Fundamentos de Redes de Dados e Comunicação Aula 01

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1 Fundamentos de Redes de Dados e Comunicação Aula 01
Tipos de Sinais Elétricos e Evolução das Redes de Comunicação

2 Introdução: Comunicação
Um Sistema de Comunicação, seja ele qual for, deve possuir cinco elementos que, em caso de ausência, poderiam acarretar falha ou a total falta de comunicação São eles: Transmissor: pessoa ou equipamento que transmite a mensagem. É quem inicia o processo de comunicação'. Mensagem: é o componente fundamental da comunicação. Meio de Comunicação: canal que leva a mensagem do transmissor para o receptor. Distância e localização do transmissor influenciam na escolha do meio. Protocolo de Comunicação: conjunto de regras conhecidas pelo transmissor e pelo receptor para que exista compreensão da mensagem enviada. Receptor: pessoa ou equipamento que recebe a mensagem. Aquele que termina o processo de comunicação = mensagem.

3 Introdução - Comunicação
A Comunicação pode ser uma conversa informal entre duas pessoas frente a frente; uma conversa utilizando serviços de telefonia ou a troca de informações entre computadores (conhecida como Comunicação de Dados).

4 Introdução – Comunicação de Dados
A comunicação de dados ocorre, normalmente , entre sistemas de computação distribuídos em locais diferentes , como, por exemplo: em mesas de um escritório ; em andares diferentes de um mesmo prédio; em prédios diferentes dentro de um campus ou de uma cidade; entre cidades ou países diferentes. Essa interligação dos sistemas de computação recebe o nome de Rede de Computadores. Para conhecer como as Redes de Computadores funcionam, é importante conhecer alguns conceitos básicos ligados à comunicação de dados.

5 Tipos de Sinais Elétricos – Sinais Analógicos

6 Tipos de Sinais Elétricos – Sinais Digitais

7 Tipos de Sinais Elétricos – Sinais Digitais

8 Sinais Analógicos – Características e utilização
Numa aplicação prática, os sinais analógicos não são simples senóides como apresentado no Slide 5. Na verdade, ao longo do tempo os ciclos alternam a sua duração (alteração de frequência) e amplitude (alteração de intensidade). Um exemplo é a voz humana, que pode ser representada por um sinal senoidal que varia sua frequência e amplitude conforme a característica da fala.

9 Sinais Analógicos – Características e utilização
As frequências produzidas pela voz humana variam de 96 Hz (voz grave) até 1152 Hz (voz aguda). Quando essa voz é transmitida , o meio de comunicação deve ser capaz de transmitir todas as frequências dentro dessa faixa para que não exista distorção na transmissão . Esse valor é conhecido como Banda Passante. A televisão, por exemplo, para transmitir o seu sinal, necessita uma banda passante de 4 MHz. As frequências são divididas em faixas e cada tipo de transmissão utiliza uma faixa de frequência específica que melhor se adapta as suas características .

10 Sinais Analógicos – Faixas de Frequências
Classificação Nome Popular Frequência ELF - Extremely Low Frequency Ondas Longas 300 Hz a 10 kHz VLF - Very Low Frequency 10 kHz a 30 kHz LF - Low Frequency 30 kHz a 300 kHz MF - Medium Frequency Ondas Médias 300 kHz a 3 MHz HF - High Frequency Ondas Curtas 3 MHz a 30 MHz VHF - Very High Frequency - 30 MHz a 300 MHz UHF - Ultra High Frequency Microondas 300 MHz a 3 GHz SHF - Super High Frequency 3 GHz a 30 GHz EHF – Extremely High frequency 30 Ghz a 300 Ghz Região Experimental 300 Ghz a 1000Ghz

11 Faixas de Frequência - Utilização
100 KHz 300 GHz 1000 GHz Ondas de rádio Ondas de rádio (experimentais) Ondas caloríficas ou infravermelhas Luz visível Raios ultravioletas Raio X Raio gama Raios gama  Comunicações marítimas, radiofaróís, etc.  Radiodifusão em ondas médias Radiodifusão em ondas curtas, radioamadores, comunicações em geral Radioamadores, radiodifusão em FM, televisão, polícia, comunicações aeronáuticas, etc. Radiocomunicações, estações repetidoras, TV em UHF, radar, radioastronomia, etc.  Rastreio de satélites, radíoenlaces, telemetria, 100 KHz 550 KHz 1600 KHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz

