UNIP - UNIVERSIDADE PAULISTA DISCIPLINA: FUNDAMENTOS DE REDES DE DADOS E COMUNICAÇÃO APOSTILA_01 PROFESSOR PAULO HENRIQUE RODRIGUES

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1 UNIP - UNIVERSIDADE PAULISTA DISCIPLINA: FUNDAMENTOS DE REDES DE DADOS E COMUNICAÇÃO APOSTILA_01 PROFESSOR PAULO HENRIQUE RODRIGUES Conceitos Comunicação é a troca de informação entre dois dispositivos. Os dispositivos geralmente encontrados em um sistema de transmissão de dados são computadores, servidores, impressoras, etc. Os computadores, além de serem parte fundamental de uma rede, também desempenham função vital no trabalho. As empresas usam seus computadores para uma variedade de finalidades, mas também as usam de forma comum (compartilhada). Exemplo: as empresas usam servidores para armazenar dados importantes e gerenciar contas de funcionários. Elementos básicos de hardware de um computador: CPU: processador Memória: RAM, ROM, flash, EPROM, etc Armazenamento: disco rígido, cd-rom, flash drive, etc Interfaces: conectores de periféricos seriais, paralelos, USB, etc Barramento: meio por onde as informações trafegam Sinais A informação trafega em uma rede em forma de sinais elétricos. Os sinais elétricos podem ser de duas naturezas: sinais analógicos ou sinais digitais. Sinais analógicos - exemplo: voz Sinal analógico é o sinal que é análogo ao evento que está gerando o sinal O mundo é analógico, pois a maioria dos sinais possui as características de um sinal analógico. Exemplo: som, temperatura, eletricidade. Um sinal analógico apresenta uma variação contínua ao longo do tempo, podendo ter características de amplitude e frequência bastante variáveis. As ondas sonoras correspondentes à voz podem considerar-se como representativas de dados analógicos (devido às características de variação contínua que apresentam) e são, por exemplo, convertidas no telefone, num sinal elétrico analógico. Os dados analógicos representados por sinais analógicos ocupam, em geral, um espectro de frequências relativamente limitado. Por isso, a largura de banda necessária para a sua transmissão é, no caso dos sinais de áudio sem preocupação de grande fidelidade para a sua reprodução, de valor bastante aceitável. A maior parte da energia presente na voz humana está compreendida numa faixa de frequências reduzida. Por essa razão, é frequente o sistema telefônico limitá-la a uma banda de frequências compreendida entre 300 e 3400Hz, zona em que ela mantém a inteligibilidade, permitindo o seu reconhecimento pelas pessoas que a ouvem.

2 Amplitude, período e frequência (sinal analógico) Amplitude: altura ou profundidade da onda Período: tempo para completar um ciclo completo Frequência: quantidade de ciclos que se repetem em um segundo Sinais digitais Transmissão de dados Sinais digitais são sinais discretos no tempo, de tal forma que sempre existe uma descontinuidade entre uma condição e outra. Os sinais geralmente aparecem na forma de símbolos, como pulsos elétricos, representando um valor de tensão em um dado instante e a ausência desta tensão no instante seguinte. Tais sinais são utilizados em telegrafia e transmissão de dados. Amplitude, período e frequência Amplitude: altura ou profundidade da onda Período: tempo para completar um ciclo completo Frequência: quantidade de ciclos que se repetem em um segundo Processamento de sinal Processamento de um sinal significa transformar o sinal analógico em um sinal que possa ser transmitido e que os equipamentos de uma rede entendam. Um sinal analógico pode ser transformado em um sinal digital (sequências de zeros e uns ) para que os equipamentos de uma rede entendam. Essa transformação passa pelos seguintes passos: Amostragem: divisão do sinal no eixo do tempo em amostras analógicas discretas Quantização: divisão do sinal no eixo de tensão em valores discretos finitos Codificação destes valores em bits

3 Amostragem Amostrar um sinal significa retirar amostras do sinal de tempos em tempos Como o sinal analógico é contínuo no tempo e, em nível, ele contém uma infinidade de valores, e também como o meio de comunicação tem banda limitada, somos obrigados a transmitir apenas uma certa quantidade de amostras desse sinal. É óbvio que, quanto maior a frequência da amostragem, mais fácil será reproduzir o sinal, mas haverá desperdício de banda ocupada sem nenhuma melhora na qualidade. Quantização Depois da amostragem do sinal, é necessário transformar em amostras, que têm infinitos valores, em valores finitos, para que eles possam ser representados pelo sistema binário. Com o sinal analógico amostrado, em forma de amostras ou pulsos, ainda analógicos, precisamos quantificar (ou quantizar) esta infinidade de valores possíveis em outros que passam a ser representados por uma quantidade finita de bits, para obter um sinal digital. Esta conversão é feita por um circuito chamado conversor analógico-digital A/D ou ADC. Técnicas de codificação Codificação significa converter 1s e 0s em algo real ou físico, como: um pulso elétrico em um fio um pulso de luz em fibra ótica um pulso de ondas eletromagnéticas no espaço Representação de dados A informação deve ser transformada em códigos binários para que possa ser transmitida. Comumente utilizamos agrupamentos de bits para representar a informação.

