Introdução a Comunicação de Dados

Professor José AristidesA MELHOR FACULDADE TECNOLÓGICA DE FORTALEZA.

Introdução a Introdução a Comunicação de DadosComunicação de Dados

Prof. AristidesCap. 1 ao 15

1. O princípio da comunicação

2. Terminologias de Redes:

2.1. Tempo de resposta ( response-time);

2.2. Processamento em lote (batch);

2.3. Diferenças entre sistemas on-line e real-time;

2.4. Tempo compartilhado (time-sharing).

SumárioSumário

Agosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados

3. Tipos de Sinais:

3.1. Analógicos;

3.2. Digitais.

4. Bits / Bytes.

5. Modos de O peração:

5.1. Simplex;

5.2. Half-duplex (semiduplex);

5.3. Full-duplex (duplex).

SumárioSumário


6. Tipos de Transmissão:6.1. Paralela;6.2. Serial.

7. Ritmos de Transmissão:7.1. Assíncrona;7.2. Síncrona.

8. O s Modem’s:8.1. Analógicos;8.2. Digitais;8.3. Funcionamento Interno.

SumárioSumário


9. Arquitetura de Redes BandaLarga:9.1. Estrutura de rede pública de telecomunicações;

9.1.1. Digitalização da transmissão de sinais entre centraispúblicas;

9.2. Subdivisão da rede pública de telecomunicações;9.2.1. Sub-rede de acesso;9.2.2. Sub-rede de comutação;9.2.3. Sub-rede de transmissão.

10.Tecnologia xDSL:10.1. Entidades de padronização xDSL;10.2. Componentes centrais da rede ADSL;10.3 Linhas digitais HDSL e SDSL.

SumárioSumário


11. Introdução às redes de computadores:

11.1. Conceitos básicos;

11.1.1. Banda passante;

11.1.2. Taxa de transmissão máxima de um canal;

11.1.3. Multiplexação e Modulação;

11.1.4. Codificação e Transmissão;

12. Detecção e correção de erros:

12.1. Paridade;

12.2. CRC.

SumárioSumário


13. Meios de Transmissão:

13.1. Par trançado;

13.2. Cabo coaxial;

13.3. Fibra ótica.

14. Instalação física e cabeamento estruturado.

15. Ligação inter-redes:

15.1. Repetidores;

15.2. Pontes;

15.3. Roteadores;

15.4. Gateways.

SumárioSumário


Princípio da ComunicaçãoPrincípio da ComunicaçãoIntrodução


Princípio da ComunicaçãoPrincípio da ComunicaçãoDefinição de Comunicação e Telecomunicação

Comunicação: Ato ou efeito de comunicar(-se). 2. Ato ouefeito de emitir, transmitir e receber mensagens por meio demétodos e/ou processos convencionados, quer através dalinguagem falada ou escrita, quer de outros sinais, signos ousímbolos, quer de aparelhamento técnico especializado,sonoro e/ou visual.

Engenharia Eletrônica: Transmissão de informação deum ponto a outro por meio de sinais em fios, ou deondas eletromagnéticas.Teoria da Informação: Transmissão de mensagem entreuma fonte e um destinatário, distintos no tempo e/ou noespaço, utilizando um código comum.


Telecomunicação: Processo de comunicação a longadistânciaque utiliza como meio de transmissão linhas Telegráficas,telefônicas, satélites ou microondas.

Telecomunicações : comunicações à distância.

Princípio da ComunicaçãoPrincípio da Comunicação


Princípio da ComunicaçãoPrincípio da ComunicaçãoSistemas de Transmissão

Objetivo: Transmitir os sinais de informação (p. ex., canaistelefônicos,dados), em longas distâncias (interurbanas ouinternacionais).

Exemplo:


Terminologias de RedesTerminologias de RedesIntrodução

Uma rede é um sistema de objetos ou pessoas conectadas demaneira complicada.

As redes estão em toda parte, inclusive em nosso próprio corpo.

O sistema nervoso e o sistema cardiovascular são redes.

Observe na próxima figura, os seguintes sistemas de redes:

Comunicações; Transporte;Social; Biológico;Serviços públicos.


Professor José Aristides

Terminologias de RedesTerminologias de Redes


Terminologias de RedesTerminologias de RedesRedes de dados

As redes de dados surgiram como resultado das aplicaçõesinformáticas criadas para as empresas.As empresas possuíam computadores que eram dispositivosindependentes e operavam de forma individual.Logo se notou que não era umaforma eficiente nem rentávelpara operar um meio empresarial.As empresas necessitavam de soluções que resolvessem astrês perguntas seguintes:

Como evitar a duplicação de equipamentosinformáticos e de outros recursos?Como comunicar-se com eficiência?Como configurar e administrar uma rede?


Professor José Aristides Agosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados

Distância Localização Exemplo0.1 m Placa de Circuito Máquina de fluxo de dados1 m Sistema Multicomputador (PAN)

10 m Sala

100 m Prédio Redes Locais (LAN)1 Km Campus

10 Km Cidade Rede Metropolitana (MAN)100 Km País Redes de Longa Distância

1000 Km Continente (WAN)

10.000 Km Planeta Inter-rede (WAN)100.000 Km Sistema Terra/Lua Satélites artificiais




Sistemas de processamento em lote (batch) simples;Sistemas de processamento em lote com SPOOL;Sistemas (de processamento em lote) Multiprogramados;Sistemas de tempo compartilhado (time-sharing);Sistemas de computação pessoal (PC/Personal Computing);Sistemas de computação paralela (parallel computing);Sistemas de computação distribuída (distributed-systems);Sistemas de tempo-real (real-time systems).

Principais tipos de Sistemas O peracionais:


19501946 1960 1970 1980

Tempo PartilhadoMemória Virtual (UNIX)

Sistemas Distribuídos

Multiprogramação (Multics)Tratamento por Lotes (IBM 7090)

Tratamento por Lotes RudimentarSem Sistema Operativo (UNIVAC, IBM 701, IBM 650)

1ª Geração:Interruptores

e válvulas

2ª Geração:Transístores

3ª Geração:Circuitos integrados

4ª Geração:Computadores pessoais

Evolução históricaIntrodução aos SDIntrodução aos SD






Processamento em Lote

Lote com SPOOL

• Hardware muito grande;

• Configuração manual;

• Processamento muito lento;

• Único usuário por vez;

• Cartões perfurados e fitasmagnéticas.

BATCH: é um processamento em lotes.

É o modo de uso do computador.

A tarefa é acumulada para posteriormente ser processada de umasó vez ou os dados relacionados a uma tarefa são agrupados emlotes e em cada vez que forem reunidas as informações e/ou quecaracterizem o lote em questão será feito um processamento.


processamento em lote (batch)



Os computadores eram imensos e necessitavam ser preparadospara a execução dos programas. Cada programa exigia umaconfiguração ou ligação específica para funcionar;

O operador perdia um grande tempo configurando o computador(fazendo as mudanças);

Logo, os programas similares eram agrupados em lotes. Assim, ocomputador era preparado para processar todo o lote e nãosomente um programa, tornando o processo mais rápido.

processamento em lote (batch)



Grande computador;

Sem interação com o usuário;

Fila de tarefas (jobs);

Periféricos lentos;

CPU ociosa;

Processamento seqüencial;

Sequênciamento manual (o operador passa de um job para outro).


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SPOOL: acrônimo de Simultaneous Peripheral Operation On-Line(Operação simultânea de periféricos);

Jobs podiam ser passados dos cartões diretamente para o discorígido, recém inventado;

O SPOOL permite que um Job execute enquanto outro estáesperando o final de E/S, ou seja, permite sobrepor o E/S de umjob com o processamento de outro.

Para tanto foi necessário construir um programa de controle: o“monitor residente”;

O sequênciamento passa a ser automático.

Terminologias de RedesTerminologias de RedesLote com SPO O L

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Monitor residente fica permanentemente na memória, sendoresponsável:Pela execução inicial do sistema computacional;Transferência automática de controle de um job a outro(sequênciamento automático de jobs);Quando um job termina ou solicita E/S o controle é devolvidoao monitor);Centralização das rotinas de acesso aos periféricos;É o primeiro SO rudimentar.O monitor não pode interferir no processamento de um Job.Somente quando o Job acaba é que o monitor é chamado (Jobsnão têm limite de tempo);

Terminologias de RedesTerminologias de RedesLote com SPO O L







Multiprogramação

Minicomputadores(hardware menor);

Multitarefa (execução simultânea de mais de um programa);

Interrupções (tecnologia de sinalização de eventos);

Tecnologia de discos magnéticos (acesso randômico);

Divisão de papeis (analista, programador e usuário).



jobAjobB

jobN

jobAjobBjobN

Os Jobs continuavam aguardando em disco o resultado de umaoperação de E/S ou quando o dispositivo estava ocupado;

O monitor chaveava a CPU, passando o processamento para um Joblivre;


Multiprogramação


Os primeiros mecanismos de interrupção (de E/S) surgiram e comisso a CPU poderia ser parada e o processamento de um Jobqualquer interrompido;

Com isso, os Jobs podiam ser “avisados” quando seu E/S haviaacabado e não necessitavam mais esperar o final do processamentode um outro Job que estivesse ocupando a CPU;

Assim, quando um dispositivo de E/S terminava uma operação elegerava uma interrupção. O monitor residente era chamado e estepassava o processamento para o Job que estava aguardando oresultado da operação de E/S.


Multiprogramação




Resumo dos conceitos-chave:Batch: Processamento em lote;

Job: sinônimo de processo (o programa mais todos os seus dados deentrada e saída);

Turnaround: tempo entre o envio do job para ser processado e orecebimento de seu resultado de processamento;

SPOOL: Simultaneos Peripheral Operation On-Line (utilizaçãosimultânea de periféricos);

Spooling: capacidade de realização de SPOOL;




TimeSharing

Multiprocessamento onde o tempo é dividido igualmente entre outros usuários;

Interação maior com o usuário (através de terminais);

Sistemas multiusuário.

Do inglês TimeSharing

Alta taxa de chaveamento (com tempo limitado e de rápidaresposta):

cada processo funcionapor um tempo máximo e muito pequeno;

Este tempo é comum e dividido entre os diversos processos;

Noção de temporizador que interrompe a CPU de tempos emtempos.


Sistemas de tempo compartilhado


Tempo compartilhado

TIME SHARING: este método se utiliza de multiprogramação,pois vários processos vão residir na memória do computador ao

mesmo tempo.

A diferença é que cada programa de cada usuário tem uma fatia detempo ( TIME SLICE) para si.

Este tempo pode ser, por exemplo de cada 1/100 segundos paracada programa.



Durante este tempo o programa é executado até que termine oprazo ou até que uma operação de I/O seja requerida peloprograma.

Este tempo é dado a cada programa em círculos.

Quando chegar novamente a vez do programa em questão, ocomando é passado a ele, a menos que a operação de I/O não tenhasido completada e o programa esteja ainda esperando por isso.


Tempo compartilhado


A multiprogramação permite com que haja interação entre ocomputador e o usuário.

Isto permite a criação de novos periféricos, tais como o teclado e omouse;

Usuários passam a interagir com a máquina, através determinais;

Surgem as tecnologias de “Memória virtual” e “sistema dearquivos”;

Programas em execução passam a se chamar de “processos”.


Tempo compartilhado


Sinal gerado de tempos em tempos que interrompe a

CPU

Ao acabar o seu tempo, o processo é

retirado da CPU e um outro escolhido.

Algumas vezes o mesmo processo

pode ser escolhido.As outras interrupções

continuam funcionando. (há, portanto, várias).