12 Faixas de Frequência – Características
Faixa ELF: faixa de frequência em que as ondas penetram razoavelmente no solo e na água, portanto, possui aplicação em comunicação com submarinos e escavações de minas. Geralmente operam nesta faixa com transmissores de alta potência e grandes antenas.  Faixa VLF: nesta faixa, o mecanismo de propagação utilizado é a reflexão ionosférica, sendo considerado um ótimo condutor, pois induz pequena atenuação na onda refletida.  Faixa LF: para esta faixa, até aproximadamente 100 KHz, e empregado o mecanismo de reflexão ionosférica, muito embora a atenuação da onda seja maior que a observada na faixa de VLF.  Faixa MF: para frequências acima de 100 KHz, dentro da faixa de MF (300 Khz a 3 Mhz), o mecanismo de propagação empregado é o de ondas de superfície, que apresenta menor atenuação que o mecanismo de reflexão ionosférica. 

13 Faixas de Frequência – Características
Faixa HF: nesta faixa, o mecanismo de propagação que possui maior domínio é o de refração ionosférica, sendo que em regiões mais próximas do transmissor ainda permanece a presença das ondas de superfície.  Faixa de VHF, UHF e SHF: utiliza sistemas de propagação em visibilidade, uma vez que as antenas permitem focalizar as ondas e diminuem a influência do terreno na energia propagada.

14 Sinais Analógicos - Transmissão
Transmissão: é o processo que estabelece a conexão entre dois pontos quaisquer e a técnica que leva o sinal de um ponto para outro. Essa transmissão pode utilizar duas técnicas: Transmissão Guiada (Guided Transmission): transmissão que ocorre por intermédio de um meio físico condutor, como, por exemplo, cabos de cobre ou fibra óptica. Transmissão Não-Guiada (Unguided Transmission): transmissão que ocorre por intermédio de ondas de rádio (sinal irradiado como onda eletromagnética) , como, por exemplo, os sinais das rádios, das TVs e dos satélites. Na maioria das vezes estes sinais são de propagação esféricas, isto é, se espalham em todas as direções. Existem ainda duas outras formas de Transmissão Não-Guiada: Sistema de Trasmissão em visibilidade Sistema de Transmissão em tropodifusão

15 Sinais Analógicos - Transmissão
Sistema de Trasmissão em visibilidade: o sinal irradiado por uma antena é captado por uma outra, que deve estar sempre visível a partir da primeira. Outro fator preponderante, nos sistemas em visibilidade é a distância entre as antenas, que gira em torno de 50 Km. ~ 50 Km

16 Sinais Analógicos - Transmissão
Sistema de Transmissão em tropodifusão: é um mecanismo de propagação bem utilizado na faixa superior a de UHF e inferior ao SHF, que permite cobrir distâncias maiores que nos sistemas em visibilidade sem o uso de estações repetidoras. Portanto, não exige a visada direta entre as antenas de transmissão e recepção dos sinais, permitindo, assim, cobrir distâncias de até 450 Km.

17 Comunicação de Dados - Transmissão
Em comunicação de dados o termo Largura de Banda tem um sentido diferente daquele apresentado até agora. Ela é definida como a quantidade máxima de sinais diferentes que podem ser transmitidos em um meio de comunicação (subdivisão em canais). Portanto, Canal é uma fração de largura de banda que pode transmitir dados. Além disso, o modo como a transmissão ocupa o meio de comunicação pode ser classificado de duas maneiras: Banda Base (Baseband): toda largura de banda é usada por um único canal, normalmente para transmissão de sinais digitais (por exemplo, redes locais) . Banda Larga (Broadband): a largura de banda é dividida em vários canais, cada um podendo transmitir simultaneamente sinais diferentes.