4 Representação de caracteres e símbolos A representação de caracteres e símbolos em computadores é feita atribuindo-se a cada caractere ou símbolo um código binário. Dessa forma são construídas tabelas (padrões) em que cada código binário represente para o computador um determinado caractere ou símbolo. Cada fabricante de computador adota um determinado padrão. O número de bits que será utilizado no padrão é uma decisão do fabricante e determinará quantos caracteres (e símbolos) poderão ser representados. Nota: se um padrão utiliza 7 bits, será possível representar 2^7 =128 caracteres e símbolos e com 8 bits = 2^8 = 256 O principal padrão hoje em dia é o ASCII, de 7 bits, com uma variação de 8 bits (ASCII estendido) em que o oitavo bit permite representar outros 128 símbolos. Nos computadores PC, devido às diferenças linguísticas, com a necessidade de representar caracteres diferentes para dar suporte a outas línguas que não o inglês, foram criadas diversas páginas de código. Por exemplo: a página de código 437 refere-se aos Estados Unidos; a 850 é a Multilíngue (Latin I); a 860 para o Português (incluindo caracteres que não existem no inglês, tais como ç e acentos). ASCII é um acrônimo para American Standard Code for Information Interchange (ou Código Padrão Americano para Intercâmbio de Informaçôes). Outros padrões foram e ainda são usados, por exemplo, o EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code, de 8 bits, usados nos computadores de grande porte IBM). Bit e Byte O computador trabalha com o sistema de numeração binária, pois ele entende somente uns e zeros. Esses 1s e 0s são níveis elétricos que se representam com tensão e sem tensão. Códigos ASCII e EBCDIC ASCII (American Standard Code for Information Interchange) EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange) Nos computadores os códigos são utilizados para representar os caracteres em uma sequência de bits. Existem inúmeros tipos de códigos de representação, por exemplo: BCD (4 bits), CCITT, ASCII, EBCDIC, etc Os códigos mais utilizados para a representação em rede de computadores são os códigos ASCII e EBCDIC. O ASCII foi desenvolvido na primeira versão em 1963 e em 1968 foi criado o atual ASCII. O ASCII é um código de 7 bits, resultando em 128 combinações possíveis. Um oitavo bit é adicionado ao código chamado de bit de paridade que serve para identificar erros na transmissão. O código EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) foi desenvolvido pela IBM para ser usado em seus computadores como um método de padronização de associação de valores binários e caracteres alfabéticos, números de pontuação e de controle de transmissão. É parecido com o código ASCII, porém utiliza 8 bits para a definição de 256 caracteres. Embora o EBCDIC não seja frequente na microinformática, ele é bastante conhecido e utilizado em todo o mundo como o padrão da IBM para computadores de grande porte e minicomputadores. Sistemas de Numeração: decimal / binário / hexadecimal Sistema Decimal Surgiu com a necessidade do homem de contar coisas, como o número de animais de seu rebanho, número de objetos, etc. A mão foi utilizada para realizar essa contagem. O sistema decimal, dessa forma, utiliza 10 símbolos (algarismos) para representar qualquer quantidade. Sistema binário Utiliza apenas dois símbolos: 0 e 1. Cada algarismo de um sistema binário é chamado de bit, que é a abreviação de binary digit (dígito binário). Ex: O sistema binário é muito utilizado em circuitos lógicos e aritméticos. Os computadores operam com switches eletrônicos que podem estar ativados ou não, correspondendo a 0 e 1. Computadores convertem do sistema binário para o sistema decimal para que possam ser apresentados para os usuários. Computadores só podem processar dados que estejam em formato binário.

