Telecomunicaçõ. ções e Redes de Computadores. 1 Introduçã. ção. Prof. Paulo Lobato Correia. IST, DEEC Área Científica de Telecomunicações

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1 Telecomunicaçõ ções e Redes de Computadores 1 Introduçã ção Prof. Paulo Lobato Correia IST, DEEC Área Científica de Telecomunicações

2 Objectivos Introduzir o conceito de Telecomunicações e terminologia associada; Caracterizar os diversos tipos de dados e modalidades de processamento, avaliando o seu impacto nas redes de transmissão; Identificar e descrever as principais operações de um Sistema de Telecomunicações; Estudar as redes de computadores modelos OSI e Internet (TCP/IP); TRC Prof. Paulo Lobato Correia 2

3 Conceitos Base Informação conhecimento adquirido pela experiência e que resulta da incerteza do resultado da experiência; Dados informação representada de forma adequada para trocar ou processar, por seres humanos ou por meios automáticos; Comunicação transmissão de informação usando dados; Telecomunicações transmissão fiável de informação à distância usando dados (recorrendo a sinais eléctricos, electromagnéticos, ou ópticos); No contexto de TRC: Comunicações = Telecomunicações TRC Prof. Paulo Lobato Correia 3

4 Conceitos Base Sistema grupo de componentes que interagem de modo préestabelecido para atingir um objectivo. A alteração de um componente afecta outros elementos do sistema; Sinal codificação eléctrica, electromagnética, ou óptica dos dados, representada como uma grandeza variável no tempo; Transmissão de dados comunicação de dados (digitais) através da propagação e processamento de sinais. TRC Prof. Paulo Lobato Correia 4

5 Modelo Básico B de Sistema de Comunicaçã ção Fonte de Informação (Emissor) Mensagem Meio de Transmissão Destinatário (Receptor) Confirmação (acknowledgement) TRC Prof. Paulo Lobato Correia 5

6 Modelo de Sistema de Telecomunicaçõ ções Fonte de Informação Informação à entrada Mensagem, m Sistema Emissor Dispositivo de Entrada Dados de entrada, g Sinal de entrada, g(t) Emissor Sinal de transmitido, s(t) Meio de Transmissão Destinatário Informação à saída Mensagem, m ^ Sistema Receptor Dispositivo de Saída Dados de saída, ĝ Sinal de saída, ĝ(t) Receptor Sinal de recebido, r(t) TRC Prof. Paulo Lobato Correia 6

7 Blocos do Sistema de Telecomunicaçõ ções Fonte de informação gera mensagem m que se pretende transmitir; Dispositivo de entrada representa mensagem como dados g, que são apresentados ao emissor como um sinal g(t); transdutor converte sinais de de natureza diferente; (microfone: acústico -> eléctrico) teclado + codificador transforma a mensagem num conjunto de caracteres e estes em conjuntos de bits; Emissor converte g(t) num sinal adequado para transmissão s(t); TRC Prof. Paulo Lobato Correia 7

8 Blocos do Sistema de Telecomunicaçõ ções Meio de transmissão assegura ligação entre os sistemas emissor e receptor; Receptor converte o sinal recebido r(t) numa estimativa do sinal de entrada; Dispositivo de saída entrega a mensagem estimada ao destinatário; transdutor converte sinais de de natureza diferente; (altifalante: eléctrico -> acústico) dispositivo para apresentar a mensagem na forma desejada (visual). TRC Prof. Paulo Lobato Correia 8

9 Tipos de Dados Texto não formatado (a partir de um conjunto limitado de caracteres), ou formatado (para estruturar, aceder e apresentar documentos em formato electrónico); Imagem resultando de digitalização de documentos, ou produzida em computador; Multimédia (combina diversos tipos de dados) Áudio inclui voz e música; Vídeo inclui sequências de imagens e filmes; TRC Prof. Paulo Lobato Correia 9

10 Representaçã ção o dos Dados Analógica dados tomam valores contínuos ao longo do tempo; Voz: o sinal acústico é convertido num sinal eléctrico cuja amplitude varia continuamente ao longo do tempo com a mesma variação que o sinal sonoro (mesma frequência); Vídeo: é feito um varrimento de cada imagem, sendo a intensidade luminosa do ponto de varrimento convertida num sinal eléctrico; TRC Prof. Paulo Lobato Correia 10

