Disciplina: Redes de Computadores I Prof. João Paulo de Toledo Gomes.
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Disciplina: Redes de Computadores I Prof. João Paulo de Toledo Gomes
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Disciplina: Redes de Computadores I
Prof. João Paulo de Toledo Gomes
Aula 1 – Introdução a Redes de Computadores
1- Introdução
Este tópico apresenta as características de um sinal, problemas relacionados à transmissão, largura de banda e capacidade máxima de transmissão, e os diversos tipos de meios de transmissão com e sem fio.
Também será visto a sinalização analógica e digital.
Por fim, são apresentados os conceitos de transmissão simplex, half-duplex e full-duplex, serial e paralela, assíncrona e síncrona.
2- Processo de Transmissão
O processo de transmissão envolve o tratamento de dados e sinais. Um dado é uma informação armazenada no dispositivo de origem que se deseja transmitir para o dispositivo de destino.
Para ser transmitido, o dado precisa ser codificado em um sinal que percorrerá o canal de comunicação até chegar ao destino, onde será decodificado.
Dado
Transmisorou origem
Receptorou destino
Codificação Sinal Decodificação Dado
Interface Interface
2- Processo de Transmissão
Dados e sinais podem ser classificados como analógicos ou digitais.
O termo analógico está associado à ideia de valores que variam continuamente no tempo dentro de um conjunto infinito de valores.
O termo digital está associado à ideia de valores que variam de forma discreta em função do tempo dentro de um conjunto finito de valores.
Computadores são considerados digitais porque representam dados e sinais apenas com dois valores: 0 e 1.
Em redes de computadores, os dados estão sempre no formato digital, porém esses dados, para serem transmitidos, devem ser codificados em sinais analógicos ou digitais, dependendo do meio de transmissão.
2- Processo de Transmissão
Sinais analógico e digital
Tempo
Tempo
(a)
(b)
3- Características do Sinal
Sinal periódico (a) onda senoidal (analógico) e (b) onda quadrada (digital).
Tempo0 1 2 3
Am
plitu
de
Máx.
Mín.
Tempo0 1 2 3
Am
plitu
de
Máx.
Mín.
(a)
(b)
3- Características do Sinal
Um sinal é periódico quando suas características se repetem em função do tempo.
A amplitude de um sinal está relacionada à sua potência, e geralmente é medida em Volts. A grande diferença entre os sinais analógico e digital é como a amplitude varia em função do tempo.
A frequência (f) de um sinal é o número de vezes que o ciclo se repete no intervalo de 1 segundo. A frequência é medida em ciclos por segundo ou em Hertz (Hz).
A figura a seguir, apresenta três sinais analógicos com a mesma amplitude e frequências de 1 Hz, 2 Hz e 3 Hz, respectivamente.
3- Características do Sinal
Tempo0
Tempo0
Tempo0
1 2 3
1 2 3
1 2 3
Ciclo
3- Características do Sinal
VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO: Fλ = 3 x 108 m/s
Exemplo: Qual o tamanho da onda para uma frequência de 500 KHz ?
Fλ = 3 x 108 m/s
500000 λ = 3 x 108
λ = 3 x 108 / 5 x 105
λ = 600m
4- Problemas na Transmissão
O projeto de um sistema de comunicação deve levar em consideração os diversos tipos de problemas na transmissão, tentando evitá-los ou minimizá-los, para que se possa aumentar a confiabilidade do sistema.
4.1 Ruídos
O problema do ruído é consequência de interferências eletromagnéticas indesejadas que provocam distorções nos sinais transmitidos e alteram o seu significado.
O nível de ruído em uma transmissão é medido como uma relação entre a potência do sinal e a potência do ruído, chamada de relação sinal-ruído (RSR). Quanto maior a RSR, melhor a qualidade do sinal.
4- Problemas na Transmissão
4.1 Ruídos
Dadostransmitidos
0 1 0 0 0 0 01 1 1 1
Sinal
Ruído
Dadosrecebidos
0 1 0 1 0 0 01 1 0 1
4- Problemas na Transmissão
4.1 Ruídos
A unidade utilizada para medir a RSR é conhecida como decibel (dB) e aplica uma escala logarítmica à RSR. O dB é uma unidade logarítmica muito usada em telecomunicações, por pelo menos dois motivos:
O ouvido humano tem resposta logarítmica (sensação auditiva versus potência acústica);
Em telecomunicações, se usam números extremamente grandes ou pequenos. O uso de logaritmos torna esses números pequenos e fáceis de manipular, transformando produtos em somas e divisões em subtrações.
O dB é um número relativo e permite representar relações entre duas grandezas de mesmo tipo, definindo ganhos, atenuações e a RSR.
