Comunicação Digital

Redes de Computadores Professor Marco Antnio Chaves Cmara Captulo 01 Introduo Tecnologia de Comunicao Digital Apresentao: Os sistemas digitais de telecomunicaes, inicialmente criados para permitir a comunicao de usurios remotos com seus computadores de grande porte, e depois aperfeioados para permitir a interligao de redes de computadores, continuam evoluindo a cada dia.

Hoje estes sistemas formam a base da maior parte dos sistemas de comunicao, j que, com a migrao, para o formato digital, da maior parte das informaes do mundo moderno, os sistemas de comunicao tambm acabaram migrando para o formato digital.

O maior exemplo do sucesso dos sistemas de comunicao digital est na Internet, a maior rede de comunicao do mundo, que hoje o repositrio para informaes digitais dos mais variados tipos, como texto, hiper-texto, imagens, vdeos e sons. Alm disto, a Internet hoje o ambiente de comunicao tpico para aplicaes de vdeo-conferncia, automao bancria e sistemas corporativos, entre outros.

Nesta apostila, iniciamos o estudo dos principais conceitos envolvidos em um ambiente de comunicao digital, suas principais variveis, unidades de medida e estruturas.

1. Por qu a comunicao Digital?

O grande objetivo de um sistema de comunicao transferir informaes. Desde os primrdios da civilizao, o homem vem desenvolvendo sistemas cada vez mais sofisticados e eficientes. Partindo dos sinais de fumaa e das mensagens levadas por mensageiros, a tecnologia tem evoludo, buscando representar as informaes da forma mais precisa atravs dos dois principais sentidos humanos (viso e audio). Sistemas de comunicao baseados nos outros trs sentidos (olfato, paladar e tato) no se desenvolveram adequadamente, pelo menos at hoje. (ver quadro, ao final deste captulo, sobre as tecnologias de transmisso de paladar, olfato e tato).

Como a percepo humana admite um nmero muito grande de nveis para cada um dos sinais interpretados pela viso e audio, nada mais natural do que buscar sistemas de comunicao baseados em sistemas analgicos.

Por qu, ento, observamos a tendncia atual de digitalizar a maior dos sistemas de comunicao, ou, de forma ainda mais abrangente, as prprias informaes?

A explicao est na simplicidade. Informaes representadas por sinais com nveis discretos tendem a ser mais facilmente armazenadas, transmitidas e interpretadas, alm de serem menos sujeitas a erros de comunicao, que to facilmente afetam os sistemas de comunicao analgicos.

Curso de Redes Pgina 1 de 27 Captulo 1 Introduo aos Sistemas de Comunicao Digitais Verso 2.0 (Julho 2006)

Confundir, por exemplo, o sinal que representa a cor verde, entre outras centenas de cores possveis, bem mais provvel do que confundir um sinal que representa o nmero binrio 0 (zero) com o sinal que representa o nmero 1 (um). por este motivo que normalmente no nos limitamos a trabalhar com informaes digitais, como tambm adotamos a base de numerao binria, que possui a menor quantidade possvel de variaes de estado (0 e 1).

2. Alguns conceitos bsicos

2.1. O hardware fundamental!

Muito embora a informao no seja algo material, fundamental, pelo menos com a nossa tecnologia atual, represent-la sob a forma tpica de um sinal eltrico, tico ou eletromagntico para que esta possa ser transportada ou armazenada.

Normalmente armazenada dentro de um dispositivo, ou obtida atravs da transformao de uma grandeza analgica (voz, imagem ou mesmo a seleo de uma opo representada pelo clicar de um mouse), a informao precisa ser codificada em um sinal para que possa ser transportada.

Tal necessidade implica no uso de dispositivos de hardware especiais, responsveis pela transformao das informaes representadas em formato binrio em sinais que possam ser transmitidos pelos meios fsicos adequados.

