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Disciplina: Redes de Computadores I Prof. João Paulo de Toledo Gomes.

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1 Disciplina: Redes de Computadores I Prof. João Paulo de Toledo Gomes

2 Aula 1 – Introdução a Redes de Computadores

3 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.

4 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.

5 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.

6 2- Processo de Transmissão Sinais analógico e digital

7 3- Características do Sinal Sinal periódico (a) onda senoidal (analógico) e (b) onda quadrada (digital).

8 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.

9 3- Características do Sinal

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11 VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO: Fλ = 3 x 10 8 m/s Exemplo: Qual o tamanho da onda para uma frequência de 500 KHz ? Fλ = 3 x 10 8 m/s λ = 3 x 10 8 λ = 3 x 10 8 / 5 x 10 5 λ = 600m

12 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.

13 4- Problemas na Transmissão 4.1 Ruídos

14 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.

15 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 1/10 6 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.

16 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.

17 4- Problemas na Transmissão 4.2 Atenuação Atenuação de um sinal digital

18 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.

19 4- Problemas na Transmissão 4.2 Atenuação Recuperação de um sinal digital

20 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.

21 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.

22 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.

23 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.

24 6- Meios de Transmissão Largura de Banda e Capacidade de Transmissão Espectro de frequências

25 Denominação das faixas de frequências

26 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.

27 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.

28 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.

29 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.

30 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.

31 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.

32 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).

33 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.

34 6.3 Transmissão Serial e Paralela Transmissão Paralela

35 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.

36 6.4 Transmissão Assíncrona e Síncrona Transmissão Assíncrona

37 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.

38 6.4- Transmissão Assíncrona e Síncrona Transmissão Síncrona


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