Processo “A” em execução

Processo “B” em execução



Conceitos-chaveMultiprogramação: Execução simultânea de mais de um programa(multitarefa);Escalonamento: chaveamento entre um programa (processo) eoutro (CPU troca de um programa para outro);TimeSharing: Compartilhamento de tempo (processamentodividido entre vários usuários, cada um recebendo um períodoigual de processamento). Usuário tem ilusão de possuir a máquinadedicada a execução de seu programa;Multiusuário: suporte a mais de um usuário ou sessão;Multithreading ou multilinha: processamento concorrente nomesmo programa, onde diversos sub-processos (threads) sãoexecutados ao mesmo tempo.



Conceitos-chaveMultitarefa: Execução de mais de um programa ao mesmo tempo.Pode ser preemptiva ou não preemptiva;Multitarefa preemptiva (ou verdadeira): preempção é o ato doSO tomar o controle de uma tarefa e passar para outra. A forma dedecisão que o sistema usa para parar o processamento de um processo epassar para outro varia de sistema para sistema. A forma mais simples éa do “tempo decorrido” (timesharing ou timeslicing). Formas maisavançadas e complexas envolvem o estabelecimento de prioridadesentre as tarefas.Multitarefa não preemptiva (ou cooperativa): Os programascooperam de modo a passar eles mesmos o processamento uns para osoutros.




Computação Pessoal

Microcomputadores;

Sistemas mais simples e menos robusto (a princípio);

Monotarefa e Monousuário;

Interfaces mais elegantes.


Conceitos-chaveMonotarefa: Capaz de executar uma única tarefa (programa) de

cada vez;

Monousuário: suporte a um único usuário.

User-friendly: fáceis de usar e com interface amigável;





Redes de computadores

Interligação e inter-operação de vários computadores pessoais;

Redes locais;

Internet;

Redes de alta-velocidade.



Processamento Distribuído

O processamento pode ser distribuídoentre os vários computadores de uma rede;Aglomerados (clusters) de computadoresfuncionam como se fossem um únicocomputador;Transparência;Tolerância a falhas;Personalização;Compartilhamento de recursos;Balanceamento de cargas.


1 2 - n

1

2

2

Conceitos-chaveSistema distribuído: conjunto de computadores autônomosinterconectados de forma a possibilitar a execução de um serviço;

Transparência: o usuário não sabe exatamente em que máquinaseu processo está sendo processado nem sabe quantas máquinasexistem (visão única do sistema);

Personalização: O usuário pode “logar-se” em qualquer máquina eela molda-se de acordo com suas preferências (não hádiferenciação entre as máquinas).



Conceitos-chaveLoosely coupled system (sistema fracamente acoplado): tipo de sistemadistribuído onde cada máquina possui seu próprio sistema operacional econfigurações di ferentes. Elas são independentes e a comunicação entreelas é feita por troca de mensagens entre processos;

Balanceamento de carga: quando um processador está muitosobrecarregado ou quando há um processador livre, as tarefas sãoredistribuídas igualmente;

Migração de processos: o ato de um processo passar de umcomputador para outro na rede;

Tolerância à falhas: Mais de um computador realiza a mesma tarefa afim de garantir sua execução mesmo que um deles falhe;




Processamento Paralelo

O hardware possui mais de um processador;

Grande interação entre os processos;

Aumento de desempenho;

Tolerância à falhas.

Professor José Aristides1 2 - n

Conceitos-chaveMultiprocessador: sistema com mais de um processador no mesmo

hardware;

Tightly coupled System (sistema fortemente acoplado): por estaremno mesmo hardware, normalmente os processadores compartilhammemória, relógio e barramento comuns. A comunicação é feitaatravés da memória. Por utilizarem dos mesmos recursos,costumam ter custo mais baixo;



Conceitos-chaveSMP(Symmetric MultiProcessing ou multiprocessamento simétrico):Cada processador é de processamento genérico;Cada processador executa uma cópia idêntica doSO;Os processadores podem se comunicar (geralmente através dememória compartilhada);Não há relação mestre-escravo;O Sistema Operacional pode decidir as tarefas que serão alocadasa cada processador (distribuidor de tarefas);Geralmente os processadores são iguais ou possuem as mesmasfuncionalidades;



Conceitos-chaveASMP (Asymmetric multiprocessing ou multiprocessamentoassimétrico):Cada processador é encarregado de uma tarefa específica (acessardisco, ler dados do teclado, enviar dados para impressora, DMA,serial...);Os processadores podem ser diferentes e especializados;Um processador central funciona distribuindo as tarefas para osoutros processadores (relação mestre-escravo);O sistema operacional pode ser responsável por estabelecer asfuncionalidades ou responsabilidades de cada processador.





Tempo Real

Processamento com restrições de tempo;

Garantia de execução de tarefas críticas no tempo determinado;

Monousuário e monotarefa;

Tarefas críticas não podem esperar indefinidamente a CPU.

Sistemas de tempo realTempo-real não significa que o processamento tenha que serrápido;Ele simplesmente deve ser conhecido e fixo (definido), nãovariando nunca (exigências rígidas);Tipo Hard:Deve garantir que todas as tarefas (críticas) sejam concluídas noprazo determinado;Incompatível com timesharing e memória virtual;Tipo Soft:Tarefas de tempo real recebem prioridade maior do que as outras emantêm-se assim até serem concluídas;Ela não deve esperar para obter acesso a CPU;Todas as tarefas (mesmo do kernel) precisam ter limite de tempo deexecução;



ONLINE: É um tipo de processamento no qual os dados sãocoletados na estação terminal remota sendo enviados por conexãodireta ao computador central e vice-versa.

Exemplo: o Sistema de Reserva de Passagens Aéreas.

Neste caso, cada nova informação é passada ao sistema que atualizao arquivo. Contudo, o processamento só será feito quando chegar avez da tarefa correspondente "na fila de espera" e só então oresultado será devolvido ao usuário.



REALTIME: o processamento em tempo real é um tipo especial deONLINE porque todo dado obtido é chamado ao sistema além deatualizar o arquivo, permite que o processamento seja feito na horae em seguida o resultado é devolvido ao usuário.

Exemplo: quando num terminal de um banco é requerido odepósito ou retirado, o novo saldo é processado instantaneamente.

Não existe REALTIME sem ONLINE



É um tipo de processamento no qual as respostas às entradas sãobastante rápidas para controlar o processo e/ou influir na açãosubseqüente.

Exemplo, num desvio de rota de um míssil, a informação é enviadaao computador que, de imediato, gera um comando que resulta emuma ação para corrigir a trajetória deste míssil.

Diz-se que “Uma aplicação em TEMPO REAL é sempre ON-LINEmas o inverso nem sempre é verdadeiro”.

Terminologias de RedesTerminologias de RedesREALTIME


Tipos de SinaisTipos de SinaisIntrodução

Os termos analógico e digital correspondem a variaçõescontínuas e discretas respectivamente;

Utilizados no contexto de comunicação de dados tanto para anatureza das informações quanto a característica dos sinaisutilizados para transmissão através de meios físicos;

Computadores armazenam, processam e codificam informaçõesem bits – níveis discretos de tensão ou corrente – valor lógico “0”ou “1” informação digital;

Fontes sonoras – variações contínuas de amplitude informação analógica.


Tipos de SinaisTipos de SinaisSão dois os tipos de sinais gerados para transmissão:

Sinais analógicos;

Sinais digitais.

Sinais analógicos:Característica:

É ondulatória;

Voltagem varia continuamente em função do tempo;

Típica dos elementos da natureza;

É utilizado amplamente em telecomunicações durantemais de 100 anos.

1 1 1 10 0


Onda senoidal pura

f = 1/T

Tipos de SinaisTipos de Sinais


tempo

volts

+

_


Sinal analógico


RuidoTX RX

O receptor, por ser analógico aceita informação corrompida.


Transmissão analógica com interferência eletromagnética



Sinais digitais:Característica:

As curvas de voltagem x tempo mostram umavariação discreta ou pulsante;

É típica da tecnologia.

Os computadores usam um sistema de informações digital,onde somente são possíveis doisvalores: “0” e “1”.

1 1 1 110 0 00




Tipos de SinaisTipos de SinaisUso de sinais anológicos para criar sinaisdigitais

Jean Baptiste Furrier provou que qualquer sinal periódico,expresso como umafunção do tempo g(t), com período T0, pode serconsiderado como uma soma (possivelmente infinita) de senos ecossenos de diversas freqüências.

Aesta soma dá-se o nome de Série de Furrier:

g(t) = 1/2a0 + Σansen(2πnft) + Σbncos(2πnft)∞ ∞

n=1 n=1

Usando a combinação correta de ondas senoidais, se pode criaruma onda retangular.

Agosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados Agosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados




Vejamos como o ruído elétrico, sem se importar com a origem,afeta os sinais digitais:



Agosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1


Como o próprio nome diz, um sistema binário

contém apenas dois elementos ou estados.

Num sistema numérico isto é expresso como uma

base dois, usando os dígitos 0 e 1.

Esses dois dígitos têm o mesmo valor básico de 0 e 1

do sistema numérico decimal.

Sistema numérico binário

Bits e BytesBits e Bytes


Devido a sua simplicidade, microprocessadores usam osistema binário de numeração para manipular dados;

Dados binários são representados por dígitos binárioschamados “bits”;

O termo "bit" é derivado da contração de "binarydigit". Microprocessadores operam com grupos de"bits" os quais são chamados de palavras;

O número binário 1 1 1 0 1 1 0 1 contém oito “bits”que é chamado de Byte.



Palavras binárias recebem nomes especiais conforme aquantidade de bits utilizada pelas mesmas:

Nibble = 4 bits (24 = 16 variações);

Byte = 8 bits (28 = 256 variações);

Word = 16 bits (216 = 65.536 variações);

Double Word = 32 bits (232 = 4.294.967.296 variações);

Quad Word = 64 bits (264 = 18.446.744.073.709.600.000variações).



Sufixo QuantidadeKilo (K) 210 = 1.024Mega (M) 220 = 1.048.576Giga (G) 230 = 1.073.741.824Tera (T) 240 = 1.099.511.627.776Peta (P) 250 = 1.125.899.906.843.624Exa (E) 260 = 1.152.921.504.607.870.976Zeta (Z) 270 = 1.180.591.620.718.458.879.424Yotta (Y) 280 = 1.208.925.819.615.701.892.530.176

O sufixo K (kilo), que, em decimal, representa 1.000 vezes como emKm e Kg), em binário representa 210 vezes (1.024). Logo, 1 Kbyterepresenta 1.024 bytes, 2 Kbytes = 2.048 bytes.



Modos de OperaçãoModos de Operação

SimplexEx.: Rádio, Televisão, Sensor a enviar informação

Half-DuplexEx.: Rádios CB (“over”), Walkie-talkie(Mecanismo de “ turn around”)

Full-DuplexSimétrico

Ex.: TelefoneAssimétrico (Duplex)

Ex.: Modems com canal de retorno(Mecanismo de “ turn around”)

Modos de Comunicação:



Simplex - Unidirecional

TransmissorTransmissor

TXTX

ReceptorReceptor

RXRX

A B



Half-duplex–Bidirecional (alternadamente)– compartilhao mesmo canal de comunicação – não é possíveltransmitir e receber dados ao mesmo tempo.


TXTX

ReceptorReceptor

RXRX

A B

ReceptorReceptor

RXRX


TXTX

Tradicionalmente a comunicação em redes é half-duplex


Transmissor e Receptor

A B


Full-duplex – Bidirecional (simultaneamente) – A e Bpodem transmitir e receber dados ao mesmo tempo.

Transmissor e Receptor


Com cabos de par trançado de 4 fios, realizamostransmissão Half-Duplex, já com 8 fios realizamostransmissão Full-Duplex;

Esta classificação não significa que estamos utilizandoapenas um cabo, ou um fio, podemos utilizar mais de ummeio físico para realizarmos, por exemplo, a comunicaçãoFull-Duplex;

Os diversos tipos de comunicação podem ser utilizados nasmais diversas topologias.