Sendo assim, conhecer os principais dispositivos utilizados em um ambiente de comunicao de dados fundamental. Dominar todos os aspectos de codificao e software envolvidos normalmente no suficiente para resolver todos os problemas.

2.2. Protocolos: o componente de software nos ambientes de comunicao

Muito embora o hardware seja fundamental, nenhuma transferncia de informao ocorrer se no houver a obedincia a regras pr-definidas entre os agentes participantes da comunicao.

fcil exemplificar tal necessidade. Para tanto, vamos esquecer temporariamente os sistemas de comunicao digitais e vamos focar em uma atividade corriqueira, executada muitas vezes por dia por boa parte da populao mundial1: um simples telefonema.

Para fazer um simples telefonema, somos obrigados a conhecer e utilizar uma srie de convenes definidas ao longo dos tempos, e que se tornaram padres nacionais, ou at mesmo, em alguns casos, internacionais.

1 importante lembrar que, embora possa parecer incrvel, aproximadamente 40% da populao da Terra jamais fez um telefonema! Em 47 pases do mundo, h menos de uma linha telefnica para cada 100 habitantes. E se pensarmos na frica negra? Todo o continente possui menos telefones do que a ilha de Manhattan!


Comeamos pelo prprio ato de conversar distncia atravs de um aparelho de telefonia celular. Tente convencer a uma criana de 1 ano que, atravs daquele aparelho prximo de seu ouvido, ela pode falar e ouvir o seu pai. Voc j tentou fazer isto? Demora algum tempo at que a criana consiga entender a lgica deste simples ato. Mesmo para uma criana um pouco maior, voc vai se surpreender ser tentar apresentar um aparelho telefnico com disco. Pea para ela telefonar para um amiguinho...

Saber como utilizar um aparelho telefnico, como discar os cdigos de operadora e de localidade em uma ligao interurbana ou internacional, ou mesmo que palavra deve-se utilizar quando a outra pessoa atender ao telefone em outro pas (mesmo que a lngua tambm seja o portugus!) so conhecimentos adquiridos ao longo do tempo, que formam uma espcie de protocolo, obedecido automaticamente por todos em nosso dia-a-dia.

Esta analogia entre um simples telefonema e um moderno protocolo de comunicao demonstra o principal conceito descrito na palavra protocolo: Uma srie de regras e procedimentos definidos para que uma comunicao possa acontecer de forma eficaz. Seguindo o mesmo conceito descrito na analogia, podemos perceber que, quanto mais complexa a comunicao, mais complexo o protocolo. Telefonar para um amigo em outro pas, por exemplo, normalmente bem mais complexo do que fazer o mesmo para um amigo do seu bairro. A depender da complexidade da comunicao, existem protocolos que sequer podem ser utilizados, por no serem eficientes. Quantas pessoas so obrigadas a viajar milhares de quilmetros para participar de uma reunio, mesmo com os modernos recursos de comunicao existentes hoje em dia?

Em um ambiente de comunicao digital, os protocolos definem, entre outras coisas, a codificao utilizada para os dados, o estabelecimento e encerramento das conexes, a taxa de transferncia de dados, os mtodos para correo de erros etc.

3. Os quatro elementos

Da mesma forma que identificamos os trs elementos bsicos de um computador (CPU, Memria e Perifricos) quando comeamos a estud-lo, interessante conhecer os elementos bsicos de qualquer comunicao digital. So quatro os elementos: Emissor, Receptor, Meio Fsico e Mensagem.

Emissor Receptor

Meio Fsico

Mensa

gem

Emissor Receptor

Meio Fsico

Mensa

gem


3.1. Emissor

o componente responsvel pela gerao e transmisso das informaes. As informaes podem estar armazenadas no dispositivo ou serem obtidas atravs da converso de informaes analgicas, sejam estas fornecidas por um usurio, ou obtidas no prprio ambiente, utilizando-se de dispositivos apropriados (microfones, cmeras de vdeo ou sensores).

