Rede de Computadores Comunicação de Dados, Transmissão de Dados e Meios de Transmissão

Transcrição

1 Comunicação de Dados, Transmissão de Dados e Meios de Transmissão MSc. Eugénio Macumbe

2 Comunicação de Dados As redes de comunicação existem para que dados possam ser enviados de um lugar para outro, essa é a idéia básica da comunicação de dados. Para que esse assunto seja entendido completamente, devemos compreender os componentes físicos de uma rede; saber representar os diferentes tipos de dados e estarmos aptos a criar/gerir um fluxo de dados. Quando comunicamos, compartilhamos informação. Este compartilhamento pode ser local ou remoto. Em geral, entre indivíduos, a comunicação local acontece face a face, enquanto que a comunicação remota toma lugar a longas distâncias. A palavra telecomunicações quer dizer comunicação a longas distâncias (do grego tele = longe, ao longe, distante) e inclui a telefonia, telegrafia e a televisão.

3 Comunicação de dados é a troca de informação entre dois dispositivos através de alguma forma de meio de comunicação, por exemplo um par de fios. Para que a comunicação d dados aconteça, os dispositivos de comunicação devem ser parte de um sistema de comunicações feito a partir da combinação hardware (equipamento físico) e software (programas). A eficiência de um sistema de comunicação de dados depende fundamentalmente de três características: 1. Entrega (delivery). O sistema deve entregar os dados ao destino correto. Os dados devem ser recebidos somente pelo dispositivo ou usuário de destino. 2. Confiabilidade. O sistema deve garantir a entrega dos dados. Dados modificados ou corrompidos numa transmissão são inúteis. 3. Tempo de Atraso. O sistema deve entregar dados em um tempo finito e predeterminado. Dados entregues tardiamente são pouco úteis. Por exemplo, no caso de transmissões de áudio e de vídeo, os atrasos não são desejáveis, de modo que eles devem ser entregues praticamente no mesmo instante em que foram produzidos, isto é, sem atrasos significativos. Este tipo de entrega é denominada transmissão em tempo real.

4 Componentes Rede de Computadores Um sistema básico de comunicação de dados é composto de cinco elementos: 1. Mensagem. A mensagem é a informação (dados) a ser transmitida. Pode ser constituída de texto, números, figuras, áudio ou vídeo ou qualquer combinação desses. 2. Transmissor. O transmissor é o dispositivo que envia a mensagem de dados. Pode ser um computador, uma estação de trabalho (workstation), um telefone, uma câmera de vídeo e assim por diante. 3. Receptor. O receptor é o dispositivo que recebe a mensagem. Pode ser um computador, uma estação de trabalho, um telefone, uma câmera de vídeo e assim por diante. 4. Meio. O meio de transmissão é o caminho físico por onde viaja uma mensagem originada no transmissor e dirigida ao receptor. Pode ser um par trançado, cabo coaxial, fibra óptica ou ondas de rádio (microondas terrestre ou via satélite). 5. Protocolo. Um protocolo é um conjunto de regras que governa a comunicação de dados. Ele representa um acordo entre os dispositivos que se comunicam. Sem um protocolo, dois dispositivos podem estar conectados, mas sem comunicação entre si.

5 Representação dos Dados Rede de Computadores Hoje em dia a informação se apresenta de diferentes formas, tais como caracteres numéricos ou alfanuméricos, visual ou audível. 1. Caracteres Em comunicação de dados, um caractere é representado por um padrão ou uma sequência de bits 0s e 1s. O número de bits no padrão depende do número de símbolos na linguagem ou código. 2. Números Números também são representados através de um padrão de bits. Entretanto, um código como o ASCII não é utilizado para representar números; um número geralmente é convertido para binário sem nenhuma representação adicional. 3. Imagens Actualmente, as imagens também são representadas por um padrão de bits. Porém, o mecanismo de representação é diferente.

