de dados: Responsável pela transmissão e recepção de dados por um canal físico de comunicação. Lida com problemas nó-a-nó, tais como o controlo de erros e de fluxo, ou o controlo de acesso ao meio.
1 – Físico: Define as características mecânicas, eléctricas, funcionais e de procedimento da interface com o meio físico. Exemplo: como formatar cada bit a ser transmitido através da rede.
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Arquitecturas de Rede: Modelo TCP/IPArquitecturas de Rede: Modelo TCP/IP
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Modelo TCP/IP Modelo TCP/IP
Aplicação
Transporte
Rede
Dados
Físico
5 – Aplicação: Aplicações de rede distribuídas: FTP, SMTP, HTTP.
4 – Transporte:Transferência de dados entre estações: TCP, UDP.
3 – Rede:Encaminhamento e expedição de mensagens: IP, protocolos de encaminhamento.
2 – Ligação de dados:Transferência de dados entre máquinas vizinhas: PPP, Ethernet.
1 – Nível físico:Passagem de bits entre máquinas vizinhas: RS-232c, V.92.