Tal como vimos, estas informaes precisam ser codificadas em um sinal que possa ser transportado pelo meio fsico conectado ao emissor. Tal tarefa realizada pelo DCE (Data Communication Equipment). Para entender melhor o conceito de DCE, vale a pena conhecer as duas partes em que se subdivide o emissor:

DTE (DataTerminal

Equipment)

DCE (DataCommunication

Equipment)

Meio

Fsico

DTE (DataTerminal

Equipment)

DCE (DataCommunication

Equipment)

Meio

Fsico

A parte responsvel pela gerao dos dados a serem transmitidos o DTE (Data Terminal Equipment). Como este fica localizado na extremidade do ambiente de comunicao, o dispositivo terminal. Alm de gerar as informaes, o mesmo normalmente concentra a execuo dos procedimentos e regras definidas pelos protocolos.

Entre o DTE e o meio fsico, temos o DCE, que far a codificao da informao a ser transmitida no formato mais adequado para transmisso. No caso de cabos UTP, por exemplo, o DCE ser o responsvel pela transformao dos dados em sinais eltricos. J para uma transmisso sem fios (wireless), o DCE ser o responsvel pela gerao dos sinais eletromagnticos a serem injetados na antena do transmissor.

3.2. Receptor

o componente responsvel pela recepo e interpretao das informaes digitais transmitidas. Estas podem ser processadas e armazenadas no prprio dispositivo ou mesmo transformadas em informaes analgicas para um determinado usurio ou aplicao.

Da mesma forma que no emissor, o receptor tambm se encontra subdividido em duas partes, o DTE e o DCE. Ambas tm a mesma funo


que tinham no emissor, s que agora, com o objetivo de receber as informaes.

3.3. Meios Fsicos - Propriedades

o material ou substrato responsvel pelo suporte ao encaminhamento dos sinais. Estes, por sua vez, encontram-se, tal como j vimos, codificados com a informao a ser transmitida.

O meio fsico mais adequado para a transmisso dos sinais determinado, entre outras coisas, pelas caractersticas do ambiente por onde o sinal ser encaminhado, pelo custo associado sua disponibilidade, pela velocidade e taxa de transferncia necessrias, e tambm pela distncia entre emissor e receptor.

A anlise das aplicaes dos meios fsicos nos leva a interpretar suas principais caractersticas:

3.3.1. Velocidade de Propagao

medida em metros por segundo (m/s), e representa a velocidade com que o sinal que carrega as informaes se propaga pelo meio fsico em questo. Embora normalmente esta caracterstica no seja levada em considerao, existem situaes em que a velocidade de propagao e seus impactos podem determinar o sucesso ou o fracasso na implementao de um determinado ambiente de comunicao. o caso, por exemplo, das transmisses a longas distncias, ou com taxas de transferncia muito elevadas.

A velocidade de propagao definida como a razo entre o espao percorrido por um determinado sinal em um meio fsico, e o tempo decorrido para percorr-lo. Ou seja, a mesma definio formal de velocidade que vimos nos cursos de fsica. importante, porm, saber que a velocidade de propagao de um sinal sobre um meio fsico uma caracterstica associada ao prprio meio fsico. Sendo assim, s possvel aumentar a velocidade de propagao de um sinal se efetuarmos mudanas no meio fsico (na maior parte dos casos, isto implica na substituio do meio fsico).

No caso das transmisses de sinais de telecomunicaes, normalmente temos velocidades de propagao extremamente elevadas (algumas vezes prximas da velocidade da luz). Como, devido a isto, o tempo decorrido para uma transmisso muito curto, normalmente os efeitos da velocidade de propagao so simplesmente desprezados na maior parte dos problemas.

No entanto, quando a quantidade de informao transmitida muito grande, mesmo pequenos intervalos de tempo podem ser significativos. Nestes casos, meios fsicos que permitem velocidades de propagao mais elevadas so mais interessantes.