4- Problemas na Transmissão
4.1 Ruídos
Existem diferentes tipos de ruídos que podem afetar uma transmissão, como ruído térmico, ruído de intermodulação, ruído do tipo crosstalk e ruído impulsivo.
A maneira indicada para medir a qualidade de um canal de comunicação é utilizando a taxa de erro de bit, ou BER (Bit Error Rate). A BER é calculada dividindo-se o número de bits recebidos com erro pelo número total de bits transmitidos.
Por exemplo, um canal com BER igual a 1/106 significa que a cada um milhão de bits transmitidos um bit apresenta erro na transmissão. Existe uma relação entre a taxa de transmissão e a taxa de erro. Quanto maior a taxa de transmissão, maior o problema gerado pela ocorrência de ruídos.
4- Problemas na Transmissão
4.2 Atenuação
O problema da atenuação é consequência da perda de potência do sinal transmitido, na medida em que o sinal percorre o canal de comunicação até atingir o destino.
Nesse caso, o meio de transmissão funciona como um filtro, reduzindo a amplitude do sinal e impedindo que o receptor decodifique corretamente o sinal recebido.
O nível de atenuação depende do meio de transmissão utilizado. O efeito da atenuação limita diretamente o comprimento máximo de cabos e a distância máxima entre antenas.
4- Problemas na Transmissão
4.2 Atenuação
Atenuação de um sinal digital
Distância
Am
plit
ud
e
4- Problemas na Transmissão
4.2 Atenuação
Problemas de atenuação podem ser resolvidos utilizando-se equipamentos especiais que recuperam a potência original do sinal.
No caso de sinais analógicos, utilizam-se amplificadores para recuperar o sinal, enquanto em sinais digitais utilizam-se regeneradores ou repetidores.
A atenuação em sinais analógicos apresenta dois problemas adicionais que devem ser considerados:
Primeiro: quanto mais altas as frequências, maiores os efeitos da atenuação;
Segundo: juntamente com a recuperação do sinal, ocorre a amplificação do ruído, o que pode comprometer a decodificação do sinal.
4- Problemas na Transmissão
4.2 Atenuação
Recuperação de um sinal digital
Regenerador
5- Largura de Banda e Capacidade de Transmissão
A largura de banda define o número máximo de frequências que podem ser sinalizadas em um canal de comunicação, sem que haja perdas expressivas na transmissão.
Conhecendo-se a largura de banda de um canal de comunicação (em Hz), pode-se estabelecer a máxima taxa de sinalização (em bauds) que o mesmo pode conduzir sem erro, o que é denominado de capacidade de transmissão do canal de comunicação.
O espectro de frequências possíveis em um canal é definido como banda passante do canal de comunicação. Em geral, quanto maior a banda passante, maior será o custo do canal de comunicação.
6- Meios de Transmissão
O meio de transmissão serve para transportar fisicamente os sinais codificados entre o transmissor e o receptor. Podem ser classificados em duas categorias: meios com fio e sem fio.
6- Meios de Transmissão
6.1 Características dos Meios de Transmissão
Tipo de Sinalização
Quanto ao tipo de sinalização, um determinado meio de transmissão pode suportar sinalização analógica, digital ou ambas.
6- Meios de Transmissão
6.1 Características dos Meios de Transmissão
Largura de Banda e Capacidade de Transmissão
O espectro de frequências é especialmente importante em transmissões sem fio, pois quanto mais baixa a frequência, mais fácil para o sinal ultrapassar barreiras físicas, como paredes e montanhas.
Além disso, são menos susceptíveis ao problema de atenuação do sinal. Porém, possuem menor alcance e menor direcionalidade.
Por outro lado, as frequências mais altas precisam de antenas menores e o sinal possui maior alcance e direcionalidade. Entretanto, a imunidade à obstáculos é menor.
6- Meios de Transmissão
Largura de Banda e Capacidade de Transmissão
Espectro de frequências
em metros
ELF VF VLF LF MF HF VHF UHF
102 103
SHF EHF
104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 Hz
TelefoneMúsica
Par trançado
Cabo coaxial
Rádio AM Rádio FMTV
MicroondasSatélite
InfravermelhoLaser
Fibraótica
Luzvisível
RádioTelefone celular
106 105 104 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5100 10-6
Denominação das faixas de frequências
6- Meios de Transmissão
Confiabilidade
A confiabilidade de um meio de transmissão está associada à sua capacidade de ser menos susceptível a problemas na transmissão, como ruído e atenuação.
De maneira geral, as transmissões sem fio são mais susceptíveis a problemas que as transmissões com fio.
No caso específico do problema da atenuação, os meios de transmissão menos susceptíveis aos seus efeitos permitem um espaçamento maior entre os repetidores, reduzindo o custo da instalação da rede.