6 Representação dos Dados 4. Áudio Rede de Computadores Áudio é uma representação para o som. O áudio tem uma natureza diferente dos caracteres, números ou imagens. Ele é contínuo, não discreto. 5. Vídeo Vídeo pode ser produzido como um sinal contínuo (p. ex., por uma câmera de TV) ou pode ser uma combinação de imagens, cada qual uma sequência discreta, montadas para gerar a idéia de movimento.

7 Direcção dos Dados Rede de Computadores Uma comunicação entre dois dispositivos pode acontecer de três maneiras diferentes: simplex, halfduplex ou full-duplex. 1. Simplex No modo simplex, a comunicação é unidirecional, como numa rua de mão única. Somente um dos dois dispositivos no link é capaz de transmitir; logo o outro só será capaz de receber. 2. Half-Duplex No modo half-duplex, cada estação pode transmitir e receber, mas nunca ao mesmo tempo. Quando um dos dispositivos está transmitindo o outro está recebendo e vice-versa. 3. Full-Duplex No modo full-duplex (também chamado de duplex), ambas estações podem transmitir e receber simultaneamente.

8 Transmissão de Sinais A transmissão de sinais é o transporte físico da informação da estação de origem para a estação de destino. B.A.Forouzan Redes e Comunicação de Dados

9 Transmissão de Sinais Geralmente os dados manipulados por um usuário não estão na forma adequada para serem transmitidos na rede os dados devem ser codificados em uma cadeia de bits 0s e 1s; Para serem enviados através de links da rede, os bits devem ser convertidos para uma forma aceitável pelo meio de transmissão sinais eletromagnéticos; Primeira funcionalidade de camada física converter cadeias de bits em sinais eletromagnéticos.

10 Transmissão de Sinais Tanto os dados como os sinais que os representam podem existir na forma analógica ou digital. Informação analógica: voz humana gera uma onda analógica no ar, pode ser capturada por um microfone e convertida em um sinal analógico; Informação digital: dados armazenados na memória de um computador na forma de 0s e 1s ao serem transferidos de uma memória para outro local de armazenamento são convertidos em sinais digitais.

11 Transmissão de Sinais Os sinais também podem ser representados na forma analógica ou digital: Sinal analógico: possui infinitos níveis de tensão num certo período de tempo; Sinal digital: possui apenas um número limitado e definido de valores, simplificados freqüentemente como 0 e 1.

12 Transmissão de Sinais O modo mais simples de representar sinais é utilizando um plano cartesiano constituído de um par de eixos : Vertical Potencia do sinal; Horizontal Fluxo do tempo. Analógico Digital

13 Transmissão de Sinais Todos sinais analógicos e digitais podem se apresentar na forma periódica ou não periódica: Sinal Periódico: completa um padrão dentro de um intervalo de tempo mensurável (período) Um padrão completo é denominado de ciclo; Sinal Não Periódico: evolui no tempo sem exibir um padrão ou completar um ciclo. Na comunicação de dados, utilizamos frequentemente sinais analógicos periódicos e sinais digitais não periódicos.

14 Transmissão de Sinais Sinais Analógicos: São classificados em sinais simples e sinais compostos: Sinal analógico simples: uma onda senoidal - não pode ser decomposto em uma soma de sinais; Sinal analógico composto: é constituído de uma soma de múltiplas ondas senoidais.

15 Transmissão de Sinais Sinais Analógicos Simples: A onda senoidal é formada por um sinal analógico periódico. Visualizado como uma curva variável no tempo, varia ao longo de um ciclo de forma contínua. Cada ciclo da senóide consiste em dois arcos, um acima e outro abaixo do eixo dos tempos.

16 Transmissão de Sinais Sinais Analógicos Simples: O pico de amplitude de um sinal representa o valor de intensidade mais alta. Para sinais elétricos, o pico de amplitude é medido em volts.