5 Sistema hexadecimal O sistema hexadecimal possui 16 símbolos (algarismos) para representar qualquer quantidade. Como são conhecidos apenas dez símbolos numéricos (0 a 9), adota-se os outros seis (A a F), dessa forma: A B C D E F Exemplos: FF, A1, 5E, 3F Tabela de conversão de base Representação de dados A informação deve ser transformada em códigos binários para ser transmitida. Normalmente são utilizados agrupamentos de bits para representar a informação. Representação de caracteres e símbolos A representação de caracteres e símbolos em computadores é feita atribuindo-se a cada caractere, ou símbolo, um código binário. Dessa forma são construídas tabelas (padrões) em que cada código binário representa para o computador um determinado caractere ou símbolo. O principal padrão utilizado atualmente é o ACSII, de 7 bits, com uma variação de 8 bits (ASCII estendido) em que o oitavo bit permite representar outros 128 símbolos. ACSII é um acrônimo para American Standard Code for Information Interchange (Código Padrão Americano para Intercâmbio de Informações). Nota: existem outros padrões ainda utilizados, como o EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code, de 8 bits, utilizados nos computadores de grande porte IBM). Bit e Byte Normalmente utilizamos agrupamentos de bits para representar a informação. Unidade Definição Bytes Bits Exemplos Bit (b) Dígito binário, 0 ou 1-1 bit on/off aberto/fechado +5/0 volts Byte (B) 8 bits 1 byte 8 bits ASCII

6 Quilobyte (KB) 1 quilobyte = 1024 bytes 1000 bytes 8000 bits somente texto Códigos Existem inúmeros tipos de códigos de representação, como, por exemplo, BCD, CCITT, ASCII, EBCDIC, etc. ASCII foi desenvolvido (primeira versão) em Em 1968 foi criado o atual código ASCII. Transmissão de sinal princípios de transmissão de sinal Ao longo da história, existiram diferentes meios para transportar uma mensagem a longa distância. Alguns exemplos são: mensageiros, cavaleiros/cavalos, telégrafos óticos, pombos correio e sinais de fumaça. A criação do código Morse revolucionou as comunicações. Dois símbolos eram usados para codificar o alfaberto: o ponto e o traço (Ex: SOS = ). Modernos telefones, rádios OM, AM, FM, emissoras de TV, todos codificam seus sinais eletronicamente. As informações que são trocadas entre origem e destino são constituídas por sinais físicos (elétricos, óticos, microondas, etc) que se propagam num dado meio físico de transmissão. Meios físicos de transmissão de dados mais comuns (computadores) Cabo STP Cabo UTP Cabo coaxial Fibra ótica Ar (comunicação wireless) Largura de banda Cada meio físico possui uma velocidade intrínseca do meio. A largura de banda é a medida da quantidade de informação que pode ser transferida de um lugar para outro em um determinado período de tempo. A quantidade de fluxo de informações (bits) em um intervalo de tempo específico (segundos) é expressa em bits por segundo. A largura de banda é SEMPRE limitada. Throughput se refere a largura de banda real em um determinado circuito. Transmissão de dados Modos de transmissão de dados Transmissão Assíncrona

7 Transmissão Síncrona Forma de Comunicação Comunicação Paralela Comunicação serial Modos de operação Simplex Half-duplex Full-duplex Transmissão Assíncrona Não utiliza mecanismos de clock para manter o dispositivo emissor e receptor sincronizados. Transmissão tipo START/STOP: a cada conjunto de bits que forma um caracter é adicionado um elemento que marca seu início (start) e seu fim (stop). Sincronização de bits é utilizada para estabelecer o sincronismo entre os dispositivos para cada frame que é transmitido. Cada frame começa com um bit de início que permite ao dispositivo receptor ajustar-se ao timming do sinal transmitido. O frame apresenta quatro componentes: Um bit de início sinaliza que um frame está começando (para sincronização com o receptor) Bits de dados consistem de 7 ou 8 bits quando são transmitidos caracteres Bit de paridade opcional para método (grosseiro) de detecção de erros Um ou mais bits de fim sinalizam o fim do frame de dados Detecção de erros em transmissões assíncronas utilizam o bit de paridade, podendo ter paridade par ou paridade ímpar. Transmissão síncrona Os bits são transmitidos serialmente numa cadeia fixa e constante. A cada T segundos o transmissor emite um pulso de tensão elétrica (sincronismo). Sinais sincronizados geralmente utilizam um padrão de bits que não pode aparecer em qualquer ponto nas mensagens, garantindo que eles serão sempre distintos e fáceis de ser reconhecidos pelo receptor. Quando os frames são maiores, a paridade passa a não ser mais um método adequado de detecção de erros (vários bits podem ser afetados). A técnica utilizada para a transmissão síncrona é a de verificação de redundância cíclica, conhecida como CRC (Cyclic Redundancy Check). O transmissor utiliza um algoritmo para calcular um valor de CRC que resuma o valor inteiro de bits