Comentários sobre os Modos de Operação



RetardoModos de OperaçãoModos de Operação

Retardo de transferência – Pode ser definido como a somados tempos de retardo de transmissão e de acesso. Destaforma para conhecermos o retardo de transferênciadevemos saber o tempo total que uma mensagem levoudesde sua origem até o seu destino. Esta variável assumeuma maior importância em redes que operam em sistemasde tempo real;

Retardo de acesso – É o tempo que a estação (origem damensagem), leva para conseguir transmitir a mensagem esomente ela, após ela já estar pronta;

Retardo de transmissão – É o tempo que a mensagem levapara ir desde suas origem até o seu destino.


Tipos de TransmissãoTipos de TransmissãoModos de Transmissão

Os bits são serializados (bit a bit) através de um únicocanal físico de comunicação, um exemplo deste tipo é acomunicação entre o micro e o teclado, mouse, USB,redes locais;

Somente um fio transmite os dados;

Padrão RS-232;

Avantagem é o limite de comprimento do cabo;

A unidade de medida de velocidade é o bps (bits porsegundo).

Transmissão serial:


Tipos de TransmissãoTipos de TransmissãoTransmissão serial:


Tipos de TransmissãoTipos de Transmissão

Os bits (normalmente um byte) são transmitidossimultaneamente, utilizando vários meios físicos decomunicação;

Em geral, a transmissão paralela é empregada para curtasdistâncias, como a ligação entre a CPU e seus periféricos(micro & impressora, micro & disco rígido), afim de evitar adegradação do sinal e para diminuir a incidência de erros natransmissão;

É necessário um fio para transmitir cada bit de dados;

No caso de uma comunicação paralela de 32 bits, sãonecessários 32 fios.

Transmissão Paralela:


Tipos de TransmissãoTipos de TransmissãoTransmissão Paralela:


Ritmos de TransmissãoRitmos de Transmissão

Os caracteres são transmitidos sob forma de sinais elétricos dedeterminada duração;

Tanto a estação transmissora como a estação receptora possuemum marcador de tempo para determinar a duração dos sinais,sendo que estes marcadores devem estar em sincronia, tanto oda estação transmissora como o da receptora;

Existem basicamente dois tipos de transmissão:

Transmissão Assíncrona;

Transmissão Síncrona.


Ritmos de TransmissãoRitmos de TransmissãoTransmissão Assíncrona

Quando os caracteres são enviados um a um, sem controlede tempo entre um e outro, sendo que o início de cadacaractere é indicado por um bit de início que é chamado deStart Bit e o fim do caractere é indicado por um bit de fimchamado de Stop Bit, que indica o término desse caractere equando um novo start bit for transmitido, indica o início deum novo caractere;

O tempo gasto na transmissão de um caractere depende daduração convencionada para os passos de start e stop e donúmero de bits do caractere;


Ritmos de TransmissãoRitmos de TransmissãoTransmissão Assíncrona – cont.

A característica principal deste tipo de transmissão é que ointervalo de tempo entre dois caracteres não é fixo(exemplo: pessoa digitando texto), então é necessário algumevento que indique ao receptor que a transmissão estainiciando e outro indicando o seu fim;

Normalmente a linha é mantida no estado 1, quando não hátransmissão. O start bit é um 0 (zero) e normalmente o bitstop é 1.

Após começar a transmissão o intervalo entre os bits de dados éuniforme, isto permite distingui-los do bit de partidae de stop.



1 1 1 10 0 0

Starter InformaçãoParidade

StopStarter

Caracter na transmissão assíncrona

0 0 1 0



Acontece quando os caracteres são enviados em blocos etransmitidos em intervalos de tempo definidos e nãoaleatoriamente como no assíncrono, para isso são enviadoscaracteres de sincronismo ao longo da transmissão,sincronizando assim o inicio dos blocos de transmissão;

Esse tipo de transmissão é utilizado em altas velocidades e osequipamentos, para operarem com ela, necessitam de placasque gerem o sincronismo necessário para o envio dos blocosde caracteres, o que aumenta o custo desta forma detransmissão;

Transmissão Síncrona


Existem dois modos de realizar a transmissão síncrona:

O primeiro consiste em enviar um canal separado dos dados,o relógio do circuito transmissor;

A técnica de codificação de dados utilizada nesta solução é,em geral, a NRZ (Non Return to Zero);

0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0

Onda de Relógio

Sinal NRZ

Bits




Esta solução apresenta alguns problemas práticos:

Necessidade de dois canais de transmissão com todaduplicação dos ckts de transmissão, aumentando em muito ocusto;

Exigência dos ckts apresentarem os mesmos retardos detransmissão o que exige que o meio de transmissãoapresentem o mesmo retardo de propagação.

TT

T

Transmissor Receptor

Sinal RecuperadoIntervalos de sinalização Instantes de amostragem


O segundo modo de se realizar uma transmissão síncrona consisteem enviar dados e informação de sincronismo que permitarecuperar o relógio, juntos em um mesmo canal utilizando algumatécnica de codificação;

São várias as técnicas de codificação usuais em redes decomputadores para transmissão de dados e sincronismo em ummesmo canal.

A seguir exemplificaremos duas dessas técnicas, utilizadas nospadrões IEEE 802 (Institute of Electrical and ElectronicsEngineers):



Codificação Manchester:

Modulação em fase dos dadose relógio;

Utilização de apenas um canal de transmissão;

Uma transição positiva representa o bit 1 e uma transiçãonegativa o bit 0;

O sinal carrega seu próprio relógio, pois cada célula possuiuma transição – toda transmissão de bits 0 e 1 implica emtransições do sinal, mas nem toda transição representa umbit;



0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0

Onda de Relógio

Sinal NRZ

Bits

Manchester

Codificação Manchester



0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0

Onda de Relógio

Sinal Transmitido

Bits

Relógio recuperado (T/2 < t < T)

t

T

. . .1 1 0 0 0 1 1 0 1 0

Sinal Recuperado

Recuperação de sinais na codificação Manchester



0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0

Onda de Relógio

Sinal NRZ

Bits

Manchester Diferencial

Codificação Manchester Diferencial




Não há necessidade de bits de partida e de parada, com istoaumenta-se a velocidade de transmissão;Os dois módulos (origem e destino), estabelecem umacomunicação e ficam permanentemente conectados esincronizados;A transmissão SÍNCRONA é caracterizada pelapossibilidade de transmitir um bloco inteiro com adição decontroles apenas no começo e fim do bloco;Por exemplo, os caracteres de controle do protocolo BSC(STX – “Start of TeXt”, ETX – “End of TeXt”).

Transmissão Síncrona


Os Modem’sOs Modem’s

O modem permite a conexão de computador a computadoratravés da linha telefônica;

Velocidade máxima em linhas telefônicas tradicionais é de56 Kbps (Kilo bits por segundo);

Em linhas ISDN (Integrated Services Digital Network) ouRDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) ou DVI (Dados,Voz e Imagem) a velocidade Máxima é de 128 Kbps;

Em linhas como ADSL (Asymmetrical Digital SubscriberLine) e Cable Modem (TV a Cabo) a velocidade depende daoperadora.

Modem – MO dulador/DEModulador





O modem pode ser:

Interno – conectado a um slot da placa-mãe;

Externo – ligado à porta serial do micro ou ligado ao microatravés de uma placa de rede.





O modem Interno:


Os Modem’sOs Modem’sO modem Externo:



O modem USB:



O modem PC Card:



Existem dois tipos de modem’s: ANALÓGICOS e DIGITAIS.



Modem’s Analógicos:



Modem’s Digitais:

São equipamentos que se destinam a tratar o sinal “digital”de tal forma que possa ser transmitido ao longo de um“meio”;

A diferença fundamental em relação aos modem’sanalógicos é que os digitais geram outro tipo de sinal digitalde características diferentes do sinal original, nãoexecutando uma “modulação”, mas sim uma “codificação”;

São normalmente conhecidos como modem’s de bandabase.


Tecnologia Velocidade (Subida/Descida) Comentários

Modem 33,6/53 Kbps Barato e universal; Lento.

Modem Duplex 67,2/112 Kbps Barato e versátil; Velocidade razoável.

ISDN 128/128 KbpsModeradamente rápido; Instalação difícil.

Modem a cabo 10Mbps/42Mbps Alta velocidade no ramo de descida; Cabo difundido pôr muitas casas.

Satélites:DSS (“Direct Satellite System”).

33,6/400 KbpsDisponível mesmo nos sítios remotos; Serviço caro; Instalação um pouco difícil.

ADSL VariávelMuito rápido; Preços razoáveis; Disponibilidade muito limitada.



Arquitetura de Redes Banda LargaEstrutura de rede pública de telecomunicações

Um pouco da história:Alexander Graham Bell patenteou a invençãodo telefone em 1876,algumas horas antes de Elisha Gray.

Inicialmente o mercado era voltado a venda de telefones, que eravendido aos pares e o usuário era quem fazia a ligação dosaparelhos usando um fio.

Logo as cidades ficaram emaranhadas defios que passavam pelas casas e arvorescriando um cenário de totaldesorganização.

Rede totalmente conectadaAgosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados

Um fio era conectado da estação a casa do usuário;

Achamada era feita através de uma manivela;

Um operador fazia a conexão através de um jamper.

Arquitetura de Redes Banda Larga

Em 1878, Bell criou a Bell Telephone Company com a primeiraestação de comutação em New Haven:

Comutador Centralizado

Logo as estações foram se espalhando eas pessoas passaram a querer fazerchamada interurbanas;

A Bell System passou a conectar umaestação de comutação a outra;

Surgiram as estações de segundo nível (5níveis).



Hierarquia de dois níveis

Em 1990 era possível notar a presença de três principais partesdo sistema telefônico:

As estações de comutação;

Pares trançados conectando asestações (isolados e balanceados);

Conexões de longa distânciaentre as estações de comutação.

Apesar de inúmeros avanços, o modelobásico da Bell System permaneceupraticamente intacto por mais de 100anos.



Hoje o sistema telefônico encontra-se organizado com umahierarquia de vários níveis e extremamente redundante.

Loop local

Loop local

Estação final

Estação final

Estação interurbana

Estação interurbana

Estação(ões) de comutação

intermediária(s)

Tronco de conexão

interurbana

Tronco de conexão

interurbana

Troncos interurbanos de altíssima largura de

banda


Hierarquia de Comutação

1

2 3 45

6

79 8

10

1 2 3 65 66 67

1 2 3 227 228 229 230

1 2 3 1297 1298 1299 1300

1 2 3 4 5 200 milhões de telefones 19.000

10 estações regionais(totalmente interconectadas) (45 troncos de fibra ótica)

230 estações principais1300 estações interurbanas

19000 estações terminais

Sistema AT&T

Introdução às redes de computadores

67 estações locais

Comutação

A função de comutação (ou chaveamento) em uma rede decomunicação refere-se à alocação dos recursos da rede(meios de transmissão, repetidores, sistemasintermediários, etc.) para a transmissão pelos diversosdispositivos conectados.

No sistema telefônico são usadas duas diferentes técnicas de comutação:

comutação de circuitos;comutação de pacotes.



Comutação de CircuitosAcomutação de circuitos é bastante usada em sistemas telefônicos;

Os primeiros sistemas telefônicos utilizavam chaveamento físicomanual, através de cabos e conectores;

Mais tarde vieram os relés, permitindo a comutação automática(engrenagem de Strowger);

As linhas entre as centrais passaram a ser multiplexada emfreqüência, utilizando chaveamento de freqüências;

Com a introdução da transmissão digital em sistemas de telefonia,as linhas passaram a ser multiplexadano tempo (TDM síncrono).



Comutação

Numa chamada telefônica, o equipamento de comutação dosistema procura por um caminho físico de “cobre” (incluindofibra e rádio) no trajeto que vai de um telefone a outro.

Esta técnica é chamada de comutação de circuito.

Quando uma chamada passa por uma estação de comutação, é(conceitualmente) estabelecida uma conexão física entre a linhaque transportou a chamada e uma das linhas de saída.



