Faculdade Integrada do Ceará FIC Graduação em Redes de Computadores

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1 Faculdade Integrada do Ceará FIC Graduação em Redes de Computadores Disciplina Redes de Banda Larga Prof. Andrey Halysson Lima Barbosa Aula 2 Conceitos básicos de comunicação

2 Sumário Sinais analógicos e digitais; Conversão de sinais; Técnicas de modulação; Técnicas de conversão; Modems; Entidade padronizadoras.

3 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Cenário: uso da voz pelo telefone analógico! Emissor Receptor Sinal elétrico 3000Hz Conversão de som em sinal elétrico Conversão de sinal elétrico em som

4 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais No início das redes de telefonia analógica com uso do cobre, as conversas de voz eram transmitidas entre 300Hz e 3330Hz; Utilizava-se o aparelho telefônico; Converte som em sinais elétricos no emissor e depois os reconverte para som do lado do receptor;

5 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Formas de representação de dados analógicos em sinais analógicos: na frequência original ou em frequência diferente. Frequência original: a rede telefônica aceita (transmite) o sinal analógico da voz conforme recebe; Frequência diferente: a rede telefônica combina o sinal da voz com outro sinal, denominado hospedeiro (portadora).

6 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Características do hospedeiro que podem ser mudadas: amplitude, frequência e fase; Modulação por amplitude (AM): modificação da força do sinal; Modulação de frequência (FM): modificação da tonalidade do sinal; Modulação da fase (PM): atraso temporário do fluxo natural de uma onda.

7 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Representar dados analógicos como sinais digitais requer a conversão do sinal analógico dos dados, que estão na forma de senóides, para um sinal digital, representado por 0s e 1s. Neste caso o codec (codificador-decodificador) é utilizado na conversão, com a técnica PCM Modulação de Códigos por Pulso (Pulse-Code Modulation);

8 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Amostragem e codificação: captura de amostras regulares de amplitudes do sinal ao longo do tempo para representação digital; Teorema de Amostragem de Nyquist: Se um sinal analógico é amostrado em intervalos regulares do dobro da frequência mais alta na linha, então a amostra será uma representação exata do sinal original

9 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Teorema de Amostragem de Nyquist: Diz que se um sinal contínuo f(t) não contém freqüências maiores que f Hertz, o sinal pode ser completamente descrito pelas amplitudes de suas amostras feitas em intervalos não inferiores a 1/2f segundos. Isto significa que a amostragem do sinal deve ser no mínimo 2f, e de acordo com o teorema, nenhuma informação é perdida. Logo como a faixa de voz fica ao redor de 300 à 3400Hz, padronizou-se que a frequência do sinal amostrado seria de 8kHz.

10 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais PCM Modulação de Códigos por Pulso: Amostra capturada utilizando 8 bits, a onda pode ser subdividida em 256 pontos possíveis (2 8 ). 128 pontos de amostragem representa 0 ( ) 128 pontos de amostragem representa 1 ( )

11 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Modulação: consiste em se imprimir uma informação em uma onda portadora segundo o sinal modulante, pela variação de um ou mais dos seus parâmetros; Demodulação: É o processo de recuperação da informação (extração do sinal modulante) de uma onda portadora.

12 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais O modem utilizado na conversão de dados digitais para sinais analógicos tem que estar em número de 2 (um cada ponta da linha de transmissão) e os dois precisam usar a mesma técnica de modulação; As técnicas de modulação podem ser: Chave de Desvio de Amplitude; Chave de Desvio de Frequência; Chave de Desvio de Fase.

13 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação Chave de Desvio de Amplitude: ASK (Amplitude- Shift Keying) Modificação na amplitude (força) da portadora; Vantagem: facilidade de modulação e demodulação, Desvantagem: Pequenas mudanças da amplitude sofrem detecção não confiável; Sensível a interferências.

