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Rede de Computadores Fundamentos de Redes Faculdade Pitágoras

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Apresentação em tema: "Rede de Computadores Fundamentos de Redes Faculdade Pitágoras"— Transcrição da apresentação:

1 Rede de Computadores Fundamentos de Redes Faculdade Pitágoras
Prof. Fabricio Lana Pessoa

2 Objetivo Conhecer o histórico da evolução dos sistemas computacionais e dos meios de comunicação

3 Primordios da comunicação
Desde os tempos mais remotos, o homem anseia comunicar-se à longa distância. 

4 Hoje ! Acesso a informação a qualquer lugar, a qualquer momento
Redes Celular, Wifi, WiMax, 3G. Todos querem estar em rede.

5 “Redes de Computadores é um conjunto de equipamentos que são capazes de trocar informações e compartilhar recursos entre si, utilizando protocolos para se comunicarem e interligados por meios de comunicação.”

6 Exemplo

7 Elementos de uma Rede Equipamentos
– Qualquer dispositivo capaz de se comunicar através do sistema de comunicação disponível. Ex. Roteadores; • Sistema de comunicação – São os meios de transmissão. Ex. cabo, fibra óptica, ondas de rádio; Protocolos – Conjunto de regras com o fim de organizar a comunicação. Ex. TCP/IP.

8 O surgimento das redes Anos 50 - Processamento e acesso centralizados
Um único computador de grande porte mantinha, processava e disponibilizava as informações . Processamento em lote (batch). Terminais começam a ser instalados a distância e se comunicar com um computador central Surge a necessidade de segurança e redundância de dados, compartilhamento de conhecimento e recursos, mobilidade. Em meados da década de 1960, o governo dos EUA., por intermédio do Departamento de Defesa, iniciou estudos relacionadas à viabilidade do desenvolvimento de redes de computadores. Surge a ARPANET, que se transformaria mais tarde na Internet As redes de computadores surgiram da necessidade de troca de informações, onde é possível ter acesso a uma informação que está fisicamente localizada distante de você. A história da comunicação de dados começou, timidamente, nos anos 60, quando alguns terminais deixaram o centro de processamento de dados para serem instalados "a distância" e começaram a se comunicar com o "computador principal". Nascia, dessa forma, o sistema de teleprocessamento, cujo elemento central era o computador que alojava todas as aplicações e cuidava do funcionamento dos terminais remotos.  Por exemplo, o caixa eletrônico, onde você pode ter acesso aos dados de sua conta corrente que estão armazenados em um computador a centenas ou milhares de quilômetros de distância. Em seu nível mais elementar, uma rede consiste de dois computadores conectados um ao outro por um cabo, para que possa compartilhar dados. Com a queda do custo de implementação de redes, é praticamente impossível pensar em um ambiente de trabalho em que os micros existentes não estejam interligados, por menor que seja esse ambiente.

9 Evolução Histórica • Anos 60: – Surgiram os terminais interativos.
– Acesso ao computador central por meio de linhas de comunicação. – Processamento em tempo compartilhado (time-sharing).

10 Evolução Histórica Anos 70: Anos 80: Descentralização:
Minicomputadores e microcomputadores podiam se comunicar com o computador de grande porte. Mais acessíveis e mais fáceis de utilização pelos usuários. Anos 80: – Evolução dos sistemas de comunicação de dados para longa distância; Expansão de linhas dedicadas. Uso de satélites. Integração dos micros às redes de comunicação corporativas (além do processamento local).

11 Evolução Histórica Anos 90: Atualmente:
– Compartilhamento de periféricos, programas aplicativos e informações de banco de dados entre microcomputadores. Interconectividade entre redes. Atualmente: – Internet Ultra-Rápida. – Servidores de usos diversos. – Redes privadas virtuais. – Voz sobre IP. – Evolução do terminal multifuncional.