Conexão física de cobreestabelecida quando achamada é feita

Estação de comutação

Comutação de circuitos



Pressupõe um caminho dedicado de comunicação entreduas estações.

A comunicação via comutação de circuitos envolve trêsfases:

1. Estabelecimento do circuito: antes que estaçõespossam se comunicar, um circuito fim a fim tem que serestabelecido. Em cada enlace, um canal é alocado epermanece dedicado a essa conexão até a hora dadesconexão do circuito.

Comutação de Circuitos



2. Transferência de informação: uma vez estabelecida aconexão, os dados podem ser transmitidos e recebidospelas estações envolvidas.

3. Desconexão do circuito: após um certo período aconexão pode ser encerrada, em geral, pela ação de umadas estações envolvidas. Sinais de controle devem serpropagados por todos os nós intermediários do circuitode forma que todos os caminhos sejam desalocados.



Na fase de estabelecimento de conexão, uma mensagemde controle é enviada ao destino. Conforme ela vai sendoroteada (entre os diversos pontos de comunicação entre aorigem e o destino), um caminho vai sendo alocado.Q uando esta mensagem de controle atinge o nó dedestino, um caminho foi totalmente alocado, e umamensagem de controle de confirmação é enviada de voltaao nó de origem.

A partir daí, as estações podem se comunicar através docircuito estabelecido, até o momento em que uma dasestações decida terminar a conexão.

Comutação de CircuitosArquitetura de Redes Banda Larga


Retardo de propagação

T Estabelecimento da conexão

Transmissão da mensagem

Tempo de Transmissão

Termino da conexão

1 2 3 4

Mensagem

Comutação de Circuitos

ACK

Tempo para localizarum tronco de saída



O caminho dedicado entre a origem e o destino pode ser:Um caminho físico formado por uma sucessão deenlaces físicos que permanecem alocados até omomento da desconexão – comutação de circuitosatravés de chaveamento espacial ou físico;Uma sucessão de canais de freqüência alocados emcada enlace. - comutação de circuitos através dechaveamento de freqüências;Uma sucessão de canais de tempo alocados em cadaenlace. - comutação de circuitos através dechaveamento do tempo.

Comutação de CircuitosArquitetura de Redes Banda Larga


Comutação de MensagensNa comutação de mensagens não é necessário oestabelecimento de um caminho dedicado entre asestações.

Se uma estação deseja transmitir uma mensagem, elaadiciona o endereço de destino a essa mensagem que seráentão transmitida pela rede de nó em nó.

Em cada nó, a mensagem inteira é recebida e o próximocaminho da rota é determinado com base no endereçocontido na mensagem.



Comutação de Mensagens

Tempo de espera na fila + tempo de escolha da rotaT

Cabeçalho

1 2 3 4




Algumas características na comutação de mensagensem relação a comutação de circuitos:

Maior aproveitamento das linhas de comunicação, já que oscanais podem ser compartilhados por várias mensagens aolongodo tempo, pois não há alocação dos canais – mensagenssão transmitidas por demanda;

Na comutação de circuitos, pedidos de novas conexõespodem ser recusados, se o tráfego estiver alto. As mensagenssão sempre aceitas em uma rede de comutação pormensagens, o tempo de transferência é que aumenta devidoas filas em cada nó.




A comutação de mensagens não há limite no tamanho do bloco, oque significa que os roteadores devem ter discos para armazenartemporariamente os blocos longos;

Um único bloco pode obstruir uma linha entre roteadores poralguns minutos, tornando a comutação de mensagens inútil para otráfego interativo;

Para contornar esse problema, foi inventada a comutação depacotes.



Comutação de Pacotes

Acomutação de pacotes é semelhante a comutação de mensagens;

A principal diferença é que o tamanho da unidade de dadostransmitida na comutação de pacotes é limitado;

Mensagens com tamanho acima do limite devem ser quebradasem unidades menores denominadas pacotes.

Os pacotes são encaminhados de nó em nó pela rede, sendoarmazenados e retransmitidos sucessivamente. Uma rede queutiliza essa técnica é chamada de rede store-and-forward.



Comutação de Pacotes

T

Cabeçalho

1 2 3 4

Dados

Transmissão dos Pacotes



Diagrama simplificado do comutador knockout - ATM

0 1 2 3 4 5 6 7

01234567

Barramento de difusão

Concentrador

Deslocador

Filas de saída

Linha de saída

Linhas de entrada



"I", de ISDN;

"S", de Symmetric ou ainda Single-line-high-bit-rate;

"H", de High-bit-rate;

"A", de Asymmetric;

"V", de Very-high-bit-rate.

O que é xDSL

xDSL é um termo genérico utilizado para representar todas astecnologias DSL . A letra "x" pode representar uma das seguintesimplementações:

Tecnologia xDSLTecnologia xDSL


O própria tecnologia xDSL é originalmente usada para modem’sISDN.

O ISDN transmite dados em ambas as direções simultaneamente(fullduplex) a 160 kbps em cima dos fios de cobre de até 18,000 pés.O multiplexing e demultiplexing destes dados ocorre em dois canaisde 64kbps de transmissão, mais um canal de controle de 16 kbps, eainda ocorre um pequeno overhead causado pelos equipamentosque transmitem os dados.

Pelos padrões modernos xDSL não sofre nenhum tipo deretransmissão por erros, mas sua implementação padrão ANSIT1.601 ou ITU I.431 emprega cancelamento de ecos para separar osinal transmitido do sinal recebido em ambas as terminações o quetornou bastante popular na época em que foi lançado o produto.



Os modems xDSL usam bandwidth do par-trançado de 0kHz paraaproximadamente 80 kHz.

Modems xDSL estão sendo usados hoje para aplicaçõesdenominadas "pair gain" nas quais os modems xDSL convertemuma única linha POTS em duas, permitindo a instalação elétricaem dois fios. A companhia telefônica apenas instala as funçõesanáloga/digital no par de fios ligado ao modem do cliente e assimtemos duas em um.



Tecnologia xDSLTecnologia xDSLxDSL abrevia a expressão “Digital Subscriber Line” que, emportuguês, significa Linha Digital por Assinatura;

Essa técnica, semelhante ao ISDN, disponibiliza ao usuário umalinha digital, só que agora ela trabalha por pacotes, como umarede;

Com essa técnica, também jogam-se fora os conversores A/D;

A transferência é assimétrica, trabalhando com algo próximo a1,5 Mbps na subida e até 8 Mbps na descida;

Existem diversas variantes e a que está tendo mais aceitação é aADSL (Asymetric Digital Subscriber Line).


É uma tecnologia que permite a transferência digital de dados emalta velocidade por meio de linhas telefônicascomuns;

A tecnologia ADSL basicamente divide a linha telefônica em trêscanais virtuais, sendo um para voz, um para download (develocidade alta) e um para upload (com velocidade média secomparado ao canal de download);

Isso permite que o usuário fale ao telefone e ao mesmo temponavegue na internet, ou seja, não é necessário desconectar parafalar ao telefone;

Para separar voz de dados na linha telefônica, é instalado na linhado usuário um pequeno aparelho chamado Splitter.



O FDM determina uma faixa inferior de dados e outra faixasuperior. A inferior é dividida então através de multiplexação pordivisão de tempo em um ou mais canais de alta velocidade ou emum ou mais canais de baixa velocidade.

A faixa superior está também multiplexada em canaiscorrespondentes de baixa velocidade.

Os modems ADSL dividem a largura de banda disponível deuma linha telefônica em uma das suas duas formas:

Multiplexing por Divisão de Frequência (FDM);

Cancelamento de Eco.



O Cancelamento de Eco sobrepõe a faixa superior na inferior, esepara os dois por meio de cancelamento de eco local, uma técnicaconhecida em modems V.32 e V.34.

Em ambas as técnicas, o ADSL divide uma faixa de 4 kHz da linhacomum até o final da banda.




IDSL - ISDN Digital Subscribe Line, utiliza as mesmas técnicasde codificação ISDN com interfaces BRI (BRI = 2 canais B maisum canal D (2B+D), com o canal D de 16 Kbps) compatíveis,mas apenas para dados.

Assim, os atuais usuários ISDN podem ter os serviços IDSL sema necessidade de nenhum equipamento adicional.

A comunicação é duplex (simétrica) a 128 Kbps, com distânciasque atingem até 6 Km em apenas um par de fios metálicos, eque pode ser estendida utilizando-se repetidores de loop ISDN.



HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Line), possibilitacomunicação simétrica a velocidades T1 (1,544 Mbps) com doispares de fios metálicos ou E1 (2,048 Mbps) com três, a distânciasde até 4 Km. Muitos fabricantes já apresentaram modemsHDSL E1 para uma distância máxima de 5,5 Km e, dependendodo hardware e das características elétricas do fio, pode chegaraté uns 7 Km sem repetidores.

SDSL (Symmetric ou Single-line-high-bit-rate Digital SubscriberLine), é uma versão do HDSL que opera nas mesmas velocidades(T1 ou E1), mas requer apenas um par metálico de até 3,4 Km.



Tecnologia xDSLTecnologia xDSLADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) opera comtransmissões assimétricas a velocidades downstream (sentidorede/assinante) que variam de 1,5 a 9 Mbps, e upstream (sentidoassinante/rede) de 16 a 640 Kbps, atingindo distâncias de até 6Km com apenas um par metálico.

VDSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line), também operacom transmissões assimétricas a velocidades downstreamvariando de 13 a 52 Mbps, e upstream de 1,5 a 2,3 Mbps emapenas um par metálico de até 335 metros, podendo ir até 1,5Km para as velocidades mais baixas. Há fabricantes anunciandomodems VDSL para 26 Mbps a uma distância de até 1 Km (http://www.orckit.com/vdsl.html), incluindo suporte parainterfaces ATM e MPEG-II.


Entidades de Padronização xDSL


O American National Standart Institute (ANSI), trabalhando nogrupo T1E1.4, aprovou recentemente um padrão de ADSL a taxasde até 6.1 Mbps (ANSI Padrão T1.413).

O European Technical Standart Institute (ETSI) contribuiu com umanexo a T1.413 refletindo as exigências européias.

T1.413 incorpora uma única interface terminal.

A Edição II ampliará o padrão para incluir uma interface demultiplexação nos terminais, protocolos para configuração eadministração de cadeia, entre outras melhorias.


O ATM Forum e DAVIC, ambos reconheceram o ADSL como umprotocolo de transmissão de camada física para pares trançadossem blindagem.

O ADSL Forum foi formado em dezembro de 1994 para promovero conceito de ADSL e facilitar odesenvolvimento de arquiteturasdesistema ADSL, protocolos, e interfaces para as principais aplicaçõesADSL.

O Forum tem aproximadamente 300 membros que representam osprovedores de serviço, fabricantes de equipamento, e companhiasde semicondutores de todo o mundo.



Componentes Centrais da Rede ADSL




O cliente não precisa comprar um pacote de TV a cabo;

Não há obrigatoriedade em contrato de permanênciamínima de 24 meses com o ADSL;Não há limite de download de arquivos;

Mais segurança (conexão ponto a ponto) ;Possui 3 velocidades à sua escolha;Tecnologia de ponta;O cabo pode ficar congestionado. O ADSL não, pois a bandanão é partilhada com outros usuários. Além de tudo isto oADSL é mais veloze mais barato que a conexão via cabo.

Vantagens do ADSL em relação às conexões via cabo.




Estrutura de Rede ADSL


ADSL - Implementação



Modalidade Velocidade Usuário−Provedor (Upstream) VelocidadeProvedor−Usuário (Downstream):



Conceitos Básicos

Uma rede de computadores é formada por um conjunto de

módulos processadores (MPs) capazes de trocar informações e

compartilhar recursos, interligados por um sistema de

comunicação;

O sistema de comunicação – arranjo topológico interligando os

vários módulos processadores através de enlaces físicos (meios

de transmissão) e de um conjunto de regras e convenções

(protocolos) com o fim de organizar a comunicação.