Em outros casos, quando a distncia a ser percorrida muito elevada, nem mesmo viajando na velocidade da luz conseguiramos resolver os problemas associados ao tempo de transmisso. Neste caso, deve-se analisar cuidadosamente as aplicaes adequadas ao ambiente. Um bom exemplo so as transmisses via satlite. Como os satlites tpicos so geoestacionrios, e por isto ficam muito distantes da superfcie da terra, onde esto os transmissores (36.000 km de altitude), mesmo trafegando velocidade da luz, um sinal demora cerca de de


segundo apenas para subir e descer a um satlite posicionado imediatamente acima de sua posio na Terra. Um quarto de segundo (250 ms) normalmente muito tempo para a propagao de um sinal de telecomunicaes. Desta forma, aplicaes de alta interatividade (vdeo-conferncia, VoIP etc) devem ser evitadas em links por satlite.

3.3.2. Taxa de Sinalizao

Medida em bauds, ou Hertz, a taxa de sinalizao indica a freqncia mxima de alteraes de estado no sinal que se propaga por um meio fsico, sem distores significativas.

A taxa de sinalizao, tal como a velocidade de propagao, uma propriedade diretamente associada ao meio fsico, e s pode ser modificada com alteraes no mesmo (o que normalmente implica na substituio do meio fsico). Quanto maior a taxa admitida de sinalizao, maior a capacidade de codificao de informaes admitida pelo meio fsico.

3.3.3. Taxa de Transferncia

Medida em bps (bits por segundo), a taxa de transferncia a propriedade mais importante do meio fsico, embora no esteja diretamente associada ao mesmo. Na prtica, utilizando as modificaes de estado descritas no item anterior para representar unidades de informao (por exemplo, bits), somos capazes de transferir informaes.

Ao contrrio da Velocidade de Propagao e da Taxa de Sinalizao, a quantidade de informaes transferidas por unidade de tempo (Taxa de Transferncia) no est diretamente relacionada apenas ao meio fsico, mas sim taxa de sinalizao e tecnologia de codificao utilizada. A tecnologia determina como os bits sero codificados no sinal transportado pelo meio fsico. Codificaes binrias normalmente determinam taxas de transferncia nominalmente iguais s taxas de sinalizao empregadas. O uso de tcnicas especiais de codificao pode, no entanto, elevar significativamente a taxa de transferncia de um determinado meio fsico.

A taxa de transferncia e a taxa de sinalizao esto inter-relacionadas, ento, pela tecnologia de codificao utilizada.

Tx. (em bps) = Tx. (em Hz) . log2 n

A frmula anterior representa a tecnologia de codificao pelo coeficiente log 2 n, onde n a quantidade de estados diferentes que podem ser assumidos pelo meio fsico de comunicao. Observe a necessidade de crescimento exponencial do nmero de estados possveis para o crescimento linear da taxa de transferncia.

O crescimento indefinido do nmero de estados possveis , no entanto, limitado pela capacidade de identificao, sem erros, dos diferentes nveis no receptor. Ao aumentar o nmero de nveis estamos nos afastando do motivo que levou a tecnologia de comunicao a se tornar digital e binria. A penalidade a elevao da taxa de erros (BER Bit Error Rate), que na prtica inviabiliza o uso de um nmero muito elevado de estados.

Apesar das limitaes determinadas pelo meio fsico e sua taxa de sinalizao, e das limitaes tecnolgicas da tcnica de codificao, a taxa de transferncia um dos aspectos mais importantes em um ambiente de comunicao. Em


determinadas situaes, a utilizao de um meio pode se tornar invivel em funo de sua taxa de transferncia nominal.

