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TelecomunicaTelecomunicaçõções e Redes de Computadoreses e Redes de Computadores

1 1 –– IntroduIntroduçãçãoo

Prof. Paulo Lobato CorreiaIST, DEEC – Área Científica de Telecomunicações

TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 2

ObjectivosObjectivos

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);


Conceitos BaseConceitos 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


Conceitos BaseConceitos Base

Sistema – grupo de componentes que interagem de modo pré-

estabelecido 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.


Modelo BModelo Báásico de Sistema de Comunicasico de Sistema de Comunicaçãçãoo

Meio de Transmissão

Fonte de Informação

(Emissor)

Destinatário

(Receptor)

Mensagem

Confirmação(acknowledgement)


Modelo de Sistema de TelecomunicaModelo de Sistema de Telecomunicaçõçõeses

Fonte de Informação

Informação à entrada

Mensagem, m

Dispositivo de Entrada Emissor

Destinatário Dispositivo de Saída Receptor

Meio de Transmissão

Sistema Emissor

Sistema Receptor

Dados deentrada, g

Dados desaída, ĝ

Sinal deentrada, g(t)

Sinal desaída, ĝ(t)

Sinal de recebido, r(t)

Sinal de transmitido, s(t)

Informação à saída

Mensagem, ^m


Blocos do Sistema de TelecomunicaBlocos do Sistema de Telecomunicaçõçõeses

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);


Blocos do Sistema de TelecomunicaBlocos do Sistema de Telecomunicaçõçõeses

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).


Tipos de DadosTipos de Dados

Multimédia(combina diversos

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;

Áudio – inclui voz e música;

Vídeo – inclui sequências de imagens e filmes;


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 osinal sonoro (mesma frequência);

Vídeo: é feito um varrimento de cada imagem, sendo a intensidade luminosa do ponto de varrimento convertida num sinal eléctrico;

RepresentaRepresentaçãção dos Dadoso dos Dados


RepresentaRepresentaçãção Analo Analóógica dos Dadosgica dos Dados

Microfone

Exemplo: Voz(Sinal acústico é convertido pelo microfone num sinal eléctrico contínuo no tempo e em amplitude)


RepresentaRepresentaçãção dos Dadoso 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 .


RepresentaRepresentaçãção Digital dos Dadoso Digital dos Dados

Exemplo: Ficheiro (conjunto de caracteres) (Cada carácter pode ser representado por um valor numérico, representável em numeração binária)


CodificaCodificaçãção de Caracteres: Co de Caracteres: Cóódigo ASCIIdigo ASCII

Exemplo:

“i” -> 110 1001

Bit de paridade:

(paridade par)


RepresentaRepresentaçãção de Imagens Bino de Imagens Binááriasrias

Código: 0000000000111100011101100111111001111000011111100011110000000000


RRíítmotmo BinBináário e Taxa de Transmissrio e Taxa de Transmissããoo

Ritmo (ou débito) binário: Rb [bit/s] ou [bps] – quantidade de bits enviados por unidade de tempo;

Taxa de transmissão: fsímb [símbolo/s] ou [Baud] – velocidade a que o sinal eléctrico (símbolo) muda de estado;

Dibit: a cada símbolo correspondem 2 bits => Rb = 2 . fsímb

Tribit: a cada símbolo correspondem 3 bits=> Rb = 3 . fsímb

Se a cada símbolo correspondem m bits => Rb = m . fsímb

Para que a cada símbolo correspondam m bits, são necessários pelo menos M símbolos distintos, com: M = 2m



t (ms)

U (V)

1 0 11 00 15

0

Tsimb

simbsimb T

f 1= ⇒ simbb TT = simbb fR =

Cada símbolo transmitido corresponde a 1 bit



t (ms)

U (V)11 10 1001 0001 10

2

0

Tsimb

6

4

simbsimb T

f 1= ⇒ simbb TT ⋅=

21

simbb fR ⋅= 2

Cada símbolo transmitido corresponde a 2 bits


ConversConversãão o AnalAnalóógicogico--DigitalDigital

Um sinal analógico pode ser representado de forma digital:

Codec

Codec: codificador e descodificador

telefone

Voz analógica

Linha analógica

Linha digital

Voz analógica

0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0

Voz digitalizada


ConversConversãão Analo Analóógicogico--DigitalDigital


ConversConversãão o DigitalDigital--AnalAnalóógicogico

Um sinal digital pode ser representado de forma analógica;

DSU

DSU: data service unit

Linha analógica

Linha digital

Dados modulados

0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0

Dados

Dados

modem


ConversConversãão Digitalo Digital--AnalAnalóógicogico

1 1 0 1


Exemplo de AplicaExemplo de Aplicaçãçãoo

Sinal acústico -> Sinal eléctrico analógico (transdução)

Sinal analógico -> Sinal digital

Transmissão

Sinal digital -> Sinal analógico

Sinal analógico -> Sinal acústico

Microfone

Altifalante

ConversãoA D

ConversãoD A

Rede de Telecomunicações


Exemplo: FaxExemplo: Fax

Dispositivo de entrada: “scanner”

Dados: intensidade de cada “pixel”(“pixel” = picture element)

Sinal: sequência de valores dos pixelsobtidos por varrimento


Organismos de NormalizaOrganismos de Normalizaçãçãoo

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)

...