8 de dados e ele é anexado ao frame de dados. O receptor recebe o frame e recalcula o CRC para comparar com o contido no frame. Se os valores corresponderem é praticamente certo que o frame foi transmitido sem erro. Formas de comunicação Comunicação paralela Na comunicação paralela, grupos de bits são transferidos simultaneamente (em geral byte a byte) através de diversas linhas conjuntas dos sinais. Dessa forma, a taxa de transferência de dados (throughput) é alta. Problema: processo de transferência em paralelo é mais complexa. A propagação entre os circuitos têm diferenças/retardos que afetam o conjunto (skew). Comunicação serial Na comunicação serial, os bits são transferidos um a um, através de um único par condutor. Os bytes a serem transmitidos são serializados, isto é, são desmontados bit a bit e são individualmente transmitidos um a um. Na outra extremidade do condutor os bits são contados e quando formam 8 bits, são remontados, reconstituindo os bytes originais. A implementação torna-se mais barata que o modo paralelo. Esse tipo de comunicação é a mais utilizada em redes de comunicações da distâncias médias e longas. Problemas de transmissão Atenuação perda da força do sinal para o meio físico Reflexão ocorre quando um sinal elétrico encontra uma descontinuidade no meio parte do sinal que foi transmitido retornará provocando alteração no sinal que está sendo transmitido. Ruídos: Diafonia quando o ruído do cabo é originado de sinais em outros fios do cabo Ruído térmico inevitável, pois os elétrons do cabo estão em constante movimento Energia AC Ruído Terra de Referência ruído terra, causado por interferência de outros aparelhos ligados ao fio terra (corrigido com o correto aterramento) Interferência eletromagnética Frequência de rádio Relâmpagos, motores elétricos e sistemas de rádio são as fontes externas de impulsos elétricos mais comuns que podem prejudicar a qualidade de sinais elétricos, pois cada fio ou cabo pode agir como antena, absorvendo sinais de outros fios e cabos e fontes elétricas fora do cabo. Dispersão quando o sinal se espalha com o tempo Atraso de sincronismo falha no sincronismo entre origem e destino Latência atraso na transmissão entre origem e destino (motivado por dispositivos eletrônicos ainda no envio dos dados). Modos de operação: simplex / half-duplex/full-duplex Simplex quando ocorre apenas em um único sentido, do transmissor para o receptor. A > B (somente em um sentido) Half-duplex (semi-duplex) quando ambas as extremidades podem transmitir e receber dados, porém não simultaneamente. O tempo de troca de envio de dados entre emissor e receptor é conhecido como turn-around time.

9 Full-duplex (duplex) quando os dados podem tanto ser transmitidos e recebidos simultaneamente em ambos os sentidos (equivalente a duas linhas simplex). Possui maior throughput que linha a half-duplex. Modems analógicos Modems são equipamentos que realizam o processo de modulação e demodulação para que os sinais digitais possam trafegar pelo meio telefônico. A palavra modem vem da união das palavras modulador e demodulador Modulação é um processo pelo qual são modificadas uma ou mais características de uma onda denominada portadora, segundo um sinal modulante (informação que se deseja transportar pelo meio; no caso de comunicação de dados, é o sinal digital binário). Modem digitais São equipamentos que realizam uma codificação no sinal digital visando adequá-lo à transmissão em uma linha física. A codificação é uma mudança na representaçao do sinal digital., transformando o próprio sinal digital oriundo de um computador em um outro sinal mais adequado às condições da linha. Interface de comunicação de dados Os equipamentos processadores (que geram e recebem os dados) são conhecidos por DTE (Data Terminal Equipment). Os equipamentos que se encarregam de codificar e modular os dados de uma forma adequada às condições do meio de transmissão são conhecidos por DCE (Data Circuit-terminating Equipment). Recomendações Internacionalmente, as primeiras tentativas de padronização surgiram em 1969, quando a Bell e a EIA (Electronic Industries Association) especificaram a RS-232, que em seguida sofreu algumas alterações e passou a ser chamado de padrão RS-232. No Brasil, a Telebrás adota a norma internacional recomendada pela CCITT (Comité Consultatif Internationale de Telegraphie et Telephonie - Comitê Consultativo Internacional de Telegrafia e Telefonia - órgão responsável pela padronização mundial das telecomunicações, incluindo telefonia, fax e modem - este órgão foi atualizado como ITU, International Telecomunications Union). A interface mecânica é padronizada pela ISO, através da norma ISO Padronizações

10 Padrão RS-232 Este padrão define três tipos de conexão: elétrica, funcional e mecânica. Utiliza conectores de forma D de 25 pintos (DB25) para conectar DTE s (computadores, controladores, etc) e DCE s (modems, conversores, etc). Além da RS-232 (mais conhecida) temos outros padrões, como RS-442, RS-449, RS-485, RS530, etc. //Prof. Paulo Henrique UNIP Universidade Paulista//