3.4. Meios Fsicos classificao quanto ao alcance

Alm das caractersticas citadas acima, a distncia um aspecto extremamente importante na anlise do meio fsico utilizado em um ambiente de comunicao. Com base neste aspecto, as redes de comunicao costumam ser classificadas em funo de seu alcance:

3.4.1. Redes Locais (LAN Local Area Network)

So definidas como redes de comunicao de alcance limitado, normalmente utilizando meios fsicos de propriedade privada da organizao atendida pela rede.

Como os meios fsicos so de uso dedicado, normalmente estes so dimensionados para oferecer a melhor performance possvel dentro das limitaes de distncia da organizao. Por isto as LANs normalmente oferecem taxas de sinalizao e velocidades de propagao bastante elevadas. Como bem mais fcil evitar fontes de interferncia e rudo dentro de distncias limitadas, as taxas de erro tpicas (BER) so reduzidas. Conseqentemente, as taxas de transferncia tpicas so elevadas, atendendo a um conjunto bastante grande de aplicaes.

3.4.2. Redes de rea Estendida (WAN Wide Area Network)

Ao contrrio das LANs, as WANs no possuem limites de distncia. Normalmente so atendidas por meios fsicos ofertados por concessionrias de servios de telecomunicaes, e por isto tm a capacidade total de seus meios fsicos rateados entre os diversos usurios.

As WANs normalmente possuem performance limitada, e taxas de erro elevadas. Isto limita as aplicaes que podem ser utilizadas em ambientes baseados neste tipo de infra-estrutura de telecomunicao.

3.4.3. Redes Metropolitanas (MAN Metropolitan Area Network)

Embora alguns autores definam inmeras classificaes para as redes de comunicao em funo de seus alcances, definimos aqui apenas trs classificaes, que incorporam a esmagadora maioria dos ambientes de comunicao digital existentes atualmente.

O terceiro tipo a MAN, que possui um misto de caractersticas entre as LANs e as WANs. Normalmente espalhadas dentro dos limites de uma cidade (raio tpico de at 70km), as MANs oferecem performance normalmente superior s WANs, e com isto permitem aplicaes mais especializadas.

3.5. Meios Fsicos - Tipos

Para facilitar a anlise dos diferentes meios fsicos disponveis nas redes de comunicao atuais, apresentarei, na prxima pgina, uma classificao simplificada de tecnologias para meios fsicos de comunicao digital,


algumas vezes indicando diretamente o meio fsico, e em outras a tecnologia mais empregada naquele caso.

MeiosDelimitados

Meios noDelimitados

CabosEltricos

Cabosticos

Redes p/Perifricos

WLAN

WWAN

Bluetooth

Wi-Fi (IEEE802.11)

Redes Celulares

Rdio, Micro-ondas

Satlites

GPRSCDMA

IEEE802.11a

IEEE802.11bIEEE802.11g

Par TranadoUTP

STP

Coaxial

Multimodo

Monomodo

WMAN Wi-Max (IEEE802.16)

rbita baixaGeoestacionrios

Eletromagnticos

ticos

Redes p/Perifricos

WLAN

IRDA

Feixe de laser

MeiosDelimitados

Meios noDelimitados

CabosEltricos

Cabosticos

Redes p/Perifricos

WLAN

WWAN

Bluetooth

Wi-Fi (IEEE802.11)

Redes Celulares

Rdio, Micro-ondas

Satlites

GPRSCDMA

IEEE802.11a

IEEE802.11bIEEE802.11g

Par TranadoUTP

STP

Coaxial

Multimodo

Monomodo

WMAN Wi-Max (IEEE802.16)

rbita baixaGeoestacionrios

Eletromagnticos

ticos

Redes p/Perifricos

WLAN

IRDA

Feixe de laser

3.5.1. Meios Delimitados X No Delimitados

O primeiro nvel de classificao separa os meios fsicos delimitados dos meios no delimitados. Os meios fsicos delimitados, tambm chamados de meios guiados, so tipicamente representados pelos cabos. Analogamente, os meios fsicos no delimitados tipicamente so aqueles que no usam cabos, ou mais simplesmente, no possuem fios (wireless).