6- Meios de Transmissão
Segurança
A segurança de meio de transmissão está associada a sua capacidade de garantir a confidencialidade das informações trafegadas ou, pelo menos, dificultar o processo de escuta indevida dos dados.
Instalação e Manutenção
A complexidade da instalação e manutenção do meio de transmissão vai depender, basicamente, do tipo do meio e interfaces de comunicação, número de dispositivos na rede e distância que os separam.
6- Meios de Transmissão
Custo
O custo do meio de transmissão envolve, além do próprio meio, os custos de instalação e manutenção, e os custos das interfaces de comunicação e dispositivos de rede como hubs e switches.
De maneira geral, quanto maiores o número de dispositivos e a distância que os separa, maior será o custo como um todo.
6.2- Transmissão Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex
Uma transmissão pode ser classificada conforme a direção do fluxo de dados entre o transmissor e o receptor.
Simplex: os dados são transmitidos apenas em uma direção, ou seja, do transmissor para o receptor. Aplicações: rádio, televisão e controle remoto.
DadosTransmissor Receptor
6.2- Transmissão Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex
Half-Duplex: é possível que os dados sejam transmitidos nas duas direções, porém nunca de maneira simultânea. Aplicação: walkie-talkie ou rádio amador, redes locais (hubs). Nesse tipo de transmissão existe um tempo necessário para inverter a direção, conhecido como tempo de turnaround.
DadosTransmissor Receptor
TransmissorReceptorDados
TurnaroundTurnaround
6.2 Transmissão Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex
Full-Duplex: os dados podem ser transmitidos nas duas direções simultaneamente, sem a necessidade de tempo de turnaround. Pode ser implementada utilizando dois canais de comunicação independentes (fibra óptica) ou utilizando o mesmo canal (FDM). São predominantemente utilizadas em redes de computadores.
DadosTransmissor Receptor
6.3- Transmissão Serial e Paralela
A transmissão pode ser classificada dependendo da forma com que os sinais são encaminhados entre o transmissor e o receptor.
Serial: os sinais são transmitidos sequencialmente um após o outro através do canal de comunicação. Exemplos: padrão EIA-232-F e USB (Universal Serial Bus).
11101010Transmissor Receptor
6.3 Transmissão Serial e Paralela
Paralela: os sinais são transmitidos simultaneamente através do canal de comunicação. Pode ser implementada utilizando canais de comunicação independentes ou apenas um único meio de transmissão multiplexado.
Apesar do melhor desempenho, a transmissão paralela é utilizada apenas em pequenas distâncias devido ao seu custo elevado.
É muito utilizada para conectar um computador a uma impressora ou scanner. Outro exemplo é a conexão de discos ao barramento de um computador, como nos padrões SCSI e ATA.
De maneira geral, as redes de computadores utilizam a transmissão serial.
6.3 Transmissão Serial e Paralela
Transmissão Paralela
0Transmissor Receptor
0
1
1
1
1
0
1
6.4- Transmissão Assíncrona e Síncrona
Transmissão Assíncrona: os relógios do transmissor e receptor não estão sincronizados, ou seja, não existe uma relação do momento em que o sinal é gerado e o momento em que o sinal é colhido no destino.
A transmissão assíncrona trabalha em nível de caractere, utilizando cada caractere como elemento de sincronização.
O sincronismo é alcançado precedendo cada caractere transmitido com um bit de início (start bit) e finalizando por um ou dois bits de término (stop bit).
É relativamente lenta, porém simples de ser implementada e de baixo custo. Os padrões EIA-232-F e USB implementam a transmissão assíncrona.
6.4 Transmissão Assíncrona e Síncrona
Transmissão Assíncrona
Transmissor ReceptorA1 1B1 1
Bit deinício
Bit detérmino
Intervalo de tempo
Bit deinício
Bit detérmino
6.4- Transmissão Assíncrona e Síncrona
Transmissão Síncrona: os relógios do transmissor e receptor estão sincronizados, ou seja, existe uma relação entre o momento em que o sinal é gerado e o momento em que o sinal é colhido no receptor.
É feita considerando blocos de caracteres ou bits (orientada a bit), diferentemente da transmissão assíncrona (orientada a caractere).
Cada bloco é precedido de um ou mais caracteres de sincronismo, chamados de SYN, que permitem ao receptor sincronizar seu relógio com o do transmissor.
É mais eficiente que a transmissão assíncrona, porém o processo de sincronização é mais custoso por exigir interfaces mais precisas.
6.4- Transmissão Assíncrona e Síncrona
Transmissão Síncrona
Transmissor ReceptorBloco de
caracteres
SYN
Caractere desincronismo
Bloco decaracteres
SYN
Caractere desincronismo