18 Comunicação de Dados – Sentido da Transmissão
Outro fator a considerar na transmissão de sinais é o sentido que o sinal pode ter em um determinado momento da transmissão: Transmissão Simplex: ela ocorre apenas em um sentido , sempre de uma estação transmissora (primária) para uma estação receptora (secundária) . Um exemplo simples desse tipo detransmissão (apesar de não ser comunicação entre sistemas de computação) é a televisão ou o rádio.

19 Comunicação de Dados – Sentido da Transmissão
Transmissão Half-Duplex: transmissão que pode ocorrer nos dois sentidos (bidirecional) , mas não ao mesmo tempo . Quando existe tráfego de sinais em um sentido não pode existir transmissão no outro sentido. Um exemplo (novamente, sem relação a sistemas de computação) é o rádio do tipo walk-talkie.

20 Comunicação de Dados – Sentido da Transmissão
Transmissão Full Duplex: a transmissão pode ser bidirecional e ao mesmo tempo. Um exemplo é a comunicação que utiliza os serviços telefônicos.

21 Redes de Comunicação de Dados – Introdução
Teve início na década de 40 utilizando linhas telefonicas como meio de comunicação. Com a evolução, outros meios, como redes telefônicas digitais, satélites, radios, foram criados. A "velocidade" nos sistemas de comunicação de dados é medida em bits por segundo (bps), que, na verdade , e a medida do fluxo de dados pelo Sistema. É também chamada de Taxa de Transmissão. Atualmente , a comunicação ocorre com taxas variando de kbps até Gbps. A comunicação de dados entre duas localidades , próximas ou distantes , pode acontecer por intermédio de redes de comunicação públicas ou privadas, que apresentam diferentes qualidades de serviço e preços.

22 Redes de Comunicação de Dados – Redes Telefônicas
Linhas-Tronco As Linhas-Tronco são redes de comunicação digitais de alta velocidade de transmissão, normalmente utilizadas para transmissão de dados a longas distancias.  Tipos de Linhas-Tronco O primeiro sistema de linhas-tronco foi desenvolvido e apresentado no início dos anos 60 pela AT&T e foi chamado T1. Essa linha-tronco possui taxa de transmissão de Mbps, o que equivale a 24 canais de 64 kbps (velocidade de um canal de transmissão de voz).  Observação: Cada canal de transmissão telefônica de voz, se utilizado para comunicação de dados, possui uma taxa de transmissão de 64 kbps.

23 Redes de Comunicação de Dados – Redes Telefônicas
A ideia das linhas-tronco T1 é agrupar vários desses canais em um único canal de alta velocidade (dai o name "tronco").  As linhas-tronco T1 (e suas derivações) são Linhas Dedicadas, pois só permitem conexão ponto a ponto, ou seja, conexão entre duas localidades específicas. A T1 é dividida em 24 canais de 64 kbps, é possível utilizar essa linha com varias configurações diferentes. Esse é o conceito de Largura de Banda de transmissão, em que a taxa total de transmissão pode ser dividida e utilizada para diferentes finalidades, tais como: Transmitir dados a Mbps. Transmitir 24 linhas telefônicas de voz. Utilizar uma parte dessa largura de banda para transmissão de dados e outra para transmissão de voz. Utilizar somente parte dessa largura de banda, compartilhando o resto com outros usuarios. Essa parte de largura de banda e chamada Fracionária T1.

24 Redes de Comunicação de Dados – Redes Telefônicas
No momento da solicitação desse serviço, o usuário deve informar a concessionária para que tipo de finalidade ela sera utilizada . É um serviço de alto custo. No início, as linhas T1 utilizavam cabos de cobre como meio de transmissao, mas hoje, são utilizados outros meios: fibras ópticas, radio digital, etc. As linhas T1 e suas derivações são utilizadas nos Estados Unidos e no Japao. Na Europa e demais paises, as linhas-tronco seguem um padrão diferente, apesar de compatível com T1. É o padrão E1, que apresenta taxa de transmissão de 2,048 Mbps (equivalente a 32 canais de 64 kbps). Existem outros níveis de linha-tronco , obtidos pelo agrupamento sucessivo de linhas-tronco.