14 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação Chave de Desvio de Amplitude: ASK (Amplitude- Shift Keying)

15 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação Chave de Desvio de Freqüência: FSK (Frequency- Shift Keying) Alteração da frequência (ciclos / segundo) da onda portadora; No envio do bit "1" (marca), transmite-se a própria portadora sem alterar sua frequência. No bit 0" (espaço), a frequência da portadora é alterada para uma frequência mais alta;

16 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação A principal vantagem da modulação em frequência é a pouca sofisticação dos modens e a principal desvantagem é a necessidade de uma relação S/R (sinal/ruído) muito elevada.

17 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação Chave de Desvio de Fase: PSK (Phase-Shift Keying) Técnica de modulação mais simples; Variar a fase da portadora de acordo com os dados a serem transmitidos; O bit "0" corresponde a fase 0º e ao bit "1" corresponde a fase 180º da portadora.

18 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação Chave de Desvio de Fase: PSK (Phase-Shift Keying)

19 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação Chave de Desvio de Fase: PSK (Phase-Shift Keying) Possibilidade de representação de dibits e tribits: Dibits: alteração de quatro ângulos na PSK Ângulos: 00, 900, 1800, 2700 Dibits: 00, 01, 10, 11 Tribits: alteração de oito ângulos na PSK Ângulos: 00, 450, 900, 1350, 1800, 2250, 2700, 3150 Tribits: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111

20 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação Chave de Desvio de Fase: PSK (Phase-Shift Keying) dibits (01) (10) (00) (11) tribits (010) (011) (001) (100) (000) (101) (111) (110)

21 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação Modulação de Amplitude de Quadratura QAM (Quadrature Amplitude Modulation): Combinação entre ASK e PSK; QAM = 16 mudanças diferentes de sinais (Fase = 8, amplitude = 2);

22 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de modulação (1011) (1010) (0010) (1001) 45 0 (0011) (0001) (1100) (0100) (0000) (1000) 0 0 (1101) (0101) (0111) (0110) (1111) (1110)

23 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de conversão A transmissão de dados digitais através de uma rede digital exige a representação de dados digitais como sinal digital. Para tanto utiliza-se um equipamento denominado transmissor, utilizando a técnica de codificação de Manchester. Codificação Manchester: Difere da transmissão digital padrão em duas formas, a transição para cima ou transição para baixo: Usado em redes Ethernet / 802.3

24 Sinais analógicos e digitais Conversão de sinais Técnicas de conversão Ex.: Codificação Digital Padrão: 0 = baixo; 1 = alto Ex.: Codificação Manchester: 0 = transição para baixo 1 = transição para o alto

25 Quadro resumo das conversões de dados analógicos/digitais para sinais analógicos/digitais Conversão de dados analógicos Sinal analógico Sinal digital Sinal de banda base Sinal do hospedeiro Conversão de dados digitais PCM Sinal analógico Sinal digital ASK FSK PSK Manchester

26 Modem O MODEM (MOdulador-DEModulador) é o dispositivo que realiza a adequação dos sinais binários ao canal de transmissão, servindo de interface entre este canal e o terminal de dados e permitindo a transmissão de sinais a longa distância;

27 Modem

28 Modem Exemplos

29 Modem Classificação Quanto ao sinal: Modem Analógico: Transforma o sinal digital em analógico para transmissão na rede telefônica. São usados em comunicações sem limite de distância telefônica; Modem Digital: transforma o sinal digital em sinal digital codificado, ou seja, adequado às condições da linha. São usados em distâncias curtas e com linhas de boa qualidade.

30 Modem Classificação Quanto à característica física: Modem Interno: Em formato de placa instalado dentro do gabinete do computador; Modem Externo: Equipamento inserido dentro de gabinete próprio.

31 Modem Classificação Quanto à informação transmitida: Data Modem: Utilizados para transmitir exclusivamente dados; Fax Modem ou Data/fax modem: Utilizados para transmitir dados e fax; Voice modem ou Data/fax/voice modem: transmissão e recepção de dados e voz; Modem radio: utilizados para transmissão através de ondas de radio; Cable modem ou modem à cabo: utilizados para conexões através da rede de TV a cabo; Cartões modem ou PC card (PCMCIA): utilizados em computadores móveis.