CritCritéérios de Qualidaderios 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;


ClassificaClassificaçãção quanto o quanto àà TecnologiaTecnologia

Comutadas (Switched)

Redes

Difusão (Broadcast)

Ex.: Redes de Rádio-difusão AM,

FM e TV

Ex.: PSTN (Public Switched Telephone

Network)

ComunicaçãoUnidireccional

ComunicaçãoBidireccional

Comutação de Circuitos

Comutação de Pacotes

Ex.: PDN ou PSDN (Public Switched Data Network)

Redes Locais

(LANs e MANs)

Redes de

Satélites

Redes Rádio de Pacotes


Redes de ComunicaRedes de Comunicaçãção: Estrutura o: Estrutura

Problema: como interligar diversos equipamentos terminais?

Central de comutação

custo de comutação

custo da linha

número de centrais de comutação

custocusto total

Número

óptimo de

centrais


Redes de ComunicaRedes de Comunicaçãção com Comutao com Comutaçãçãoo

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 (encaminhamento (routingrouting)) é muito importante


Redes de ComunicaRedes de Comunicaçãção: Estruturao: Estrutura


Redes de ComunicaRedes de Comunicaçãção: Principais Elementoso: Principais Elementos

Equipamento terminal – telefone, fax, computador, ...;

Equipamento de transmissão – cabo, fibra, ...;

Equipamento de comutação – comutadores;

Equipamento de sinalização e gestão


Redes de ComputadoresRedes 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;


Elementos de uma Rede de ComputadoresElementos de uma Rede de Computadores

Aplicação Aplicação

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.

Pacote

Cliente

ClienteMóvel

Comutador

Servidor


ComutadorComutador

Comutador

Estação A Estação B Estação C Estação D

Estação A transmite para estação C:

O comutador reenvia a mensagem para a saída adequada


Arquitecturas de RedeArquitecturas de Rede

I likerabbits

Location A

3

2

1

3

2

1

Location B

Message Philosopher

Translator

Secretary

Informationfor the remotetranslator

Informationfor the remotesecretary

L: DutchIk vindkonijnenleuk

Fax #---L: DutchIk vindkonijnenleuk

J'aimebien les

lapins

L: DutchIk vindkonijnenleuk

Fax #---L: DutchIk vindkonijnenleuk

Filósofo Filósofo

Tradutor Tradutor

Secretária Secretária


Arquitecturas de Rede: FunArquitecturas de Rede: Funçõções Necesses Necessááriasrias

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.


Arquitecturas de RedeArquitecturas de Rede


Arquitecturas de Rede: ConceitosArquitecturas 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;


Entidades pares da mesma camada executam algoritmo distribuído

Protocolos definem as regras de comunicação entre entidades paresFormato 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).

Arquitecturas de Rede: ProtocolosArquitecturas de Rede: Protocolos


Arquitecturas de Rede: Interface de ServiArquitecturas de Rede: Interface de Serviççoo

Interface de serviço especifica os serviços que a camada nfornece 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.


Arquitecturas de Rede: NArquitecturas de Rede: Nííveisveis

Nível n

Nível n+1

Processos pares

Interface de serviço

Protocolo


Arquitecturas de Rede: Modelo OSIArquitecturas de Rede: Modelo OSI


Modelo OSI: NModelo OSI: Níível de Aplicavel de Aplicaçãçãoo


Modelo OSI: NModelo OSI: Níível de Apresentavel de Apresentaçãçãoo


Modelo OSI: NModelo OSI: Níível de Sessvel de Sessããoo


Modelo OSI: NModelo OSI: Níível de Transportevel de Transporte


Modelo OSI: NModelo OSI: Níível de Redevel de Rede


Modelo OSI: NModelo OSI: Níível de Ligavel de Ligaçãção de Dadoso de Dados


Modelo OSI: NModelo OSI: Níível Fvel Fíísico sico


Modelo OSI: SumModelo OSI: Sumááriorio


Modelo OSI: SumModelo OSI: Sumááriorio

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.


Arquitecturas de Rede: Modelo TCP/IPArquitecturas de Rede: Modelo TCP/IP


Modelo TCP/IP Modelo TCP/IP

Aplicação

Transporte

Rede

Dados

Físico

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.


Modelo TCP/IP: ProtocolosModelo TCP/IP: Protocolos


Modelo TCP/IP: exemploModelo TCP/IP: exemplo

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