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1
Redes de Computadores
Fundamentos de Redes de Computadores,Transmissão de Dados e
Cabeamento
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2
Redes de Computadores
• Coleção de computadores inter-conectados
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3
Objetivos
• Disponibilizar dados, programas e recursos a todos, desconsiderando a localização física do recurso e do usuário.
• Baratear processamento
• Fornecer meio de comunicação eficiente
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4
Elementos constituintes
• Hardware– meios de transmissão– interfaces– hubs, bridges, roteadores, repetidores, switches
• Software– SO– protocolos– Serviços
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5
1- Meios de transmissão
• Comunicação entre computadores: codificação de dados na forma de energia.– corrente elétrica, ondas de rádio, luz, etc.
• Por que saber?– Software de comunicação: deve ser capaz de
lidar com erros provenientes do hardware.
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6
1- Tecnologia de Comunicação de Dados
• Há duas maneiras para transmissão de dados
– Analógico– Digital
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Dado Analógico
• Análogo: Algo que é similar a alguma outra “coisa”.
• Dispositivos que transformam movimento ou condição de um evento natural em sinal elétrico ou mecânico que seja similar.
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8
Exemplos de dados analógicos
• Relógio de ponteiros: o seu movimento é análogo ao movimento do tempo.
• Termômetro: mede temperaturas que mudam constantemente. Ação contínua e a faixa de valores não é limitada.
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Dados Digitais
• Não tem faixa muito ampla
• Não refletem atividade constante.
• Um sinal digital representa um valor “instantâneo” de uma situação e não representa um movimento contínuo.
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Conversão analógico-digital
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Representação de Sinais A/D
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Quantisation e Sampling
• QuantisationQuantisation: “incerteza” introduzida na conversão de uma valor analógico em número digital
• SamplingSampling (amostragem): intervalo de aquisição dos dados analógicos
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Quantisation
• Resolução da conversão depende do número de bits: quanto mais bits, melhor a resolução.
• O número de bits determina o número de divisões uma faixa de “inputs” pode ser dividida para aproximar um “input” analógico.
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Quantisation
• Exemplo– valores de 8 bits para representar voltagens de
0-10 V. – 8 bits: 256 valores distintos– 10 V / 256 = 0.039 V !– 0 V = 00000000 10V = 11111111 – Cada mudança de 0.039, indica um novo
binário.
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Sampling
• Para representar som digital de forma autêntica é preciso capturar uma amostra de som (sampling) cerca de 44500 vezes por segundo !
• A gravação de um som autêntico por 1 segundo requer 1.5 milhões de bits
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Convertendo tipos de sinais
• Modem: recebe dados digitais e converte-os para a forma analógica, para transmissão sobre um meio, por exemplo, linha telefônica.
• MOMOdulator: digital para analógico.
• DEMDEModulator: Analógico para digital.
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Esquema de um MoDem
Digital Analógico
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Modem externo ligado ao computador. via RS-232 e fiação para linha telefônica com conector RJ-11.
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Transmissão de dados
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Modem• Recebe o sinal de um computador DTE -
Digital Terminal Equipment.
• O sinal digital é usado para modular um sinal em uma portadora analógica.
• O sinal analógico viaja pela linha.
• O sinal analógico é detectado por um outro modem(DCE - Digital Communication Equipment) , que o decodifica.
• Outro modem gera sinal digital e leva-o ao DTE.
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Sinais digitais
• Representam apenas 0´s0´s e 1´s.1´s.
• Variam menos que sinais analógicos.
• mais fáceis para decodificar, mesmo que tenham sofrido interferência.
• As redes que transportam sinais digitais são conhecidas por baseBand NetworksbaseBand Networks.
– Redes coaxial 50 ohm / ethernet (utp)
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Sinais analógicos
• Sofrem menos AtenuaçõesAtenuações que sinais digitais em longas distâncias.
• Equipamentos digitais lidam com 0´s e 1´s. O que acontece se o sinal se torna fraco a ponto de não permitir diferenciação?
• As redes que transportam sinais digitais são conhecidas por broadBand NetworksbroadBand Networks.
• Cabo coaxial 75ohm (TV)
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Analógico x Digital
• Digital– Mais fácil de regenerar– menos infestado de interferências– Pode ser gravado diretamente em computador– CODEC: Coder/DECoder
• Analógico Digital (Transmissão) Analógico
• Linhas ISDN: totalmente digital• Integrated Services Digital Network
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2 - Métodos de Codificação Digital
• Fisicamente: comunicação por corrente elétrica, ondas de rádio, luz
• Computadores: dispositivos digitais
• corrente elétrica Info. Digital ?
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Codificação Polar
• Corrente elétrica para enviar bits.• Voltagem negativa: bit 1• Voltagem positiva: bit 0
Tempo0
+
-00 01 1
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Codificação Unipolar
• 1´s e 0´s representados por voltagem positiva
• mas susceptível a interferências
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Codificação Bipolar
• Utiliza voltagens negativa, positiva e zero.
• 1 - positivo ou negativo
• 0 - voltagem zero
• mais resistente à interferência
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Codificação Manchester - Bipolar
• 1 - mudança de negativo p/ positivo
• 0 - mudança de positivo p/ negativo– Ethernet / Token Ring
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Padrão RS-232• conexão: comprimento max. : 15 metros
• voltagens: +3V e -3V.
• comunicação serial e assíncrona
• especifica transmissão de caracteres
• transmissão de bits sem delay entre eles
• nunca deixa voltagem Zero na linha.
• Por que comunicação Assíncrona ? – não há necessidade de sincronização emissor-receptor
– não há “clock”
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Voltagem no fio usando RS-232
• Acordo entre emissor e receptor no tempo de transmissão de cada bit
• bit de início 0: emissor pode distinguir entre idle e início de caracter.