12 Evolução dos Sistemas Computacionais
Computador Móvel

13 Questões para Discussão:
1 - Que motivações levaram ao surgimento das redes? 2 - De acordo com o conceito apresentado, quais componentes constituem uma rede? 3 - Qual é a tendência atual na forma de se organizar as redes ?

14 Comunicação de Dados

15 Comunicação Comunicação é o processo pelo qual uma informação gerada de um ponto no espaço e no tempo(fonte) é transmitida para outro ponto(destino) Deve respeitar regras (protocolos e normas) 15

16 Tipos de Sinais Sinal Análógico Frequência: variação ciclica de uma função no tempo, em Hz ( É a quantidade de ciclos/s) F=1/T T Período: intervalo de tempo em que uma função náo se repete. Sinal Analógico Exemplos de sinais analógicos Sensor de temperatura Voz Humana A frequência da voz humana está tipicamente entre 300Hz e 4000Hz. – Qualidade e timbre – Pouca Informação 1400 a 2400 – REconhecimento e Inteligibilidade 2400 a 3400 – Pouca informação O ouvido humano vai de 16Hz a 20000Hz Diversos valores aleatórios no tempo Comprimento de onda λ = vT , sendo T o período, f a frequência e v a velocidade de propagação Sinal Digital 1 t 16

17 Banda Passante A performance de um meio de tx está diretamente relacionada com a faixa de frequências em que ele opera. Esta faixa é chamada de banda passante e é defina pelo intervalo de frequências que sofrem menor atenuação e são preservadas pelo meio de transmissão. Para o exemplo ao lado, dizemos que a banda passante do meio de tx ou do canal vai de 300hz a 3700khz. Temos portanto um canal com 3400 hz de largura de banda. banda passante 17

18 Banda Passante C = W log2(1+S/N) bits/s.
A importância da banda passante de um meio físico está no fato de que ela determina a velocidade de transmissão dos dados. Quanto maior a banda passante ou a largura de banda, maior a capacidade e velocidade de um meio de transmissão Shannon demonstrou que a máxima taxa de transmissão de um determinado meio pode ser dada por: C = W log2(1+S/N) bits/s. Onde: C -> Taxa máxima possível W -> Largura de banda do meio de tx S/N -> Relação Sinal Ruído 18

19 Banda Passante A banda passante é o como um cano de água. Quanto mais largo o cano, maior quantidade de água pode passar. Ou ainda, como uma estrada, quanto mais larga, maior a quantidade de veículos que pode suportar Pequena Largura de Banda 19

20 Banda Passante Um canal com grande largura de banda, permite portanto a transmissão em altas velocidades. É ai que tem a origem a expressão banda larga associada a uma elevada taxa de transmissão. Entretanto, como veremos a seguir este conceito não está cientificamente correto, pois não se deve confundir os termos Banda Larga e Largura de Banda.. Grande Largura de Banda 20

21 Banda Passante Largura de banda é a faixa de frequências que o meio de transmissão transmite. Quanto maior esta faixa, maior a largura de banda e maior a velocidade de transmissão dos dados. A confusão reside no fato de que uma maior largura de banda permite maior velocidade de transmissão, motivo da confusão com o termo banda larga. Grande Largura de Banda 21

22 Banda larga" na verdade é a comunicação que utiliza técnicas de multiplexação em frequencia (FDM) para transmissão das informações. Refere–se portanto a técnica de transmissão de multiplos sinais e serviços simultâneos em um mesmo meio de tx, na forma de sinais analógicos, cada qual em sua faixa de frequência. Exemplos: Serviço Net Combo-> voz, dados e TV em um mesmo meio de tx, modulados com transmissão analógica. Velox UPLOAD DONWLOAD Telefone

23 O oposto da Banda Larga são as comunicações em "banda base“, que são feitas de forma digital.
Exemplo: BANDA BASE: Transmisão de dados em Redes Locais Ethernet.

24 Exercício Sabe-se que tipicamente as linhas telefônicos possuem uma largura de banda de 3kHz e proporcionam transmissões onde nível de potência do ruído é de no mínimo 1 milésimo da potência do sinal que vai ser transmitido. Calcule a velocidade máxima de transmissão dos dados neste canal.