11 Representaçã ção o Analógica dos Dados Exemplo: Voz (Sinal acústico é convertido pelo microfone num sinal eléctrico contínuo no tempo e em amplitude) Microfone TRC Prof. Paulo Lobato Correia 11

12 Representaçã ção o dos Dados Digital dados tomam valores discretos em instantes discretos de tempo. Exemplo: Texto: um teclado possui um número limitado de teclas, que são premidas em instantes de tempo discretos; Binária dados digitais tomam apenas 2 valores (0 ou 1); bit: binary digit. TRC Prof. Paulo Lobato Correia 12

13 Representaçã ção o Digital dos Dados Exemplo: Ficheiro (conjunto de caracteres) (Cada carácter pode ser representado por um valor numérico, representável em numeração binária) TRC Prof. Paulo Lobato Correia 13

14 Codificaçã ção o de Caracteres: Código C ASCII Exemplo: i -> Bit de paridade: (paridade par) TRC Prof. Paulo Lobato Correia 14

15 Representaçã ção o de Imagens Binárias Código: TRC Prof. Paulo Lobato Correia 15

16 Rítmo Binário e Taxa de Transmissão Ritmo (ou débito) binário: R b [bit/s] ou [bps] quantidade de bits enviados por unidade de tempo; Taxa de transmissão: f símb [símbolo/s] ou [Baud] velocidade a que o sinal eléctrico (símbolo) muda de estado; Dibit: a cada símbolo correspondem 2 bits => Tribit: a cada símbolo correspondem 3 bits => R b = 2. f símb R b = 3. f símb Se a cada símbolo correspondem m bits => R b = m. f símb Para que a cada símbolo correspondam m bits, são necessários pelo menos M símbolos distintos, com: M = 2 m TRC Prof. Paulo Lobato Correia 16

17 Rítmo Binário e Taxa de Transmissão U (V) t (ms) f simb 1 T simb T simb = b Tsim b T = R b = f simb Cada símbolo transmitido corresponde a 1 bit TRC Prof. Paulo Lobato Correia 17

18 Rítmo Binário e Taxa de Transmissão U (V) t (ms) T simb f simb 1 T = Tb Tsimb simb = 2 1 R = 2 b f simb Cada símbolo transmitido corresponde a 2 bits TRC Prof. Paulo Lobato Correia 18

19 Conversão Analógico gico-digital Um sinal analógico pode ser representado de forma digital: Voz analógica Linha analógica telefone Voz analógica Voz digitalizada Codec Codec: codificador e descodificador Linha digital TRC Prof. Paulo Lobato Correia 19

20 Conversão o Analógico gico-digital TRC Prof. Paulo Lobato Correia 20

21 Conversão Digital-Anal Analógico Um sinal digital pode ser representado de forma analógica; Linha analógica Dados modulados modem Dados DSU DSU: data service unit Dados Linha digital TRC Prof. Paulo Lobato Correia 21

22 Conversão o Digital-Anal Analógico TRC Prof. Paulo Lobato Correia 22

23 Exemplo de Aplicaçã ção Microfone Conversão A D Rede de Telecomunicações Conversão D A Altifalante Sinal acústico -> Sinal eléctrico analógico (transdução) Sinal analógico -> Sinal digital Transmissão Sinal digital -> Sinal analógico Sinal analógico -> Sinal acústico TRC Prof. Paulo Lobato Correia 23

24 Exemplo: Fax Dispositivo de entrada: scanner Dados: intensidade de cada pixel ( pixel = picture element) Sinal: sequência de valores dos pixels obtidos por varrimento TRC Prof. Paulo Lobato Correia 24

25 Organismos de Normalizaçã ção International Telecommunication Union (ITU) European Telecommunication Standards Institute (ETSI) International Standards Organisation (ISO) Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) Internet Engineering Task Force (IETF)... TRC Prof. Paulo Lobato Correia 25