Sistema de Comunicação



Redes de computadores são ditas:

Confinadas – distancias entre os módulos processadores sãomenores que alguns poucosmetros;

Redes Locais - distancias entre os módulos processadores seenquadram na faixa de alguns poucos metros a algunspoucos quilômetros;

Redes Geograficamente Distribuídas – sistemas cujadispersão é maior que alguns poucosquilômetros.


possibilitar o compartilhamento de informações (programas edados) armazenadas nos computadores darede;permitir o compartilhamento de recursos associados àsmáquinas interligadas;permitir a troca de informações entre os computadoresinterligados;permitir a troca de informações entre usuários doscomputadores interligados;possibilitar a utilização de computadores localizadosremotamente;permitir o gerenciamento centralizado de recursos e dados;melhorar a segurança de dados e recursos compartilhados.

Os principais motivos que levam a implantação de uma rede de computadores são:



A B C

A

A

A

ACA C

CC

A C A C A C A C



PrintA B C


Pessoas e empresas pensam em implementar uma rede por doismotivos basicamente, tendo em vista o aumento da produtividadedo trabalho:

Troca de dados (arquivos, e-mails, etc...);Compartilhamento de periféricos(impressora, modems, unidades de CD-ROM, etc..).


Banda Passante

Banda passante de um sinal é o intervalo de freqüências quecompõem este sinal;

A largura de banda desse sinal é o tamanho de sua bandapassante (ou seja, a diferença entre a maior e a menorfreqüência que compõem o sinal);

Nenhum meio de transmissão é capaz de transmitir sinaissem que haja perdas de energia durante o processo.

Perdas de energia significam reduções na amplitude de sinaiscomponentes;



Canal de Comunicaçãomeio físico pelo qual os sinais trafegam

Não se trafega qualquer sinalsó os que possuem freqüência entre determinadosvalores limites (superior e inferior)

Bandafaixa do espectro de freqüências em que ocorreuma transmissão

por exemplo: definida entre 16KHz e 20KHzBanda Passante, largura de banda

é a diferença entre a freqüência mais alta e afreqüência mais baixa

Banda Passante



Banda Passante

A proporção da perda para cada freqüência do espectro éuma característica do meio;

O meio de transmissão atua como um filtro sobre o sinal, quesofrerá uma perda em cada uma de suas componentes deacordo com a curva característica do ganho daquele meiofísico, ocasionando distorções no sinalresultante;

Chamaremos de banda passante do meio físico aquela faixade freqüências que permanece praticamente preservada pelomeio.

Sempre que a banda passante de um meio físico for maior ouigual à banda passante necessária para um sinal, podemosutilizar este meio para a transmissão do sinal.



Banda Passante


Na prática, abanda passante necessária para um sinal é, em geral,bem menor que a banda passante dos meios físicos disponíveis.

Desperdício

0Hz

Banda passante necessária para o

sinal.

Banda passante do meio físico


Qualquer canal de transmissão pode ser caracterizado por umacurva de resposta em freqüência que condiciona de modo decisivo atransmissão do sinal.

banda-base (sinais digitais) banda-passante

sinais analógicos

Largura de banda



Faixa Estreita (Narrow Band)

linhas de baixa velocidade

Faixa Média (Voice Band)

linhas telefônicas

voz humana

Faixa Larga (Wide Band)

permite transmissões de alta velocidade

HertzHertz

3.4003.400

300300

00

Faixa Faixa EstreitaEstreita

Faixa Faixa MédiaMédia

Faixa Faixa LargaLarga



A capacidade de um canal é a taxa de transmissão máxima(bps) que é possível usar nesse canal;

A capacidade de um canal está diretamente relacionada coma sua largura de banda, mas depende de outros fatores, emespecial do ruído presente e dos métodos de codificaçãousados.

Taxa de transmissão máxima de um canal


Largura de banda é a medida da quantidade de informaçãoque pode ser transferida de um lugar para o outro em umdeterminado período de tempo.

Há dois usos comuns da expressão largura de banda: um serefere a sinais analógicos, o outro, a sinais digitais.




A largura de banda é um elemento muito importante da rede, aindaque seja um pouco abstrato e difícil de entender.

Veremos três analogias que podem ajudá-lo a entender o que é alargura de banda:

Alargura de banda é como o diâmetro de um cano;

Largura de banda é como o número de pistas de umarodovia;

A largura de banda é como a qualidade do som em umsistema de áudio.




A largura de banda é como a largura dos tubos

Os dispositivos de rede são como bombas, válvulas, encaixes e torneiras.

Os pacotes são como a água.


A largura de banda é como o número de pistas

Os dispositivos de rede são como os acessos, os sinais, a sinalização e os mapas.

Os pacotes são como os veículos



A largura de banda (digital) é como a largura de banda analógica

Os dispositivos da rede são como fones, rádios AM/FM e CD players

Os pacotes são como a música


Alargura de banda tem limitações.

Não importa como são enviadas as mensagens, ou quemeio físico é usado, a largura de banda é limitada.

Isso se deve tanto às leis da física quanto aos atuaisavanços tecnológicos.

Veremos a seguir duas ilustrações exemplificando aslimitações da largura de banda:





Agosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados Professor José Aristides Agosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados

Throughput de dados em relação à largura de banda digital

Throughput se refere à largura de banda real, medida a

uma determinada hora do dia, com o uso de rotas

específicas da Internet, enquanto é feito download de um

determinado arquivo.

Infelizmente, por muitas razões, o throughput é muito

menor que a largura de banda digital máxima possível do

meio que está sendo usado.



Alguns dos fatores que determinam o throughput e alargura de banda estão listados abaixo:

dispositivos de internetworkingtipos de dados sendo transferidostopologianúmero de usuárioscomputador do usuáriocomputador servidorfalhas de energia ou induzidas pelo tempo




Ao se projetar uma rede, éimportante que se leve emconta a largura de bandateórica. Sua rede não serámais veloz do que o seumeio permitir. Quando vocêrealmente trabalhar comredes, você vai querermedir o throughput edecidir se o throughput éadequado ao usuário.




O que levaria menos tempo, enviar um disquete (1.44MB) cheio de dados por uma linha ISDN ou enviar umdisco rígido de 10 GB cheio de dados por uma linha O C-48?

Dados:ISDN 128 Kbps;

O C-48 2.488 Gbps;T = S

BW

Resolva o problema:



Multiplexação


Sempre que a banda passante de um meio físico for maiorou igual à banda passante necessária para um sinal,podemos utilizar este meio para a transmissão do sinal.

Desperdício

0Hz

Banda passante necessária para

o sinal.

Banda passante do meio físico



Pergunta:

Se a banda passante do meio físico é sempre maior que abanda passante necessário do sinal, como poderemosaproveitar o restante da banda para evitar o desperdício?

Resposta:

Utilizando uma técnica que permite a transmissão demais de um sinal em um mesmo meio físico, chamadaMultiplexação.

Multiplexação



Multiplexar

É colocar, em um mesmo enlace de comunicação,diversos canais independentes.


A fim de se otimizar a utilização dos meios detransmissão, foram desenvolvidas as técnicas demultiplexação que permitem que o mesmo meio sejacompartilhado por várias comunicações.

O compartilhamento do meio por diferentes sinais deinformação pode ser feito no domínio do tempo, atravésda técnica TDM ("Time Division Multiplexing"), ou nodomínio da frequência, através da técnica FDM("Frequency Division Multiplexing").


Multiplexação


0Hz

S1

S2

S3S1 S2 S3

FDM – Frequency Division Multiplexing(Multiplexação por Divisão de Freqüência)

Consiste em passar um filtro em cada um dos sinais de forma apreservar somente a faixa relativa à banda passante de cada umdeles, e deslocar estas faixas de freqüência originais sem que umsinal interfira no outro (passam a ocupar três faixas disjuntas, semsobreposição). Esta técnica que permite esse deslocamento ou shiftde freqüências são conhecidas e denominadas técnicas demodulação.




Técnicas de Multiplexação - FDM

Multiplexação Analógica:

Desloca os canais em freqüência, colocando-os lado alado ao longo da faixa de freqüência do enlace.

Esta técnica é conhecida como Multiplexação por Divisãoem Freqüência - MDF (em inglês Frequency DivisionMultiplex ou FDM ).



Multiplexação por Divisão em Freqüência (FDM):



O s esquemas FDM utilizados em todo mundo têm umcerto grau de padronização.

Um padrão muito difundido são os 12 canais de voz de4.000 Hz (3.000 para o usuário, mais duas bandas deguarda de 500 Hz cada) multiplexados na banda de 60 a108 KHz.

Essa unidade é chamada de grupo.

Muitas concessionária de comunicação oferecem aosclientes um serviço de linha privada baseado nos grupos.




≈≈

≈

60 64 68 72

≈

60 64 68 72

Canal 1

Canal 2

Canal 3

Canal 1Canal 2

Canal 3

Freqüência (KHz)

Freqüência (KHz)Fato

r de a

tenu

ação

1

1

1




Hierarquia FDM

Hierarquia do Multiplex FDM:

• Grupo = 12 canais;

• Super Grupo = 60 canais (5 grupos);

• Grupo Mestre = 300 canais (5 super grupos);

• Super Grupo Mestre = 900 canais (3 grupos mestres);

• Banda Básica 60 MHz = 10800 canais (12 supergrupos mestres).


Multiplexação por Divisão de Freqüência


Modulador

Filtro

TX 1

DemoduladorFiltro

RX 1Modulador

Filtro

TX 2

DemoduladorFiltro

RX 2

Modem

ƒ1 ƒ2


Modulator

Demodulator

Filter and mixer

Frenquency synthesizer

Filter and mixer

TX

RX

RF out

RF in

.Signal combiner/spliter

Coaxialcable


Modem


ModulaçãoÉ variar uma das características de uma energia portadora, deacordo com as variações de um sinal que carrega informação.



Todas a s técnicas de modulação envolvem o deslocamentodo sinal original de sua faixa de freqüência original parauma outra faixa.

O valor desse deslocamento corresponde à freqüência deuma onda denominada portadora.


Modulação


TX RX

Modulador

Demodulador

Sinal Digital Sinal Digital

Sinal AnalógicoSinal Analógico


Modulação

Filtro

Filtro



A energia portadora permite atingir distâncias muitomaiores que o sinal original, no meio escolhido (fiometálico, fibra óptica ou espaço livre).

Existem três técnicas básicas de modulação:

Vantagem da modulação:

modulação em amplitude (Amplitude Modulation) - AMmodulação em frequência (Frequency Modulation) - FMmodulação em fase (Phase Modulation) - PM



Para sinais digitais, as técnicas de modulação assumemoutras denominações:

Modulação por Chaveamento da Amplitude(Amplitude Shift Keying) – ASK;

Modulação por Chaveamento da Freqüência(Frequency Shift Keying) – FSK;

Modulação por Chaveamento de Fase (Phase ShiftKeying) – PSK.



1 1 1 110 0 00Sinal Digital

Onda Portadora

Sinal ASK

Sinal FSK

Sinal PSK


Como a maior parte das distorções ou ruídos atuammodificando a amplitude do sinal, este método demodulação é bastante sensível à interferências.

Além disto, devemos garantir uma resposta de amplitudeestável no meio de transmissão, para que eventuaisalterações de amplitude provocadas pelo meio não sejaminterpretadas como modulação da portadora.

ASK (Amplitude Shift-Keying) : modulação por amplitude.




No caso da transmissão digital binária, a modulação FSKdetermina duas frequências diferentes para identificar osvalores 0 e 1. Mais resistente à interferências, amodulação FSK é geralmente utilizada para baixasvelocidades.

A taxa de sinalização corresponde, neste tipo demodulação, à metade da largura de faixa necessária paratransmissão, o que caracteriza este sistema como umsistema de faixa larga.

FSK (Frequency Shift-Keying) : modulação por freqüência.