25 Transmissão em diferentes frequências do espectro
As informações que serão transmitidas pode portanto, ser: ANALÓGICAS/CONTÍNUAS DIGITAIS / DISCRETAS Voz Vídeo Sensor de Temperatura Sensor de Pressão Código Morse Código ASCII Arquivo Binário A transmissão pode ser: ANALÓGICA DIGITAL Transmissão em diferentes frequências do espectro Codificação

26 Modulação Em qualquer caso, para que sofram menores perdas e alcancem maiores distâncias, os dados precisam ser tradados antes de serem transmitidos. Dizemos então que eles são modulados ou que sofrem modulação. A modulação consiste em, através de um circuito eletrônico, modificar a frequência e a forma do sinal que vai ser transmitido adequando-o as características do meio de transmissão. Com a técnica de modulação, resolvemos os problemas das grandes antenas, da eficiência de transmissão e da transmissão simultânea de diferentes informações (Multiplexação). Isto porque após a modulação, temos um sinal de alta frequência que contem a informação original. Além disso, utilizando portadoras de frequências diferentes, podemos transmitir vários sinais em faixas de frequência diferentes. Este é o processo realizado pelos MODEM (Modulador /Demodulador) O modem tem a função de transmitir um sinal analógico dentro da banda passante do meio de tx. No caso de uma linha telefônica convencional entre 300Hz e 3400Hz.

27 A modulação é a modificação de um sinal eletromagnético inicialmente gerado, antes de ser irradiado, de forma que este transporte informação sobre uma onda portadora. Para que possamos enviar os sinais em faixas específicas de frequência, é necessário realizarmos a modulação do sinal.

28 Modulação: Exemplo É interessante notar que muitas formas de comunicação envolvem um processo de modulação. Exemplo: nossa voz -> 300hz a hz Depois de modulada em FM, por exemplo, 102,1 KHz

29 Modulação: exemplo Modem. - >dispositivo eletrônico que modula um sinal digital em uma onda analógica, e transmite pela linha telefônica. Na recepção este dispositivo demodula o sinal analógico e o reconverte para o formato digital original... O nome Modem vem justamente da junção das palavras modulador e demodulador.

30 Modulação: exemplo HDSL - > Além de adequar as características do sinal ao meio de transmissão, o processo de modulação permite a transmissão simultânea de múltiplas informações (MULTIPLEXAÇÃO) em um mesmo canal.

31 Porque transmitir os sinais na forma analógica se ao final de tudo vamos trabalhar com bits?
Atenuação Largura de banda limitada, filtra algumas frequências do sinal digital, Pode-se portanto atingir maiores distâncias, quando transmitimos um sinal na forma analógica. Multiplexação de diferentes sinais O sinal digital deve chegar ao seu destino tão puro quanto foi gerado. Entretanto, o comprimento do cabo, as interferências e perdas que o meio de transmissão oferecem deturpam a forma quadrada do sinal digital. Atenuação -> quando transmitimos na forma digital, existem limitações em relação as distâncias atingíveis, ao comprimento dos cabos. Com o aumento das distância os sinais sofrem maior atenuação implicando em perdas no sinal. Um canal físico tem largura de banda finita e limitada. Ele filtra algumas frequências do sinal digital, distorcendo-o, o que dificulta a interpretação do sinal no receptor

32 QUADRO GERAL

33 TRANSMISSÃO ANALÓGICA
Ao final do processo, o sinal transmitido tem a forma analógica. Com a técnica de modulação, resolvemos os problemas das grandes antenas, da eficiência de transmissão e da transmissão simultânea de diferentes informações (Multiplexação). Isto porque após a modulação, temos um sinal de alta frequência que contem a informação original. Além disso, utilizando portadoras de frequências diferentes, podemos transmitir vários sinais em faixas de frequência diferentes. Este é o processo realizado pelos MODEM (Modulador /Demodulador) O modem tem a função de transmitir um sinal analógico dentro da banda passante do meio de tx. No caso de uma linha telefônica convencional entre 300Hz e 3400Hz. Modulação AM Modulação ASK