26 Critérios rios de Qualidade Fidelidade transmissão sem perdas nem alterações; Fiabilidade assegurar serviço permanente e sem falhas (frequência de falhas, tempo para recuperação, redundância); Desempenho velocidade de transmissão, tempo de resposta; Segurança protecção contra acessos não autorizados e contra vírus; TRC Prof. Paulo Lobato Correia 26

27 Classificaçã ção o quanto à Tecnologia Redes Comutadas (Switched) Difusão (Broadcast) Comutação de Circuitos Ex.: PSTN (Public Switched Telephone Network) Comutação de Pacotes Ex.: PDN ou PSDN (Public Switched Data Network) Redes Locais (LANs e MANs) Comunicação Bidireccional Redes de Satélites Redes Rádio de Pacotes Comunicação Unidireccional Ex.: Redes de Rádio-difusão AM, FM e TV TRC Prof. Paulo Lobato Correia 27

28 Redes de Comunicaçã ção: Estrutura Problema: como interligar diversos equipamentos terminais? Central de comutação custo Número óptimo de centrais custo total custo de comutação custo da linha número de centrais de comutação TRC Prof. Paulo Lobato Correia 28

29 Redes de Comunicaçã ção o com Comutaçã ção Os dados são transferidos da fonte até ao destino através de nós intermédios, que não estão preocupados com o conteúdo dos dados ==> o objectivo destes nós é encaminhar os dados até ao destino. Estas redes consistem em muitas ligações entre pares de nós ==> redes ponto-a-ponto Em redes ponto-a-ponto o encaminhamento (routing( routing) é muito importante TRC Prof. Paulo Lobato Correia 29

30 Redes de Comunicaçã ção: Estrutura TRC Prof. Paulo Lobato Correia 30

31 Redes de Comunicaçã ção: Principais Elementos Equipamento terminal telefone, fax, computador,...; Equipamento de transmissão cabo, fibra,...; Equipamento de comutação comutadores; Equipamento de sinalização e gestão TRC Prof. Paulo Lobato Correia 31

32 Redes de Computadores Rede de Computadores: Sistema constituído por sistemas terminais (estações), equipamento de transmissão, de comutação e de encaminhamento, que permite a comunicação entre quaisquer duas estações diferentes ligadas à rede; TRC Prof. Paulo Lobato Correia 32

33 Elementos de uma Rede de Computadores Aplicação Aplicação Pacote Cliente Servidor Cliente Móvel Comutador A rede de computadores interliga aplicações em diferentes estações; As estações podem ser computadores ou outros dispositivos (ex.: PDA); As estações comunicam enviando pacotes através de comutadores. TRC Prof. Paulo Lobato Correia 33

34 Comutador Comutador Estação A Estação B Estação C Estação D Estação A transmite para estação C: O comutador reenvia a mensagem para a saída adequada TRC Prof. Paulo Lobato Correia 34

35 Location A Arquitecturas de Rede Location B Filósofo 3 I like rabbits Message Philosopher J'aime bien les lapins 3 Filósofo Tradutor 2 L: Dutch Ik vind konijnen leuk Information for the remote translator Translator L: Dutch Ik vind konijnen leuk 2 Tradutor Secretária 1 Fax #--- L: Dutch Ik vind konijnen leuk Information for the remote secretary Secretary Fax #--- L: Dutch Ik vind konijnen leuk 1 Secretária TRC Prof. Paulo Lobato Correia 35

36 Arquitecturas de Rede: Funçõ ções Necessárias Funções na comunicação entre estações: Especificação mecânica das tomadas, tipo de modulação,... Segmentação, reconstrução e delimitação dos pacotes; Multiplexagem/desmultiplexagem; Controlo de erros e de fluxo; Encaminhamento; Controlo de congestão; Formato para apresentação dos dados; Autenticação;... Abordagem Modular: Simplicidade de desenho e compreensão; Flexibilidade, possibilidade de normalização da interface entre módulos. TRC Prof. Paulo Lobato Correia 36

37 Arquitecturas de Rede TRC Prof. Paulo Lobato Correia 37

38 Arquitecturas de Rede: Conceitos Protocolo: conjunto de regras a seguir, entre dois níveis pares, para garantir sucesso na troca de dados; Serviço: cada nível presta serviço ao nível acima e usa os serviços disponibilizados pela interface de serviço do nível abaixo; TRC Prof. Paulo Lobato Correia 38