25 Redes de Comunicação de Dados – Redes Telefônicas
Comparação entre os padrões T1 e E1 Níveis Taxas de Transmissão DS0 64 kbps (canal telefônico de voz) DS1 1,544 Mbps (T1) - 24 canais de voz 2,048 Mbps (E1) - 30 canais de voz DS2 6,312 Mbps (T2) - 4 x T1 8,448 Mbps (E2) DS3 44,736 Mbps (T3) - 7 x T2 34,368 Mbps (E3) DS4 274,176 Mbps (T4) - 6 x T3 139,268 Mbps (E4)

26 Redes de Comunicação de Dados – Redes RDSI
RDSI - Rede Digital de Servios lntegrados ou ISDN - Integrated Services Digital Network Opção de comunicação em linhas digitais criada pelas companhias telefônicas no início dos anos 80. A idéia por trás desses serviços era de que eles fossem a próxima geração das linhas telefônicas, associando dados e voz em um único canal de comunicação digital. (não mais analógico) Conexões RDSI A conexão básica ao serviço RDSI é chamada BRI (Basic Rate Interface) que oferece dois canais independentes para comunicação de dados a taxas de 64 kbps cada (total de 128 kbps). Essa taxa de transmissão é suficiente para a maioria dos usuários.

27 Redes de Comunicação de Dados – Redes RDSI
Para usuários que necessitam de taxas de transmissão maiores, o serviço RDSI oferece um outro tipo de conexão, chamada Primary Rate Interface (PRI), que consiste no agrupamento de 12 BRls, atingindo velocidades de 1,472 Mbps. (isso acontece, porque um canal de 64 kbps é utilizado para sinalização entre transmissor e receptor). Com isso, é possível atingir taxas de transmissão compatíveis com aquelas encontradas nas linhas-tronco T1 a um custo bem menor. Apesar dessa vantagem, a RDSI apresenta dois problemas basicos: 1º: Os equipamentos utilizados para conexão a essa rede são diferentes daqueles utilizados em redes telefônicas normais. 2º: Nem todas as localidades possuem disponibilidade para esse serviço, então, no caso da utilização de computadores portateis seria necessario possuir equipamentos para conexao aos dois tipos de rede, o que elevaria o custo do equipamento .

28 Redes de Comunicação de Dados – Redes DSL
DSL (Digital Subscriber Lines) é um serviço oferecido pelas operadoras de telefonia e permite a transmissão de dados e voz, ao mesmo tempo, por meio dos mesmos cabos telefônicos de cobre, ja existentes na rede telefônica normal. Além disso, consegue alcançar altas taxas de transmissão (atingindo valores correspondentes a T1/E1). Para conseguir isso, essa tecnologia aproveita uma característica técnica das transmissões telefônicas comuns. A faixa de frequências utilizada para transmitir a voz dos usáarios é bem menor que a faixa possível de ser transmitida pelos cabos telefônicos. O serviço usa as faixas não utilizadas para transmissão de dados, enquanto mantem aquela faixa reservada para a transmissão de voz.

29 Redes de Comunicação de Dados – Redes DSL
Para utilizar os dois tipos de informação (voz e dados) ao mesmo tempo, os usuários devem colocar um filtro , conectado ao aparelho telefônico , para selecionar somente as frequências de voz para ele, deixando o resto (dados) para ser tratado pelo sistema de computação. Esse serviço também necessita que o sistema do usuário possua um modem, mas, nesse caso, diferente daquele utilizado em linhas telefônicas normais. Graças as características apresentadas , os serviços DSL apresentam os seguintes benefícios: Altas taxas de transmissão de dados; Menor custo, pois utiliza a mesma infraestrutura já existente da rede telefônica. A desvantagem apresentada por esse serviço é a distancia máxima de transmissão: 10 km.