Coerente : apesar da modulação com base nafreqüência, não ocorre mudança de fase para dígitosdo mesmo valor.

Não Coerente : pode ocorrer variação de fase paradígitos do mesmo valor.

Existem dois tipos de modulação PSK :


PSK (Phase Shift-Keying) : modulação por fase.



Técnicas de Modulação - AMModulação em Amplitude:Altera a amplitude da portadora de acordo com o sinalmodulador.



Técnicas de Modulação - FMModulação em Frequência:Altera a frequência da portadora de acordo com o sinalmodulador.



Técnicas de Modulação - PMModulação em Fase:Altera a fase da portadora de acordo com o sinalmodulador.


PCM - Pulse Code Modulation

Ainformação de voz é originalmente analógica.

Para utilizarmos as vantagens da transmissão digital,devemos codificá-la em um sinal digital antes datransmissão.

O s dispositivos capazes de codificar informaçõesanalógicas em sinas digitais são denominados CO DECs(CO Der/DECoder).

A técnica PCM é baseada no teorema de Nyquist (outeorema da amostragem).




Digitalização de Sinais:Um sinal analógico pode ser digitalizado usando-se oseguinte teorema:“Se um sinal for amostrado com, no mínimo, o dobro damáxima freqüência nele contida, ele poderá serrecuperado integralmente.”(Teorema da Amostragem ou Teorema de Nyquist)Exemplo:Um sinal de voz com freqüência máxima de 4 KHz deveser amostrado a uma taxa de (no mínimo) 8000amostragens/segundo.



Digitalização - PCM

Modulação por Codificação de Pulsos (MCP)

O processo de digitalização usando PCM segue trêsetapas:

1- Amostragem do sinal analógico.2- Q uantização dos valores.3- Codificação dos valores em binário.


Utilizando a taxa de amostragem maior ou igual a 2W, o sinaloriginal deve ser amostrado e, a cada amostra, deve-se associar umvalor proporcional à amplitude do sinal naquele ponto. Esteprocesso é conhecido como PAM (Pulse Amplitude Modulation).

A partir dos pulsos PAM, podemos produzir os pulsos PCMatravés de um processo conhecido como quantização, onde cadaamostra PAM é aproximada a um inteiro de n bits.

No caso do sinal de voz, se assumirmos que a banda passantenecessária desses sinais tem largura igual a 4.000 Hz, a taxa deamostragem de Nyquist é, nesse caso, igual a 8.000 amostras porsegundo. Codificando cada amostra com oito bits, a taxa geradaserá: 8.000 x 8 = 64 Kbps.




Digitalização - PCM


100 110 011 010 101 001 001 101 111 010100110011010101001001101111010

76543210

76543210

Saída PCM

Pulsos PCM

Pulsos PAM

Sinal Original


Técnicas de Multiplexação - TDM

Multiplexação Digital:

Trabalha com canais PCM (Pulse Code Modulation),intercalando-os no tempo. O tempo é dividido em quadrose cada quadro contém uma seqüência de bits com 1 bit decada canal.

Esta técnica é conhecida como Multiplexação por Divisãono Tempo - MDT (ou TDM - Time Division Multiplex).



Multiplexação por Divisão em Tempo (TDM):


A multiplexação por divisão do tempo se beneficia do fato de que acapacidade (em quantidade de bps) do meio de transmissão, emmuitos casos, excede a taxa média de geração de bits das estaçõesconectadas ao meio físico.

Quando isto ocorre, vários sinais podem ser transportados por umúnico caminho físico, intercalando-se porções de cada sinal notempo.

Amultiplexação no tempo pode ser classificada em:

TDM Síncrono

TDM Assíncrono ou Estatístico



O domínio do tempo é dividido em intervalos de tamanhofixo T chamados frames; cada frame é subdivido em Nsubintervalos {t1, t2, ..., tn} denominados slots ousegmentos que formam uma partição dos frames.

O canal é o conjunto de todos os segmentos, um em cadaframe, identificado por uma determinada posição fixadentro desses frames.

TDM Síncrono



TDM Síncrono


Canais podem ser alocados a estações que desejem

transmitir.

Cada estação deverá esperar o slot correspondente dentro

de cada frame, quando então poderá transmitir durante o

tempo daquele slot, utilizando a taxa de transmissão

máxima suportada pelo meio físico.



t1 t2 .... tn t1 t2 .... tn

t

T T....

TDM Síncrono

Frame

slots ou segmentos

Canal


A

B

C

D

t1 t2

Para o meio físico

A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2

Dados Banda desperdiçada

Primeiro ciclo Segundo cicloT

Desperdício de capacidade em sistemas com TDM síncrono



TDM Assíncrono ou TDM Estatístico (Statistical TDM)


É uma alternativa que procura eliminar o desperdício decapacidade existente no TDM Síncrono.Nesse esquema, não há alocação de canal nem estabelecimento deconexão.Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente de acordo com ademanda das estações.Nenhuma capacidade é desperdiçada, pois o tempo não utilizadoestá sempre disponível caso alguma estação gere trafego e desejeutilizar o canal de transmissão.Em compensação, cada unidade de informação transmitida devesempre conter um cabeçalho com os endereços de origem e dedestino.


TDM Assíncrono ou TDM Estatístico (Statistical TDM)


A

B

C

D

t1 t2

Para o meio físico

A1 B1 B2 C2

Cabeçalho

Capacidade extra disponível

T



Hierarquia TDM

Hierarquia do Multiplex TDM:

1ª O rdem = 30 canais ( 2 048 kbps)



4ª O rdem = 1 920 canais (139 264 kbps)

5ª O rdem = 7 680 canais (565 148 kbps)


Detecção e correção de erros

Técnicas de Detecção de Erros

Todos os métodos de detecção de erros são baseados na inserção debits extras na informação transmitida.

Vários algoritmos para geração de bits de redundância já forampropostos e podem ser encontrados na literatura, como em[Stallings 85] e [Tanembaum 89].

As duas principais técnicas são:

Paridade e CRC



Paridade

Consiste na inserção de um bit de paridade ao final de cadacaracter de um quadro;

O valor desse bit é escolhido de forma a deixar todos os caracterescom o número par de bits (paridade par) ou com número impar debits (paridade impar);

Paridade impar – 1110001 11100011 = 5 bits “1”;

Paridade par – 1110001 11100010 = 4 bits “1”.

Bit de paridade


1 1 1 10 0 0

Starter InformaçãoParidade

StopStarter

Caracter na transmissão assíncrona

0 0 1 0


Paridade



CRC

CRC – Código de Redundância Cíclica ou Código Polinomial sebaseia no tratamento de cadeias de bits como representações depolinômios com coeficientes de 0 e de 1 apenas.

Um quadro de k bits é considerado como um conjunto decoeficientes de um polinômio com k termos, variando de xk-1 a x 0 –(diz-se que esse polinômio tem grau k-1).

Ex.: o quadro 10110001 tem 8 bits, portanto representa umpolinômio de 8 termos x 7 + x5 + x4 + x 0.



CRC

No transmissor o polinômio de ordem k-1 é dividido, em aritméticamódulo 2, por um polinômio gerador de ordem n, tendo comoresultado um quociente e um resto de ordem n – 1.

O transmissor gera em sua saída os k bits originais, seguidos dos nbits correspondentes ao polinômio obtido como resto da divisão(chamado de Frame Check Sequence – FCS).

Um processo análogo é realizado no receptor. – o resto da divisão écomparado com os n últimos bits recebidos no quadro. Se os bitsforem iguais, o receptor assume que recebeu os dados sem erro.



CRC

Os seguintes polinômios se tornaram padrões internacionais:

CRC – 12 = x 12 + x 11 + x 3 + x 2 + x + 1

CRC – 16 = x 16 + x 15 + x 2 + 1

CRC – CCITT = x 16 + x 12 + x 5 + 1

CRC – 32 = x 32 + x 26 + x 23 + x 22 + x 16 + x 12 + x11 + x 10 + x 8 + x 7

+ x 5 + x 4 + x 3 + x 2 + x + 1



CRC

O esquema baseado em CRC – 12 é utilizado em seqüênciasde caracteres de seis bits gerando um FCS de 12 bits;

Tanto o CRC – 16 quanto CRC – CCITT são popularespara seqüências de caracteres de oito bits, na Europa eEUA, respectivamente, ambos resultando em FCS de 16bits;

O CRC – 32 foi o escolhido pelo comitê IEEE-802 para serutilizado em redes locais, gerando um FCS de 32 bits.



Meios de TransmissãoO objetivo da camada física é transmitir bits de uma máquina paraoutra. Vários meios físicos podem ser usados pela transmissão real.Cada uma tem seu próprio nicho em termos de largura de banda,retardo, custo e facilidade de instalação e manutenção.

Os meios físicos são agrupados em meios guiados, como fios decobre e fibras óticas, e em meios não-guiados, como as ondas derádio e os raios laser transmitidos pelo ar.

Microondas Terrestres:

Meios de TransmissãoCabo Coaxial:

Comparado ao par de fios, reduz as perdas por irradiação,aumenta a imunidade a interferências externas e suporta um maiornúmero de canais.

Operam na faixa de 60 MHz com capacidade para 10 000 canaistelefônicos, atendendo a tráfego interurbano entre cidadespróximas (necessitam de repetidores a cada poucos km).


Constituição condutor interno cilíndrico

no qual é injetado o sinal condutor externo

separado do condutor interno por um elementoisolante

capa externaevita irradiação e a captação de sinais

Meios de Transmissão


Existe uma grande variedade de cabos coaxiais cada uma com suas características específicas



Conectores



Conector BCN desmontado Conector T na placa de rede

Terminador



Descascador de cabos coaxiais

Alicate de crimpagem



Características cabos de mais alta qualidade não sãomaleáveis

são difíceis de instalar cabos de baixa qualidade

podem ser inadequados para altas velocidades e distânciasmaiores

possui características elétricas que lhe permitem suportarvelocidades da ordem de megabits por segundo

sem necessidade de regeneração do sinal e sem distorçõesou ecos

comparado ao par trançadocabo coaxial tem uma imunidade a ruído bem melhorcabo coaxial é mais caro do que o par trançado

mais elevado custo das interfaces para ligação ao cabo



Desvantagensproblema de mau contato nos conectores utilizadosdifícil manipulação do cabocomo ele é rígido, dificulta a instalação em ambientes

comerciaispor exemplo, passá-loatravés de conduítes

problema da topologiamais utilizada com esse cabo é a topologia linear

(barramento) faz com que a rede inteira saia do ar caso haja o

rompimento ou mau contato de algum trecho docabeamento da rededifícil determinar o ponto exato onde está o problema

No passado esse era o tipo de cabo mais utilizadopor causa de suas desvantagens está cada vez mais caindoem desuso



Cabo coaxial para redes Ethernet Cabo coaxial usado em rede possui impedância de 50 ohms

cabo coaxial utilizado em sistemas de antena de TV possuiimpedância de 75 ohms

Existem dois tipos básicos de cabo coaxialfino (10Base2) e grosso (10Base5)



Cabo Coaxial Fino (10Base2) cabo coaxial mais utilizado também chamado "Thin Ethernet" ou 10Base2

"10" significa taxa de transferência de 10 Mbps"2" a extensão máximade cada segmento da rede

200 m (na prática 185 m)



Meios de Transmissão Cabo Coaxial Grosso (10Base5 ou "Thick Ethernet")

pouco utilizado 10Base5

“10” significa 10 Mbps de taxade transferênciacada segmento da rede pode ter até 500 metrosconectado à placa de rede através de um transceiver


Meios de TransmissãoPar Trançado

Constituição dois fios de cobre são enrolados em espiral de forma a

reduzir o ruído e manter constante as propriedadeselétricas do meio através de todo o seu comprimento transmissão no par trançado pode ser tanto

analógica quanto digital.