34 TRANSMISSÃO DIGITAL Ao final do processo, o sinal transmitido tem a forma digital. Neste caso, estamos transformando um sinal de voz em um sinal digital, por meio de uma técnica chamada PCM. Vantagens sobre transmissão analógica Repetidores regeneram o sinal Técnicas de Processamento Digital de Sinais compressão e tratamento digital da informação Convergência de serviços Voz PCM Vantagens (sobre transmissão analógica) - Repetidores recebem o sinal, regeneram a informação digital e retransmitem o sinal – Integração em larga escala, baixo custo, consumo reduzido – Exploração de técnicas de multiplexagem no tempo (TDM – Time Division Multiplexing) – Utilização de técnicas de Processamento Digital de Sinais permite compressão e tratamento digital da informação - A representação digital de qualquer tipo de informação, independente do conteúdo,por isto favorece a convergência de serviços

35 TRANSMISSÃO DIGITAL Codificação
Por fim, quando transformamos um sinal digital em outro com características diferentes, mas também digital, temos o processo de codificação. Exemplo :Modem digital ou banda base Modem digital ou banda base – Faz a adequação do sinal ao meio físico para obter melhores características de transmissão. Só é aplicável a determinados meios de tx, com restrições para longas distâncias. A codificação é uma mudança na representação do sinal digital, transformando o próprio sinal digital oriundo do ETD em um outro sinal mais adequado às condições da linha Codificação - Otimizar o uso do canal; - Fazer com que o sinal transmitido resista mais aos ruídos; - Facilitar a sincronização entre transmissor e receptor; - Diminuir a taxa de erros do sinal transmitido; - Utilizar a menor banda passante possível, possibilitando cabos mais simples;

36 TRANSMISSÃO DIGITAL EXEMPLO Codificação Manchester 0 1 1 0
Cada tempo de bit é dividido pela metadade Resovle o problema de longa sequências de 0’s ou 1’s e sincronização Utilizada nas redes Ehternet de 10 Mbps

37 TRANSMISSÃO DIGITAL EXEMPLO CODIFICAÇÃO 4B5B
Para evitar longas sequências de 0’s ou 1’s, cada grupo de 4 bits é convertido em um código de 5 bits, garantindo no mínimo uma transição a cada 4 bits Utilizada nas redes Ehternet de 100 Mbps Também utilizada nas redes a 1Gbps (8B/10B)

38 TRANSMISSÃO DIGITAL EXEMPLO CODIFICAÇÃO PAM
Utiliza diferentes níveis de amplitude para representar uma sequência de dados Utilizada nas redes Ehternet 100Mega 1Gigabit e em testes de redes 10Gigabit.

39 TRANSMISSÃO DIGITAL Vantagens Desvantagens
Como não possuem o conversor A/D possuem menor custo Sinais digitais são muito menos sensíveis a interferências ou ruídos É possível transmitir mais informação através de sistemas digitais do que em sistemas analógicos. (compressão e multiplexãção) Podem ser enviados diretamente a computadores, que são equipamentos que utilizam sistemas digitais. Desvantagens -Restrições de alcance Existem vários métodos e padrões de codificação que são largamente empregados nas redes e nos inúmeros dispositivos da área de telecomunicações, os mais comuns são: - Manchester (Ethernet de 10Mpbs); - 4B5B (Ethernet 100Mbps); - PAM5 (Gigabit Ethernet) - Diferencial Manchester (Token Ring)

40 A comunicação pode ocorrer de diferentes modos:
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41 Modos de transmissão (analógico e/ou digital)
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42 Modos de transmissão (analógico e/ou digital)
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43 Serial x Paralela Paralela: Os bits da informação são enviados através de vários caminhos simultaneamente. Exemplo. Comunicação paralela entre um computador e uma impressora TX RX