32 Modem Taxa de Dados: quantidade de dados que podem ser transferidos por um meio de comunicação em dado período, expresso em bps; Taxa Baud (engenheiro francês Jean Maurice Emile BAUDot): Inicialmente usado para medir velocidade de transmissões por telégrafo. É uma medida de mudança de sinal. Com velocidades baixas (300 bps) os números coincidem.

33 Modem Exemplo: Canal transmitindo a 2400 baud. Se cada sinal representa um bit -> Taxa de dados = taxa de baud (2400 baud = 2400 bps). Se cada sinal representa 3 bits -> Taxa de baud: 2400 baud e Taxa de dados: 3 X 2400 bps = 7200 bps. Modem: Cada bit é representa uma mudança de sinal -> 1 bps = 1 baud. Modem de modulação de fase: uma mudança de sinal representa 3 bits -> 3 bps = 1 baud.

34 Modem Padrões de Modem Definidos por comitês internacionais ou por fabricantes de modem. Os modems deveriam ser compatíveis com padrões formalizados pelo setor de telecomunicações da International Telecommunications Union (ITU-T), que estabelece padrões de comunicações globais. Padrões de modem definidos pela ITU-T são conhecidos como a série V (a ITU-T prefixa esses padrões com a letra V) e especificam técnicas para modulação, controle de erro e compressão.

35 Modem Protocolo Descrição V.21 Padrão para modens de 300 bps que usam transmissão duplex completo sobre be linha discada. V.22 Padrão para modens duplex completo de 600 bps e 1200 bps sobre linhas discadas e privadas de dois fios. V.22 bis Padrão para modens duplex completo de 2400 bps sobre linhas discadas e privadas de dois fios. V.23 Padrão para modens meio duplex assíncronos ou síncronos de 600 bps ou 1200 bps usados em linhas discadas. V.29 Padrão para serviço de fac-símile de 9600 bps. V.32 Padrão para modens de 9600 bps, varia para 4800 bps quando a qualidade da linha decai e varia de volta quando a qualidade da linha melhora. V.32 bis Padrão que estende o V.32 para 7200, e bps; taxas menores com a qualidade da linha ruim; com a qualidade da linha melhora as taxas melhoram.

36 Modem Protocolo Descrição V.32 ter Pseudopadrão que estende o V.32 bis para bps e bps. V.34 Padrão para modens de bps. (Alguns modens V.34 foram melhorados com um novo software para taxas de bps ou bps,) V.FAST Pseudopadrão proprietário da Hayes and Rockwell para modens de transmissão com taxas de até bps; serviu como um caminho de migração para o V.34. V.42 Padrão para correção de erro em vez de ser para modem. V.42 bis Padrão que melhora o V. 42 pela incorporação da técnica de compressão de dados British Telecom Lempel Ziv para a correção de dados do V.42. V.44 Uma tecnologia de compressão originalmente desenvolvida para a indústria de satélite para maximizar a largura de banda disponível.

37 Modem Protocolo Descrição V.90 Padrão para modems de bps em que taxas de dados assimétricas se aplicam (taxas de envio e recepção são diferentes). Dependendo da condição da linha telefônica, as taxas de fluxo de saída são restritas a bps, e as taxas de fluxo de entrada são restritas a bps. V.92 Um novo padrão de modern de 56K aprovado pela ITU em meados de O V.92 oferece uma taxa de fluxo de saída máxima de bps, tempo de conexão mais rápido e espera em chamada. A taxa de fluxo de saída de 48k é uma melhoria na taxa do V.90 de 33.6k. A característica de tempo de conexão mais rápido reduz para metade o tempo que leva para um modem completar seu processo de cumprimento. A característica de espera em chamada permite que o modem coloque a conexão de Internet em espera, quando se atende uma outra chamada na mesma linha.