Comitê de normalização Internacional IEEE formado pelasempresas americanas Electrical Industrial American EIA, e asTelecomunications Industrial American TIA, se uniram no intúitode pesquisar e produzir um meio de comunicação eficiente e seguropara as Redes de computadores. Desenvolvendo o Standard 10BASE T em 1988.

Surgiu assim, na Bell Laboratories o cabo UTP sem blindagem(Unshilded Twisted Par), ou seja, o par torcido sem blindagem.

A teoria é que, um par de fios torcidos cria uma espira virtual comcapacitância e indutância, suficientes para ir cancelando o ruídoexterno através de suas múltiplas espiras, ou seja, o campomagnético formado pela espira X, é reverso da espira Y, e assimpor diante.




Meios de TransmissãoSe num dado momento o cabo sofrer uma interferência, esta seráanulada na inversão dos pólos das espiras.


O ruído é cancelado pelamudança de polaridade dosinal através das múltiplasespiras.

Este fenômeno foi descobertopela Bell Company, que é aatual AT&T ou LucentTechnology.

Atualmente os cabos UTPssão fabricados com 4 (quatro)pares, ou seja, 4 (quatro) fiostorcidos num só cabo.




Pinagem par trançado é composto de oito fios (4 pares)

cada um com uma cor diferente cada trecho de cabo par trançado utiliza em suas pontas

um conector do tipo RJ-45 possui 8 pinos, um para cada fiodo cabo



Características taxas de transmissão podem chegar até a ordem de

uma centena de megabits por segundodependendo da distância, técnica de transmissão e

qualidade do cabo perda de energia aumenta com o aumento da

distânciaaté chegar a um ponto onde o receptor não

consegue mais reconhecer o sinalenergia pode ser perdida com a radiação ou o

calor



Meios de TransmissãoDesvantagem é sua susceptibilidade a ruídos

podem ser minimizados com uma blindagem adequada provocados por interferência eletromagnética

se o cabo tiver de passar por fortes camposeletromagnéticos,

especialmente motores, quadros de luz, geladeiras, etc.campo eletromagnético impedirá um corretofuncionamento daquele trecho da rede

se a rede for ser instalada em um parque industrial - onde ainterferência é inevitável

outro tipo de cabo deve ser escolhido para a instalação darede

cabo coaxial ou a fibra ótica


Meios de TransmissãoTipos de par trançado não blindado (UTP- Unshielded Twisted Pairs) blindado (STP- Shielded Twisted Pairs)

blindagem ajuda a diminuir a interferênciaeletromagnética

aumenta a taxa de transferência obtidana prática


Meios de TransmissãoUTP são classificados em cinco categorias categoria 1: utilizado em sistemas de telefonia categoria 2: utilizado em baixas taxas categoria 3: cabos com velocidade de 10 Mbps categoria 4: com velocidades de até 16 Mbps categoria 5: com taxas típicas de até 100 Mbps


Pares trançados STP são confeccionados obedecendo a padrões industriais que

definem suas características classificados em tipos: 1, 1A, 2, 2A, 6, 6A, 9 e 9A

apresentam diferenças de parâmetros tais como odiâmetro do condutor e material usado na blindagem




T568A T568B


1- Branco com Verde +TD2- Verde - TD3- Branco com Laranja + RD4- Azul ------5- Branco com Azul ------6- Laranja - RD7- Branco com Marrom ------8- Marrom ------

Padrão de fiação T568A



1- Branco com Laranja2- Laranja3- Branco com Verde4- Azul5- Branco com Azul6- Verde7- Branco com Marrom8- Marrom

Padrão de fiação T568B




Fibra Óptica:

AA diferençadiferença entreentre osos índicesíndices dede refraçãorefração dodo núcleonúcleo ee dadacascacasca confinaconfina osos raiosraios dede luzluz laserlaser dentrodentro dodo núcleonúcleo dadafibrafibra..FisicamenteFisicamente muitomuito menormenor ee maismais leveleve queque oo cabocabocoaxial,coaxial, apresentandoapresentando aindaainda totaltotal imunidadeimunidade aainterferênciasinterferências externasexternas ee enormeenorme capacidadecapacidade paraparacomunicaçãocomunicação (ordem(ordem dede milhõesmilhões dede canaiscanais telefônicos)telefônicos)..


Constituição núcleo e a casca são feitos de sílica dopada ou plástico

no núcleo é injetado um sinal de luz proveniente de umLED ou laser que percorre a fibra se refletindo na cascaao redor existem outras substâncias de menor índice derefração

fazcom que os raios sejam refletidos internamente

minimizando assim as perdas de transmissão



Fibra Multimodo não necessita uso de amplificadores tem capacidade de transmissão da

ordem de 100 Mbps a até cerca de 10 km

mais empregadas em redes locais

Fibra Monomodo alcança velocidades em Gbps a uma

distância de cerca de 100 km empregadas em redes de longa

distância requer fonte de lazer



Conector



Vantagens características de transmissão superiores aos cabos

metálicospor utilizar luz tem imunidade eletromagnética

ideal para instalação de redes em ambientes com muitainterferência

Desvantagens seu custo é superior é mais frágil requerendo que seja encapsulada em

materiais que lhe confiram uma boa proteção mecânica necessita de equipamentos microscopicamente precisos

para sua instalação e manutençãodifícil de ser remendada




multimodo degrau: com núcleo uniforme de 50 µm, defabricação mais simples mas com maior problema dedispersão da luz;multimodo gradual: com núcleo de 50 µm com refraçãogradual ao longo do raio, reduzo problema de dispersão;monomodo: com núcleo uniforme de 9 µm, praticamenteelimina a dispersão, permitindo melhores taxas decomunicação a maiores distâncias.

Fibras monomodo podem transmitir 565 Mbps até 40 km ou 140Mbps até 70 km, sem repetidores, concorrendo com os caboscoaxiais e microondas terrestres para tráfego interurbano.

Tipos de fibra:




Redes ÓpticasFibras ópticasTransmissão óptica

WDM

Terminais de linha óptica (O LT)

Amplificadores ópticos (O A)

Multiplexadores ópticos (O ADM)

Comutadores ópticos (O XC)



Fibras Ópticas


O que é uma fibra óptica?Uma fibra óptica é um guia de ondas para a luz

core parte interna onde a onda se propaga

cladding parte externa para manter a onda no núcleo

buffer revestimento protetor

jacket proteção externa


Tipos de Fibras

Multimodo

Monomodo


Comprimento de Onda

Um comprimento de onda é a distância entre asunidades que se repetem de um padrão deonda;É representado pela letra grega lambda ;Também chamado de canal óptico, lambda,caminho de luz ou rastro de luz;Em redes ópticas modernas, vários sinaispodem trafegar em vários comprimentos deonda simultaneamente.


Cliente

Enlace ponto a ponto

SDH STM-64 / SONET OC-192 – 10 Gbps

Transmissão Óptica

Cliente


TX RX

OA


Cliente



Com amplificador óptico

Cliente


OA

TX RX


OAOA



Com vários amplificadores ópticos

Problemas Expansão de capacidade requer

instalação de novas fibras Extensão de distância requer

amplificadores para cada fibra

Cliente Cliente


Sistemas WDM

WDM – Wavelength Division MultiplexingMultiplexação por Divisão de Comprimento deOnda

Possibilita a divisão de uma fibra emvários comprimentos de ondaCWDM

Coarse WDM: abaixo de 8 lambdas

DWDMDense WDM: 8 lambdas ou mais


WDM

MU

X

DE

MU

X

TX RX

OA OA OA

OLT OLT


WDM: Multiplexação

Mul

tiple

xado

r

1, 2, 3, 4

1

2

3

4


WDM: Demultiplexação

Dem

ultip

lexa

dor

1, 2, 3, 4

1

2

3

4


Arquitetura de Redes Ópticas

Principais componentesTerminais de linha óptica (OLT)

Amplificadores ópticos (OA)

Multiplexadores ópticos (OADM)Comutadores ópticos (OXC)

ClientesTerminais SDH/SONETTerminais ATMRoteadores IP


Arquitetura de Redes Ópticas

OXC

OLT

λ2

OXCOXC

λ2

λ1

λ1λ 2

λ1λ1

TerminalSONET

RoteadorIP

Amplificador

Roteador IP

OADM TerminalATM

Lightpath

RoteadorIP

RoteadorIP


Sistema WDM Ponto-a-Ponto de Longa Distância

Terminal de Transmissão Terminal de Recepção

ElementoIntermediário


Terminal de Linha Óptica OLT

Elementos de rede utilizados no início e no fim de umenlace para multiplexar e demultiplexar comprimentosde onda

Transponder

Adapta o sinal de entrada (de um cliente) para umsinal que possa ser utilizado na rede óptica

É desnecessário quando a interface cliente possuifunções de adaptação de comprimentos de onda

Converte comprimentos de onda

Responsável pela maior parte do custo em um OLT


Terminal de Linha Óptica OLT


Amplificadores Ópticos

Os sinais ópticos são atenuados (perdem a força)durante propagação na fibra ópticaPara garantir a integridade em grandes distâncias, osinal precisa ser amplificadoAtualmente:umamplificador a cada 80-120 km

Lambdas sofrematenuações diferentesO nível de potência em um canal é influenciado poroutros lambdas

Tirar e incluir lambda ou falha de lambdaAmplificadores emcascata piorama situação

Controle automático de potência (AGC) é necessáriopara manter a potência de saída constate


Amplificadores Ópticos


Multiplexadores Ópticos

OADM - Optical Add/Drop MultiplexersSão usados para InserirInserir ((addadd)) e ExtrairExtrair((dropdrop)) canais ópticos de uma transmissãoSão utilizados como uma solução maisbarata, em vez de usar um par de OLTsem cada nó

A maioria dos lambdas passa direto em um nóóptico, ou seja, não são destinados àquelalocalidade


Multiplexadores Ópticos

Nó A

OADM (ADD/DROP)

Nó CNó B

Nó A Nó CNó B

OLT OLT OLT OLT

OLT OLT


Add-Drop fixo

AddDrop

Demux Mux


Add-Drop configurávelComponentes e tecnologias

Mux e demux: waveguides ou filtrosChaves ópticas: waveguides ou MEMS

Add

Demux Mux

Chave

DropAgosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados

Comutadores Ópticos

OXC (Optical Crossconnect)Fazem o aprovisionamento dos caminhosópticos, comutando os lambdas de entradaaos lambdas de saídaTipos: Conversão opto-elétrica

Transparente:não faz conversão (O-O-O)PXC: Photonic Crossconnect

Opaco: faz conversão (O-E-O)OXC



Um OXC necessita de um plano de controle para configurá-lo dinamicamente

Funções:

Aprovisionamento: principal função

Escalabilidade: grande número de portas e lambdas

Proteção: estabelecimento de novas rotas em caso de falhas

Conversão de lambda: além de comutar, alguns OXCs podem converter um lambda de entrada em outro lambda de saída (ex: 1 em 2)

É caro e complexoAgosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados


OXCOXC




Comutadores ÓpticosLOCAL ACCESS UNITLOCAL ACCESS UNIT

Sw Sw 11

Sw Sw 22

D1

D3

D2

2

3

1

2EDFA

EDFA

EDFA

InIn OutOut

1

3M3

M2

M1

• Chav es Ópticas• Mux e Demux• Amplificadores


Meios de TransmissãoRádio

Microondas Terrestres:

Um enlace de microondas usa um fino feixe de rádio na faixade SHF (2 a 40 GHz) entre duas antenas parabólicas.Comparado com os cabos coaxiais, este sistema permiteatingir maiores distâncias, mas exige que as antenas estejamem linha reta de visão.Para telecomunicações, em geral utiliza-se a faixa de 4-6 GHz,com capacidade até 2700 canais e estações espaçadas de 10 a100 km.



Satélite

Semelhante ao sistema de microondas terrestres, com a diferençaque o satélite funciona como uma repetidora comum a um grandenúmero de estações terrestres. Permite cobrir áreas muito maioresque o sistema terrestre (um país inteiro, p. ex.).