44 Serial x Paralela Serial: Os bits são transmitidos um a um em seqüência, pois só existe um caminho ou um único fio entre transmissor e receptor TX RX

45 Comunicação Assíncrona e Síncrona
Na comunicação assíncrona, um remetente e um receptor não sincronizam antes de cada transmissão, ou seja, não existe um intervalo de tempo fixo entre os bits ou dados transmitidos. Utilizada em redes mais antigas e de baixa velocidade (linha discada). Na comunicação síncrona, o remetente e o receptor devem estar sincronizados, ou seja, os bits serão enviados sempre em intervalos de tempo constantes. Quando não houver dados a serem enviados, o transmissor continua enviado algum caracter na linha mantendo o “ritmo” da transmissão. Utilizada em redes de maior velocidade ( Ex. 2 Mbps)

46 Classificação das Redes e dos Tipos de Comunicação

47 Orientada a Conexão • Análogo ao sistema telefônico:
Tira o telefone do gancho e disca o número / Estabelece uma conexão. Fala / Usa a conexão. Desliga / Libera a conexão. A conexão funciona como um caminho único entre origem e destino, onde, ao se inserir bits numa extremidade os mesmos serão recebidos pelo receptor, na mesma ordem. Pode ser Permanente ou Temporária

48 Não Orientada a Conexão
Análogo ao sistema postal: Cada correspondência possui o endereço de destino. Se duas ou mais correspondências forem enviadas, a partir de um mesmo emissor, para o mesmo destino, podem chegar fora de ordem. Não existe uma conexão criada entre origem e destino, sendo assim, os pacotes podem ser encaminhados por caminhos diferentes e chegarem em ordens diferentes no destino. Exemplo: Internet

49 Área de Abrangência LAN (Local Area Network): Pequeno número de computadores em áreas restritas (pequenas distâncias entre eles) Redes Locais MAN (Metropolitan Area Network): Médio número de computadores em áreas de grande porte (cidades) Redes Metropolitanas WAN (Wide Area Network): Grande número de computadores em áreas envolvendo várias cidades e/ou países Redes de Amplo Alcance

50 Área de Abrangência

51 TOPOLOGIAS DE REDES

52 Topologia de Conexão A topologia de uma rede é um diagrama que descreve como seus elementos estão conectados (disposição geométrica). Esses elementos são chamados de nós, e podem ser computadores, impressoras e outros equipamentos. Seja qual for a topologia utilizada, é preciso que sempre exista um caminho através de um meio de transmissão, ligando cada equipamento a todos os demais equipamentos da rede.

53 Topologia Física A topologia física é determinada pela maneira como os equipamentos são fisicamente conectados. Esta relacionada a modo pelo qual são distribuídos, organizados e conectados cabos e placas de rede. 53

54 Topologia Física

55 Barramento Também conhecida como linear, na topologia em barra todos os computadores são conectados ao mesmo meio de transmissão em SÉRIE.

56 Barramento Apresenta uma dificuldade de expansão: se um novo equipamento for adicionado à rede, pode ser preciso fazer um remanejamento de cabos. Se um cabo for desconectado, toda a rede fica inoperante. Cada nó conectado à barra pode “ouvir” todas as informações transmitidas. Ex. Redes de cabo coaxial. Antiga Ethernet (IEEE 802.3) 10base2 e 10base5

57 Colisão no Barramento A colisão é um evento que ocorre freqüentemente nestas redes, quando dois computadores tentam enviar informações no mesmo instante • Elas são normais no funcionamento da topologia “barramento”, mas se forem muito freqüentes, o desempenho da rede será prejudicado

58 Tratamento da Colisão Quando um computador deseja transmitir, ele avalia se a linha está disponível e inicia a transmissão Se dois computadores iniciarem a transmissão ao mesmo tempo utilizando o mesmo barramento, haverá a “colisão” Os computadores envolvidos na colisão irão aguardar um intervalo de tempo aleatório e tentar novamente Esse método é o utilizado pelo CSMA/CD em redes locais, que será visto com mais detalhes nas unidades seguintes.