38 Entidades de padronização Padrões internacionais: normas para que seja possível a interoperabilidade de diferentes plataformas. No passado o usuário era obrigado a ter equipamentos de um único fabricante devido à não compatibilidade entre máquinas existentes no mercado.

39 Entidades de padronização ISO (International Standards Organization): ISO esp. Caracter 7 bits ETD/ECD; ISO esp. Transm. Serial; ISO esp. Conector 25 pinos. ITU - União Internacional de Telecomunicações G/H/J : transmissão em linha; X : rede pública de dados (ex. X.25); P : qualidade da transmissão; Q : chaveamento telefônico e sinalização.

40 Entidades de padronização ANSI - American National Standards X3.1 - sinalização c. voz X3.4 - códigos de caracteres X procedimentos de contr. linha EIA - Eletronic Industries Association RS-232C : fç de contr. No conector 25 pinos RS-366 : tx assíncrona RS-449 : esp. Conector 37 pinos até 2 MBps

41 O modelo OSI da ISO Uma arquitetura de rede é formada por interfaces, níveis e protocolos. As arquiteturas proprietárias não permitem compatibilidade, ou seja interconexão de diferentes fornecedores; O Modelo OSI padronizado pela ISO (International Standardization Organization) foi o Modelo escolhido para interconexão de sistemas, sendo aceito mundialmente;

42 O modelo OSI da ISO Conceitos do Modelo OSI: Camada ou nível: programa ou processo implementado por hardware ou software. No Modelo OSI são definidos 7 níveis. Serviços: conjunto de funções oferecida por um nível. Entidade: elemento ativo de uma camada, pode ser hardware (uma placa) ou software (um processo). Entidade par: entidades de mesma camada em diferentes máquinas. Protocolo: regra de controle de um nível. Interfaces: limites entre níveis adjacente. Estrutura de rede: conjunto de camadas hierárquicas.

43 O modelo OSI da ISO Arquitetura SNA É o tipo de arquitetura padrão para softwares e hardwares conectados ao mainframe IBM, semelhante ao Modelo ISO; Rede SNA: unidades físicas (PU-Pysical Units) e unidades lógicas (LU-Logical Units): Ex: LU2: terminais tipo 3278, LU3: impressora tipo PU 2.0: controladora de terminais tipo 3174.

44 O modelo OSI da ISO Níveis da Arquitetura SNA: Physical control: padroniza características físicas e mecânicas e elétricas das interfaces de rede, equivalendo ao nível 1 do modelo OSI. Data Link Control: controla o fluxo de dados em um enlace de comunicação, equivalendo ao nível 2 do OSI. Path Control: roteia as mensagens, equivalendo o nível 3 do OSI.

45 O modelo OSI da ISO Níveis da Arquitetura SNA: Transmission Control: faz a abertura e o fechamento das sessões, equivale ao nível 4 do modelo OSI; Data Flow Control: sincroniza os pontos finais de uma sessão; Presentation Services: formatação de dados, conversão de códigos, compressão de dados. Transaction Services: nível de aplicativos.

46 O modelo OSI da ISO Níveis do Modelo OSI: 1. Físico: fornece características elétricas, mecânicas, funcionais para ativar, manter e desativar conexões físicas para transmissão de bits; 2. Enlace: tem como objetivo detectar e corrigir erros, tornando um canal de transmissão não confiável em confiável. A cadeia de bits é organizada em quadros; 3. Rede: faz o encaminhamento dos pacotes, transferindo dados de uma rede para outra. A unidade de transmissão é o pacote;

47 O modelo OSI da ISO Níveis do Modelo OSI: 4. Transporte: garante que o pacote chegue ao seu destino livre de erros; 5. Sessão: fornece mecanismos que permitem estruturar os circuitos do nível transporte, conectando as aplicações; 6. Apresentação: transforma os dados antes de serem enviados ao nível de sessão (ex. criptografia, compressão...); 7. Aplicação: são os programas aplicativos (correio eletrônico, banco de dados...).