• padrão determina que emissor deve deixar a linha idle por um tempo mínimo -> bit de parada 1.
Tempo
0
+3
-30 0idle 1start 1 1 1 0 stop
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Conector RS-232
Conector de 25 pinos, com 3 fios para comunicação full-duplex.
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Com. Assíncrona full duplex
transmissão full duplex: fluxo de dados em ambas direções
R: receiver (receptor) - modem, pino 3. Computador, pino 2
T: transmitter (transmissor) - modem, pino 2. Comput, pino 3
G: ground (terra) - pino 7
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3 - Metodos de Codificação Analógicos.
• Transportada por uma corrente alternada – Onda
• Freqüência
• Amplitude
• Fase (sinal de referência + phased signalsphased signals)– utilizada com mais freqüência para transmissão
de dados.
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Fase
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Modulação• Alterações na freqüência, amplitude e fase
(modulação) permitem a utilização de sinal analógico p/ transportar dados (áudio, vídeo e digital).
• Ao modular um sinal este se torna diferente do sinal normal.
• A diferença entre os sinais é o dado transportado !
• Carrier (portadora): a onda que transporta o dado !
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Modulação de Amplitude
ASK: Amplitude Shift-keying (para dados digitais)
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Modulação de Freqüência
FSK: Frequency Shift-keying (para dados digitais)
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Modulação de Fase
PSK: Phase Shift-keying (para dados digitais)
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Transmissão de múltiplos sinais
• Telefônicas colocam várias chamadas sobre uma largura da banda (bandwidthbandwidth) limitada.
• Redes broadbandbroadband mantém vários tipos de dados em um único meio de transmissão.
• Miltiplexação: dados de diferentes fontes em uma única mídia. Ou, uma larga quantidade de dados em fios de bandwidthbandwidth menores.
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Velocidade de transmissão
• Nro total de informação que pode ser transmitido por um canal de comunicação– BPS : Bits por Segundo
• Baud: evento binário representando uma mudança de sinal de negativo p/ positivo.
• Capacidade de transmissão de um meio de comunicação é função de sua freqüência.
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Largura da Banda - Bandwidth
• O nro de freqüências que pode ser acomodado num canal de transmissão.
• A diferença entre a freqüência mais alta e a mais baixa que pode ser acomodada num único canal.
• Quanto maior a faixa, maior a bandwidth do canal e maior a capacidade de transmissão!
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Time-Division Multiplexing (TDM)
• Sinais de velocidades baixas são colocados em um canal de transmissão de mais alta velocidade.
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Observações TDM
• Os MUX´s alocam tempo para um sinal s mesmo se a fonte não tem nada p/ transmitir
• Há MUX´s mais inteligentes que alocam fatias de tempo só qd necessário: ambos MUX´s precisam conversar.
• Técnica para redes BaseBand (digitais) e BroadBand (analógica), para uma única freqüência.
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Frequency-Division Multiplexing - FDM
• A bandwidth total do cabo é dividida em bandwidth menores que transportam vários dados.
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4 - Meios de Transmissão
• Fio de cobre
• Fibras Ópticas
• Ondas Eletromagnéticas
• Microondas
• Infravermelho
• Laser
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Fios de Cobre - Par trançado
Par trançado: O trançamento dos fios tem a função de reduzir interferência.
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Par trançado - Tipos
• 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
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Par trançado - STP
IBM Token Ring, dois pares de fios (send e receive),conector IBM tipo-1.
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Par trançado - UTP
Ethernet e Token Ring, existente em vários níveis,conector típico: RJ-45
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Par Trançado - UTP
Par trançado 10BaseT, com conector RJ-45 (patch cord)
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Fios de Cobre - 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
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Cabos Coaxiais - Tipos• Thick Ethernet
– 10Base5, RG-11, “trunk”– Conector: N-Series– Caro
• Thin Ethernet– 10Base2, RG-58.– Conector: Bayonet Nut Connector (BNC)– Barato. (fora de moda!)
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Cabos Coaxiais - Conectores
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Coaxiais
Thin ethernet - 10Base2 Thick ethernet - 10Base5
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Cabo Coaxial - fino
Um adaptador AUI-para-10BaseT, usado para conectar uma NIC com um conector AUI ao cabeamento Thin Ethernet.
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AUI, MAU,NIC.
• NIC: Network Computer Interface. – Placa de Rede, Interface de Rede.
• MAU: Media Attachment Unit: Transceiver– conversor analógico-digital
• AUI: Attachment Unit Interface– Cabo que conecta a NIC ao Transceiver.
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NIC - Placa de Rede
NIC - Placa de Rede com conector AUI do lado direito da placa
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Transceiver - Cabo Fino
MAU ligado diretamente à NIC sem o cabo AUI. Rede usa cabeamento Ethernet 10Base2 com conector BNC.
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Transceiver - Par trançado
MAU ligado diretamente à NIC sem o cabo AUI. Rede usa cabeamento Ethernet 10BaseT com conector RJ-45.
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Esquema de fios (10BaseT)
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Fibra Optica• 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
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Fibra Optica
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Fibras Ópticas• LEDs (Light-Emitting Diodes)
• ILDs (Injection Laser Diodes).
• Fibras Multimode: 5 GBPS– transporta múltiplos raios de luz concorrentemente
– distâncias relativamente curtas, devido a dispersão
– 50 a 100 microns
• Fibras Single Mode: 25000 GBPS – Transporta um único raio de luz.
– Distâncias mais longas. (50x)
– Maior banda, embora (8.3 a 10 microns)
– 10 bilhões de bits por segundo !
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Radio
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Infravermelho
• 16 Mbps