39 Arquitecturas de Rede: Protocolos Entidades pares da mesma camada executam algoritmo distribuído Protocolos definem as regras de comunicação entre entidades pares Formato das mensagens trocadas; Sequência no envio e recepção de mensagens; Acções a tomar quando uma mensagem é enviada ou recebida; Mensagens usadas no protocolo do nível n: n-pdu (Protocol Data Unit): Cabeçalho (header); Dados (payload); Cauda (trailer). TRC Prof. Paulo Lobato Correia 39

40 Arquitecturas de Rede: Interface de Serviço Interface de serviço especifica os serviços que a camada n fornece à camada n+1; Serviço orientado à sessão (connection-oriented): Estabelecimento de sessão; Troca de mensagens; Terminação da sessão; Serviço não orientado à sessão (connectionless): Não há estabelecimento nem terminação de sessão. TRC Prof. Paulo Lobato Correia 40

41 Arquitecturas de Rede: NíveisN Processos pares Nível n+1 Nível n Interface de serviço Protocolo TRC Prof. Paulo Lobato Correia 41

42 Arquitecturas de Rede: Modelo OSI TRC Prof. Paulo Lobato Correia 42

43 Modelo OSI: Nível N de Aplicaçã ção TRC Prof. Paulo Lobato Correia 43

44 Modelo OSI: Nível N de Apresentaçã ção TRC Prof. Paulo Lobato Correia 44

45 Modelo OSI: Nível N de Sessão TRC Prof. Paulo Lobato Correia 45

46 Modelo OSI: Nível N de Transporte TRC Prof. Paulo Lobato Correia 46

47 Modelo OSI: Nível N de Rede TRC Prof. Paulo Lobato Correia 47

48 Modelo OSI: Nível N de Ligaçã ção o de Dados TRC Prof. Paulo Lobato Correia 48

49 Modelo OSI: Nível N Físico F TRC Prof. Paulo Lobato Correia 49

50 Modelo OSI: Sumário TRC Prof. Paulo Lobato Correia 50

51 Modelo OSI: Sumário 7 Aplicação: Serve de suporte aos programas de aplicação do utilizador. 6 Apresentação: Formata os dados para apresentação ao utilizador. Exemplos: compressão de dados, tradução entre diferentes formatos de dados, encriptação. 5 Sessão: Responsável por iniciar, manter e terminar cada sessão lógica entre emissor e receptor. Estabelece pontos de sincronismo. 4 Transporte: Lida com problemas na transmissão extremo-a-extremo, tais como: segmentação das mensagens para transporte na rede, manutenção das ligações entre emissor e receptor. 3 Rede: Responsável pelo encaminhamento de pacotes ao longo da rede e pelo controlo de congestão. 2 Ligação de dados: Responsável pela transmissão e recepção de dados por um canal físico de comunicação. Lida com problemas nó-a-nó, tais como o controlo de erros e de fluxo, ou o controlo de acesso ao meio. 1 Físico: Define as características mecânicas, eléctricas, funcionais e de procedimento da interface com o meio físico. Exemplo: como formatar cada bit a ser transmitido através da rede. TRC Prof. Paulo Lobato Correia 51

52 Arquitecturas de Rede: Modelo TCP/IP TRC Prof. Paulo Lobato Correia 52

53 Modelo TCP/IP 5 Aplicação: Aplicações de rede distribuídas: FTP, SMTP, HTTP. 4 Transporte: Transferência de dados entre estações: TCP, UDP. 3 Rede: Encaminhamento e expedição de mensagens: IP, protocolos de encaminhamento. 2 Ligação de dados: Transferência de dados entre máquinas vizinhas: PPP, Ethernet. 1 Nível físico: Passagem de bits entre máquinas vizinhas: RS-232c, V.92. Aplicação Transporte Rede Dados Físico TRC Prof. Paulo Lobato Correia 53

54 Modelo TCP/IP: Protocolos TRC Prof. Paulo Lobato Correia 54

55 Modelo TCP/IP: exemplo TRC Prof. Paulo Lobato Correia 55