17 Transmissão de Sinais Sinais Analógicos Simples: O período (T) é o intervalo de tempo que a onda leva para completar um ciclo medida em segundos; A frequência é o número de períodos ou ciclos em um intervalo de tempo igual a 1 segundo; Seis períodos em 1s Freqüência = 6 Hz

18 Transmissão de Sinais Sinais Analógicos Simples: O período de uma onda é expresso em segundos; A frequência é expressa em Hertz (Hz). Unidades de Período e Frequência

19 Transmissão de Sinais Sinais Analógicos Simples: Sinal com frequência alta: Sinal com freqüência baixa: Sinal com freqüência zero:

20 Transmissão de Sinais Sinais Analógicos Simples: O termo fase descreve a forma da onda com relação ao marco zero do tempo; A fase indica o status do primeiro ciclo. A fase é medida em graus:

21 Transmissão de Sinais Sinais Analógicos Compostos: A faixa de frequência passante de um meio é denominada largura de banda (bandwidth). A largura de banda é a diferença entre a maior e a menor frequência que um meio pode transmitir satisfatoriamente. Exemplo : a voz humana tem um espectro variando de 300 a 3300 Hz largura de banda necessária para transmissão 3000 Hz; Se usarmos um meio com largura de banda de 1000 Hz, entre 1500 e 2500 Hz, alguns componentes de frequência do sinal de voz serão perdidos.

22 Transmissão de Sinais Sinais Digitais: Um sinal também pode possuir uma forma de representação digital; O nível lógico 1 equivale a uma voltagem positiva e o nível lógico 0 equivale a uma voltagem zero.

23 Transmissão de Sinais Sinais Digitais: O sinal digital é não periódico os termos período e frequência não são apropriados; Dois novos termos são usados para descrever um sinal digital: Intervalo de sinalização Período; Nº de bits por segundo (bps) Frequência;

24 Transmissão de Sinais Perda na Transmissão: Os meios de transmissão não são perfeitos; A imperfeição provoca a perda de sinais; Três causas para essas perdas: Atenuação Distorção Ruído

25 Transmissão de Sinais Perda na Transmissão: Atenuação (perda de energia): quando um sinal trafega por um meio de transmissão, ele perde parte de sua energia para superar a resistência do meio; Para compensar essas perdas são utilizados amplificadores para o sinal.

26 Transmissão de Sinais Perda na Transmissão: Distorção (mudança na forma): pode ocorrer em um sinal composto, quando os componentes do sinal no receptor possuem fases diferentes daqueles que tinha no emissor; Este diferença ocorre porque cada componente do sinal tem sua própria velocidade de propagação e portanto o seu seu próprio retardo em atingir o destino final.

27 Transmissão de Sinais Perda na Transmissão: Distorção (mudança na forma):

28 Transmissão de Sinais Perda na Transmissão: Ruído (alteração do sinal): vários tipos de ruídos podem causar danos ao sinal original: Ruído térmico: movimentação aleatório de elétrons em um fio criando um sinal extra; Ruído induzido: provém de motores e aparelhos eléctricos(transmissor) para o meio físico(receptor); Linha Cruzada: um meio físico (transmissor) interfere no sinal de outro meio físico (receptor); Impulso: é um sinal com grande energia em um curto espaço de tempo provenientes de cabos de força, relâmpagos, etc.

29 Transmissão de Sinais Perda na Transmissão: Ruído (alteração do sinal):

30 Meios de Transmissão

31 Transmissão de Sinais Principais meios de transmissão: Cabo Coaxial 10Base2, 10Base5; Par Trançado UTP (Unshield Twisted Pair) CAT5, CAT5E, CAT6, CAT6a, CAT7; Fibra Óptica monomodo, multimodo; Microondas - IEEE /15/16 sinais na faixa dos microondas; Infravermelhos; Ondas de Rádio.

32 Classes de Meios de Transmissão Meio de Transmissão Guiado Não Guiado Cabo Coaxial Cabo Par Trançado Cabo de Fibra Óptica Espaço Livre

33 Transmissão de Sinais Cabo coaxial

34 Cabo Coaxial Cabo Coaxial: O dado é transmitido no fio mais interno. A proteção de metal protege contra campos eletro-magnéticos externos e evita que a radiação da energia eletro-magnética do fio interno interfira com outros fios

35 Cabo Coaxial Thick Ethernet 10Base5, RG-11, trunk Conector: N-Series Caro Thin Ethernet 10Base2, RG-58. Conector: Bayonet Nut Connector (BNC) Barato. (Não muito usado!)