59 CSMA / CD Carrier-sense Multiple Access with Collision Detection - Acesso Múltiplo com Detecção de Portadora e Colisão; Analogia: Uma conversa educada à mesa de jantar: Nosso segmento Ethernet é a mesa de jantar, e os nós são as pessoas conversando educadamente; A expressão múltiplo acesso (multiple access) quer dizer que quando uma estação de Ethernet transmite, todas as estações no meio ouvem a transmissão. Da mesma maneira que, quando uma pessoa fala todos as outras pessoas à mesa escutam.

60 CSMA / CD Agora vamos imaginar que você esteja à mesa e tenha algo a dizer. No momento, entretanto, existe uma outra pessoa falando; Como esta é uma conversa educada, em vez de imediatamente você falar e interromper o outro, você espera até que ele termine de falar. Na terminologia da Ethernet, esse processo se chama carrier sense (detecção de portadora); Antes de uma estação começar a transmitir, ela "ouve" o meio para saber se outra estação está transmitindo. Se o meio estiver em silêncio, a estação reconhece que esse é o momento apropriado para transmitir. (Nick Pidgeon. "HowStuffWorks - Como funciona a Ethernet".  Fonte: <http://informatica.hsw.uol.com.br/ethernet7.htm> Acesso em: 29 jan. 2009)

61 Observação... O IEEE é uma especificação com padrões sobre o funcionamento das redes locais. Esta especificação, inclui vários subpadrões de acordo com o tipo de cabo utilizado (coaxial fino ou grosso, par trançado, etc). Exemplo: De um modo geral, o refere-se a redes locais que utilizam protocolo Ethernet, tendo ficado conhecido então como o padrão Ethernet de redes locais.

62 Estrela

63 Estrela Nesta topologia existe um dispositivo central, comumente chamado de concentrador, por onde passa todo o tráfego da rede. Normalmente apresenta uma maior confiabilidade, já que a parada de uma única estação não prejudica toda a rede. Proporciona maior facilidade de manutenção, uma vez que permite a identificação setorizada de problemas e para as intervenções não é necessário parar toda a rede. Apresenta uma maior quantidade de cabos e a falha do equipamento central pode provocar a paralisação total da rede

64 Anel

65 Anel As ligações são ponto-a-ponto e operam num único sentido de transmissão (comunicação simplex) Uma mensagem deverá circular pelo anel até que chegue ao módulo de destino, sendo passada de estação em estação, obedecendo ao sentido definido pelo anel A comunicação é baseada na troca de “tokens” (“fichas”) autorizações para comunicação. Cada máquina só irá transmitir no momento que ocorrer a passagem do “token” na sua “porta” Um bom exemplo são as redes Token Ring (IEEE 802.5) que utilizam topologia física em anel.

66 Comparação entre as Topologias

67 Topologia Lógica As topologias lógicas descrevem a maneira como a rede transmite informações de um equipamento para outro. Esta relacionada ao modo pelo qual os equipamentos fazem acesso ao meio de transmissão. Isto determinará o protocolo que será utilizado, o formato do pacote, o método de transferência, entre outras informações. Vale observar que para uma mesma configuração de topologia, poderemos ter diferentes classificações para sua disposição física e lógica, conforme apresentado a seguir e detalhamento dos protocolos na unidade 2. 67

68 Topologia Física em estrela e lógica em barramento
HUB

69 Topologia lógica em Estrela, física em estrela
Swicth Neste caso não há problemas com a colisão O switch faz o chaveamento direto entre os membros da comunicação, criando um caminho exclusivo para os pacotes.

70 Topologia lógica em Anel
Física em Estrela

71 Topologia lógica em Anel
Um bom exemplo para esta topologia são as redes FDDI. Estas redes também utilizam mecanismo de Token, semelhante as redes token ring, mas admitem a existência de vários tokens circulando na rede. Este padrão foi derivado das especificações do IEEE mas acabou sendo padronizado pela ANSI.


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