30 Redes de Comunicação de Dados – Configurações DSL
ADSL (Asymmetric DSL): serviço que possui taxa de recebimento de dados (downstream) maior que a taxa de envio de dados (upstream). lsso é interessante para a navegação na Internet, mas bastante ruim para redes corporativas remotas . As taxas de transmissão podem atingir ate 24 Mbps (downstream) e ate 3,5 Mbps (upstream). HDSL (High-Speed DSL): serviço que transmite dados a taxas de até 2 Mbps de forma simetrica (downstream e upstream com mesma taxa), a uma distância máxima de 3600 m. SDSL (Symmetric DSL): serviço com características semelhantes aquelas apresentadas pelo HDSL, mas com taxa de transmissão máxima de 4 Mbps. MSDSL (Multi-rate Symmetric DSL): serviço que apresenta taxa de transmissão de 2 Mbps e atinge distância de 8,8 km.

31 Redes de Comunicação de Dados – Configurações DSL
RADSL (Rate Adaptative DSL): serviço que adapta a taxa de transmissão maxima à condição da linha de transmissão. É útil para redes remotas muito espalhadas. Atinge distancias de ate 10 km. VDSL ou VHDSL (Very high bit-rate DSL): serviço que apresenta taxas de transmissão entre 12 e 250 Mbps, mas a distâncias que variam de 300 a 1500 m. É uma ótima solução para redes remotas localizadas em um campus.

32 Redes de Comunicação de Dados – Serviço ADSL
Faixas de Frenquências Utilizadas pelo ADSL Conexão dos equipamentos no ADSL

33 Redes de Comunicação de Dados – Redes de Fibras Óticas
Redes de conexão por fibras óticas apresentam taxas de transmissão ainda maiores que o DSL. Estas taxas variam desde dezenas de Mbps até centenas de Gbps. A utilização de fibras ópticas permite que essas redes transmitam dados a distâncias muito maiores e com uma qualidade melhor. Existem dois padrões para esse tipo de comunicação: SONET (Synchronous Optical Network), criado pela Bellcore, em 1985, utilizada principalmente nos Estados Unidos e no Canada. SDH (Synchronous Digital Hierarchy), padrão recomendado pelo CCITI e utilizado no resto do mundo. Para escolher um serviço desse tipo, é necessário observar a qualificação baseada em Optical Carriers (OC) e a necessidade de transmissão de dados.

34 Redes de Comunicação de Dados – Redes de Fibras Óticas
Taxas de transmissão encontradas nos serviços de comunicação de dados que utilizam fibra ótica. Nivel Taxa de Transmissão OC-1 51,84 Mbps OC-3 155,52 Mbps OC-9 466 ,52 Mbps OC-12 622,08 Mbps OC-18 933,12 Mbps OC-24 1,244 Gbps OC-36 1,866 Gbps OC-48 2,488 Gbps OC-192 9,952 Gbps OC-256 13,271 Gbps OC-768 39,813 Gbps OC-1536 79,626 Gbps OC-3072 159,252 Gbps

35 Redes de Comunicação de Dados – Telefonia Móvel
As redes de telefonia sem fio (wireless) utilizavam inicialmente, sinais analógicos para transmissão. (Primeira geracção (1G)) Problemas: as tecnologias existentes eram regionalizadas. impedindo uma interacão maior entre os usuários; sobrecarga da rede devido ao crescimento da utilizacão do serviço. Nas redes de telefonia wireless de segunda geração (2G), o foco principal era a transmissão de voz digital. As duas principais tecnologias dessa geração são: GSM (Global System for Mobile Comunication) (tecnologia mais utilizada) e DMA (Code Division Multiple Access). Permitem taxas de transmissão de dados de 30 kbps (com o aparelho parado) e 10 kbps (com o aparelho em movimento). Mas equipamentos das duas tecnologias sao incompatíveis, não se comunicam.

36 Redes de Comunicação de Dados – Telefonia Móvel
O padrão GSM foi melhorado (na taxa de transmissão de dados) com 2 (duas) evoluções conhecidas como 2.5G: GPRS (General Packet Radio Service), com taxas de transmissão de 170 kbps; EDGE (Enhanced Data-rates for GSM Evolution) com taxas de transmissão de 384 kbps. Na 3ª geração de celulares (3G) a ITU (International Telecommunication Union) definiu que os dados devem ser transmitidos com taxas de: 2 Mbps (em ambientes fixos e internos); 384 kbps (em ambientes urbanos externos) e 144 kbps (em ambientes remotos e móveis). Além disso, devem oferecer mobilidade na entrega dos dados, operar com a geração anterior (2G) e permitir a utilização de aplicações de intenso uso de dados como VoIP, video telefonia, multimidia móvel, etc.