36 Cabo Coaxial Thin ethernet - 10Base2 Thick ethernet - 10Base5

37 Cabo Coaxial - Conectores

38 Transmissão de Sinais Cabo de Par Prançado

39 Transmissão de Sinais Padrão de montagem de cabo: 568A 1. Verde/Branco 2. Verde 3. Laranja/Branco 4. Azul 5. Azul/Branco 6. Laranja 7. Castanho/Branco 8. Castanho 568B 1. Laranja/Branco 2. Laranja 3. Verde/Branco 4. Azul 5. Azul/Branco 6. Verde 7. Castanho/Branco 8. Castanho

40 Par Trançado STP: Shielded Twisted Pair dois pares: Um para enviar, outro para receber Empregados em redes Token Ring Conector type-1 UTP: Unshielded Twisted Pair de 2 a 4 pares de fios ethernet (10 Base T) e Token Ring típico conector: RJ-45

41 Par Trançado - STP IBM Token Ring, dois pares de fios (send e receive), conector IBM tipo-1.

42 Par Trançado - UTP Ethernet e Token Ring, existente em vários níveis, conector típico: RJ-45

43 Categorias de cabos UTP

44 Transmissão de Sinais Fibra Óptica

45 Fibra Óptica Usa a luz em vez de eletricidade para enviar dados. Largura de banda muito maior do que a dos cabos coaxiais e de par trançado. Imune a interferências elétricas. Materiais mais baratos do que os cabos coaxiais, porém, sua instalação tem um custo mais elevado.

46 Fibra Óptica Cara Usada em backbones ou redes anel FDDI (100 Mbps) Alta capacidade Imune a interferências eletro magnéticas Baixa perda Dificuldade para fazer junções Longas distâncias

47 Fibra Óptica Rede de Computadores

48 Fibra Óptica LEDs (Light-Emitting Diodes) ILDs (Injection Laser Diodes) Fibras Multimode: Custo Menor, Menor performance transporta múltiplos raios de luz concorrentemente distâncias relativamente curtas, devido a dispersão 50 a 100 microns Fibras Single Mode: Maior Custo, Maior Performance Transporta um único raio de luz. Distâncias mais longas. (50x) Maior banda, embora (8.3 a 10 microns) 10 bilhões de bits por segundo!

49 Transmissão por Microondas Usa transmissão de sinais de dados em linha de visão através da atmosfera; Requer estações repetidoras aproximadamente a cada 48 quilômetros. As ondas seguem uma linha recta; Oferece alta velocidade e eficiência quanto ao custo; Suscetível às condições climáticas; Utilizada para estabelecer redes sem fio; Padrões regem a transmissão sem fio (microondas).

50 Transmissão por Satélite (Microondas) Uma forma de transmissão por microondas: O satélite age como uma estação de retransmissão. Componentes: A estação terrestre envia e recebe sinais do satélite. Um transponder recebe e amplifica o sinal, modifica a freqüência e retransmite os dados. Útil quando os sinais devem percorrer milhares de quilômetros.

51 Transmissão por Ondas de Rádio Ondas de Rádio são de baixa e média frequência e podem penetrar paredes; Usam antenas omnidirecionais; As características das ondas de Rádio fazem com que sejam muito usadas para comunicações Multicast. Aplicações: Radio FM e AM, televisão, Telefones sem fio, Pagers, etc. Bluetooth usa ondas de rádio para conectar dispositivos móveis.

52 Conexão ponto a ponto utilizando microondas

53 Comunicação via satélite Satélite Satélite (a) (b) Downlink Uplink Estação B Estação A Estação D Estação C Estação B Estação A

54 Infravermelhos 16 Mbps

55 BIBLIOGRAFIA Rede de Computadores FOROUZAN, Behrouz : Data Communicatons and Networking, 4th Edition, MC- Graw-Hill 2009;