Os Brasilsats utilizam a banda de 4-6 GHz, com 24 ou 28 sub faixas(transponders) de 36 MHzcada (aprox. 6 000 canais telefônicos).



Meios de Transmissão - Comparação


Meios de TransmissãoTelefonia-Computação e Internet


Cabeamento Estruturado



No cabeamento estruturado há a necessidade de um dispositivoconcentrador, tipicamente um hub, para fazer a conexão entre osmicros, já que o par trançado só pode ser usado para ligar doisdispositivos.Em redes pequenas, o cabeamento não é um ponto que atrapalheo dia-a-dia da empresa, já que apenas um ou dois hubs sãonecessários para interligar todos os micros.Entretanto, em redes médias e grandes a quantidade de cabos e ogerenciamento dessas conexões podem atrapalhar o dia-a-dia daempresa.A simples conexão de um novo micro na rede pode significarhoras e horas de trabalho (passando cabos e tentando achar umaporta livre em um hub).



A ocorrência de mudança de micros em empresas médias e grandesé freqüente.É aí que entra o cabeamento estruturado.A idéia básica é fornecer um sistema de cabeamento que facilite aremoção de equipamentos, igual ao que ocorre com o sistemaelétrico do prédio: para instalar um novo equipamento elétrico,basta ter uma tomada de força disponível.O sistema mais simples de cabeamento estruturado é aquele que astomadas RJ-45 são as intermediárias entre o micro e o hub.Em um escritório, por exemplo, teria vários pontos de rede jápreparados para receber novas máquinas, neste caso, não teria anecessidade de a cada micro novo fazer o cabeamento até o hub.Isso agiliza muito o dia-a-dia da empresa e da instalação.



Além do uso de tomadas, o sistema de cabeamento estruturadoutiliza um concentrador de cabos chamado patch panel (painel deconexões).

Neste sistema, os cabos que vêm das tomadas são conectados aopatch panel que depoisconectam ao hub ou switch.

O patch panel funcionacomo um grande concentrador de tomadas.

O patch panel é um sistema passivo, não possui circuito eletrônico.Assim como hubs, switches e roteadores, o patch panel possuitamanho padrão de rack.

Podemos concentrar todos esses dispositivosem um mesmo local.





Finalizando, o cabeamento estruturado tem como essência oprojeto do cabeamento da rede.

O cabeamento deve ser projetado sempre pensando na futuraexpansão da rede e na facilidade de manutenção.

Devemos lembrar sempre que, ao contrário de micros e deprogramas - que se tornam obsoletos com certa facilidade -, ocabeamento de rede não é algo que fica obsoleto com o passar dosanos.

Com isso, na maioria das vezes vale à pena investir em montar umsistema de cabeamento estruturado.


Um detalhe importante, devido ao uso de tomadas e plugues, asredes usando cabeamento estruturado devem diminuir 10 metrosna conta do comprimento máximo do cabo.

O comprimento máximo do cabo passa a ser 90 metros.



Ligação inter-redes

Repetidores;Pontes;Roteadores;Gateways.


Repetidores


O termo repetidor vem da época do início da comunicação visual,quando um homem situado em uma colina repetia o sinal que haviaacabado de receber da pessoa na colina à sua esquerda, paracomunicar o sinal à pessoa na colina à sua direita.

Também vem das comunicações telegráficas, telefônicas, pormicroondas e ópticas, todas elas usam os repetidores parafortalecer seus sinais em longas distâncias, para que não acabem seenfraquecendo ou dissipando.


Seg#1

Seg#2Repeater Coax

HUB

Quadros

Os Repeaters trasnferem entre os Seg#'s da Rede, todos os quadros da cmada MAC que recebem, semler o seu onteúdo.

Característica dos Repetidores:Função básica é expandir uma rede e amplificar o sinal

Limitado a no máximo de 4 repetidores em série:Devido ao atraso que pode gerar , além dos bits de

sincronização do preâmbuloRegra 5/4/3:

Define 5 segmento, 4 repetidores e 3 segmentos habitáveis.


Hubs:

O s hubs são dispositivos relativamente baratos e podem

ser usados para conectar computadores e formar uma

pequena rede. O s hubs podem ser conectados uns aos

outros, formando redes maiores.


Hub - Característica

Surgiu na tecnologia ethernet padrão 10baseT;Utiliza tecnologia de transmissão por difusão;Distancia padrão de 100 metros (ethernet);Fisicamente é uma estrela e logicamente em barramento;Atua na camada física do modelo OSI;Forma um único de colisão e broadcast;Todos os hosts ligados a um hub compartilham o mesmo barramento;Podemos fazer empilhamento e ou cascateamento de Hub aumentando o numero de portas e a distância da rede.


Ligação inter-redesPontes:

O bridge (ponte) é um equipamento de rede que já caiu em desusohá vários anos. Sua função é agora desempenhada pelo switch.Surgiu da necessidade de segmentar redes muito grandes, oureunir duas redes, formando uma rede maior. Na época em queeram usados, eram comuns as redes com cabo coaxial. Essas redestêm um grande problema: o desempenho cai muito quando onúmero de nós (computadores, por exemplo) é grande.


SWITCH



Um switch ethernet parece usar a mesma lógica datransparent bridge.

No entanto, a lógica interna do switch é otimizada para serealizar funções básicas de escolher quando reenviar equando filtrar um frame.

Lógica básica do switch ethernet: recebe um frame se o destino é um broadcast ou um multicast, envia em

todas as portas se o destino é unicast e o endereço não estiver na tabela,

envia em todas as portas. Se o endereço estiver na tabela, envia o frame pela porta

associada.



Os switches são equipamentos de interconexão de redessituados no nível de enlace e funcionamento semelhantes asbridges.

Entretanto, diferentemente das bridges, o switch permitetráfego em paralelo entre interconexões de segmentos de rededistintos.

Um switch segmenta a rede em domínios de colisõesmenores(ethernet) ou em anéis menores(token ring), provendouma maior percentagem de banda para cada estação.

Existem basicamente três tecnologias de switch ethernet: cut-through, store-and-forward e híbrido ou adaptative cut-

through.



Permite transmissão simultânea entre pares de portas;baixíssima latência (40 microsegundos);baixo custo;não suporta outras tecnologias diferentes de ethernet;propaga colisões e pacotes ruins.

Switch Switch cutcut--throughthrough

A operação cut-through é baseado no exame do destino doframe . O switch utiliza o endereço de destino como critério dedecisão para obter a porta de destino de uma tabela depesquisa (table look up). Uma vez que a porta é obtida, umaconexão através do switch é iniciado, como resultado o frame éroteado para a porta de destino, onde é colocado na rede naqual o endereço de destino reside.



Switch Switch storestore--andand--forwardforward

Um switch Store and Forward opera conforme seu nomeindica. Primeiro é armazenado cada frame que chega, éverificado se existe erros no frame, e se tudo estiver bom,este então é enviado para a porta de destino;A vantagem deste tipo de switch é que este evita queframes com erros consumam a banda da rede;Adesvantagem é que aumenta a latência no switch;Store and Forward é mais conveniente em redes queapresentam altas taxas de erro.



Switch híbrido (Switch híbrido (adaptativeadaptative cutcut--throughthrough))

Um switch híbrido é uma tentativa de pegar o melhor dosSwitches Store and Forward e Cut Through. Um switch híbridoopera em modo Cut Through, mas constantemente monitora ataxa de frames inválidos ou danificados que são enviados. Seestes erros ocorrem com uma frequencia maior que um certovalor de threshold, então o switch para de operar em modo CutThrough e começa a operar em modo Store and Forward. Se ataxa de erro diminui abaixo do valor de threshold então oswitch volta a trabalhar novamnente no modoCut Through.Desta forma é garantida a performance de um switch cutthrough quando a taxa de erros na rede é baixa e chaveandopara store and forwarnding quando a taxade erros aumenta.



Diferenças básicas entre um Switch e uma bridge:

Bridges são baseadas em software, enquanto queSwitches são baseados em hardware (ASIC -Application Specific Integrated Circuit);

Bridges podem ter apenas uma ocorrência despanning tree por bridge, enquanto que switchespodem ter várias;

Bridges podem ter até 16 portas, enquanto queswtches podem ter centenas.

Switches X Switches X BridgesBridges



Roteadores

Um roteador é um dispositivo que provê a comunicação entreduas ou mais LAN’s, gerencia o tráfego de uma rede local econtrola o acesso aos seus dados, de acordo com asdeterminações do administrador da rede. O roteador pode seruma máquina dedicada, sendo um equipamento de redeespecífico para funções de roteamento; ou pode ser também umsoftware instalado em um computador.


Ligação inter-redesRoteadores

A interconexão entre duas redes, que permite a troca de dados eo compartilhamento dos seus recursos e serviços, é feita peloroteador.Esse esquema caracteriza o uso de uma máquina dedicada.



RoteadoresComo podemos observar, é o computador, através de umsoftware específico, que gerencia o tráfego de dados entres asdiferentes redes mostradas. Esse esquema representa atopologia de rede inicialmente utilizada no CBPF até 1996,quando um servidor Novell exercia a função de um roteador,através de um software de roteamento fabricado pela própriaNovell.

CBPF-Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas do MCT. Agosto de 2008Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados

Ligação inter-redesGateways

Os gateways são usualmente classificados em dois tipos:

gateways conversores de meio (media-conversion gateway);

gateways tradutores de protocolos (protocol-translation

gateway).

O gateway é um equipamento que possibita a comunicação entreredes com arquiteturas distintas.Os gateways para a internet tipicamente compartilham umaconexão internet para múltiplos desktops.



Os gateways conversores de meio são os mais simples. Bastante

utilizados em inter-redes que oferecem o serviço de datagrama,

suas funções resumem-se em receber um pacote do nível

inferior, tratar o cabeçalho inter-redes do pacote, descobrindo o

roteamento necessário, construir novo pacote com novo

cabeçalho inter-redes, se necessário, e enviar esse novo pacote ao

próximo destino, segundo o protocolo da rede local em que este

se encontra. Esse tipo de gateway da camada de rede é também

chamado de roteador.

Gateways


Ligação inter-redesGateways

Os gateways tradutores de protocolos são mais utilizados em

inter-redes que utilizam circuitos virtuais passo a passo. Eles

atuam traduzindo mensagens de uma rede, em mensagens da

outra rede, com a mesma semântica de protocolo. Por exemplo,

o open em uma rede poderia ser traduzido por um call request

em outra ao passar pelo gateway.



Gateways habilitam a comunicação entre diferentes arquiteturas

e ambientes. Ele realiza a conversão dos dados de um ambiente

para o outro de modo que cada ambiente seja capaz de entender

os dados. Eles podem ainda mudar o formato de uma mensagem

de forma que ela fique de acordo com o que é exigido pela

aplicação que estará recebendo esses dados. Por exemplo, um

gateway de correio eletrônico pode receber as mensagens em um

formato, traduzi-las e encaminhá-las no formato usado pelo

receptor. Um bom exemplo disso é um gateway X.400.

Gateways



Um gateway liga dois sistemas que não usam:

Os mesmos protocolos de comunicação;

Amesma estrutura de formatação de dados;

Amesma linguagem;

Amesma arquitetura.

Gateways



Gateways



Um uso muito comum para os gateways é atuar como

tradutores entre computadores pessoais e ambientes

mainframe. A computador atuando como gateway conecta

computadores da LAN ao ambiente do mainframe, que não

reconhece computadores pessoais. Programas especiais

instalados nos computadores desktop se comunicam com o

gateway e permite aos usuários acessar os recursos do

mainframe como se esses recursos estivessem em seus próprios

desktops.

Gateways



Gateways



Uma estrutura de rede TCP/IP conectada à Internet de formasegura, através da utilização de um firewall, que realiza o filtrode pacotes IP e o transporte de protocolo de aplicações por meiode um gateway (proxy):

Gateways



Gateways



Introdução a Comunicação de Dados

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