37 Redes de Comunicação de Dados – Telefonia Móvel
As primeiras tecnologias 3G a surgirem foram: CDMA2000 1X e; WCDMA (Wideband CDMA), também conhecida como UMTS - Universal Module Telecommunications System (1,92 Mbps). A Quarta Geração (4G) é baseada totalmente em IP, sendo um sistema e uma rede, alcançando a convergência entre as redes de cabo e sem fio bem como com computadores, dispositivos eletrônicos e tecnologias da informação. Provê velocidades de acesso entre: 100 Megabit/s em movimento e 1 Gigabit/s em repouso, Mantém uma qualidade de serviço (QoS) de ponta a ponta e com alta segurança, permitindo oferecer serviços de qualquer tipo.

38 Redes de Comunicação de Dados – Redes de TV a Cabo
As redes de TV a cabo (CATV - Community Antenna Television) também são utilizadas para transmissão e recepção de dados. Estas redes apresentam sinais digitais , que podem ser utilizados tanto para imagens como para dados e voz telefônica. Em muitos países leis impedem o uso das redes CATV para a utilização na comunicação de dados. Outro serviço existente é o FTTH (Fiber-to-the-Home), que é uma tecnologia que leva às residências, por meio de fibras ópticas, um conjunto de serviços integrados (comunicação de dados, TV digital, radio digital, acesso a Internet e telefonia convencional). Essa tecnologia pode atingir taxas de transmissão de dados de até 1 Gbps.

39 Composição de Sistema de Comunicação de Dados
DTE (Data Terminal Equipment): são fontes ou destinatários da informação. DCE (Data Communication Equipment): são os responsáveis por transportar a informação entre a fonte e o destinatário. Configuração Típica: COMPUTADOR DTE DCE RTP MODEM TERMINAL Para viabilizar a comunicação entre DTE e DCE de fabricantes diferentes, foram estabelecidos padrões funcionais, elétricos e mecânicos para as suas interfaces.

40 Padrões para Modems Padrão Significado V.22
Provê 1200 bits por segundo a 600 bauds V.22bis O primeiro padrão "mundial", define 2400 bits por segundo a 600 bauds V.32 Provê 4800 e 9600 bits por segundo a 2400 bauds V.32bis Provê 14,400 bits por segundo e retroativamente a 12,000, 9600, 7200, e 4800 bits por segundo V.32terbo Provê 19,200 bits por segundo e retroativamente a 12,000, 9600, 7200, e 4800 bits por segundo; pode operar a taxas ainda maiores com compressão; não é um padrão da CCITT/ITU V.34 Provê 28,800 bits por segundo e retroativamente a 24,000 e 19,200 bits por segundo e compatível retroativamente com o V.32 e V.32bis V.34bis Provê até 33,600 bits por segundo e retroativamente a 31,200 ou taxas de transferências do V.34 V.35 Interface entre dispositivo de acesso a rede e rede de pacotes, com taxas de transferência maiores que 19.2 Kbps. V.35 pode usar bandas de vários circuitos de telefonia como um grupo. Normalmente utilizados em links digitais de dados, e geralmente este padrão só é disponibilizado em modens especiais. V.42 Mesmas taxas de transferência que o V.32, V.32bis, e outros padrões, porém com melhor correção de erro, e consequentemente mais estável e confiável. V.42bis Mesmas taxas de transferência que o V.42 porém com algoritmo de compressão mais eficiente, e maior estabilidade. V.90 Provê até 56,000 bits por segundo na teoria (mas na prática, alguma coisa menor). Derivada da tecnologia x2 da 3Com (US Robotics) e da tecnologia K56flex da Rockwell. V.92 Provê até bits por segundo porém com vantagens na transferência de dados bilateral além de melhorias na velocidade de equalização (handshaking) entre modens e chamada em espera. Este padrão foi definido tendo como meta principal, melhorar os acessos discados à internet.