3.5.2. Os meios ticos

Tanto para os meios fsicos delimitados quanto para os no delimitados, o segundo nvel de classificao aqui adotado considera uma separao clara entre os meios fsicos que transportam sinais luminosos e os meios que transportam sinais eltricos, no caso dos cabos, ou eletromagnticos, no caso dos ambientes wireless.

O transporte da informao codificada em sinais de luz normalmente est associado insensibilidade s interferncias de origem eltrica, alm da segurana, j que sinais ticos muito dificilmente podem ser detectados (j que tipicamente so invisveis), e, mesmo que sejam detectados, a simples interrupo do feixe de luz j pode denunciar uma eventual tentativa de interpretao dos dados transportados.


3.5.3. Os cabos eltricos

Os cabos eltricos apresentados so de dois tipos: o cabo coaxial construdo com um condutor central protegido por uma estrutura em formato cilndrico ao redor do mesmo. Esta estrutura, formada por fios condutores, quando ligada ao sistema de aterramento, cria um campo eltrico que protege o condutor contra interferncias eletromagnticas. J os cabos de par tranado so constitudos de pares de fios tranados em torno de seu prprio eixo. Quando estes condutores possuem uma estrutura do proteo similar aos cabos coaxiais, estes so classificados como STP (Shielded Twisted Pair). J os cabos que no possuem esta proteo (muito mais comumente utilizados) so denominados de UPT (Unshielded Twisted Pair).

3.5.4. Os cabos de Fibra tica

Os cabos ticos, ou simplesmente fibras ticas, podem ser construdos de duas formas tpicas: as fibras multimodo e as fibras monomodo. Enquanto que as ltimas permitem a transmisso de um nico feixe de luz, as fibras multimodo trabalham com mltiplos feixes de luz simultneos. Os nomes derivam desta caracterstica. As fibras multimodo normalmente possuem limitaes de distncia e taxa de transferncia mximas determinadas pela distoro provocada pela diferena de tempo de propagao entre os diversos feixes de luz simultneos. J as fibras monomodo no possuem tal tipo de limitao, embora normalmente utilizem emissores de luz de custo bem mais elevado.

3.5.5. Os meios no delimitados

Na classificao dos meios no delimitados, identificamos tecnologias, e no meios fsicos, mesmo porque os mesmos no existem neste caso. As tecnologias foram classificadas em:

Redes para Perifricos: utilizadas para interligao de perifricos em pequenas distncias, e tipicamente com taxas de transferncia tambm limitadas.

WLAN: utilizadas para formar LANs com tecnologia wireless. WMAN: utilizadas para formar MANs com tecnologia wireless. WWAN: utilizadas para formar WANs com tecnologia wireless.

3.5.6. Redes para Perifricos

Nas tecnologias para Redes de Perifricos, temos duas representantes tpicas. A IRDA (InfraRed Data Architecture) atender s aplicaes baseadas em sinais luminosos, enquanto que o BlueTooth permite a conexo com base em ondas de rdio. O mercado tem fortalecido muito a tecnologia BlueTooth, que largamente utilizada hoje em diversas aplicaes. Com esta ltima, elimina-se a necessidade de alinhamento que tanto limita as aplicaes da IRDA.


3.5.7. Redes Locais por Feixe de Laser

Uma outra tecnologia tica, desta vez para LANs, so as redes baseadas em feixes de laser alinhados entre prdios. Distncias de at 2 km podem ser suportadas, com toda a segurana e imunidade tpicas das aplicaes ticas. A figura ao lado mostra um emissor utilizado nesta tecnologia.

3.5.8. Redes Locais Wireless

As LAN wireless baseadas em sistemas de rdio so as chamadas redes Wi-Fi, que utilizam-se das tcnicas de espalhamento espectral para garantir taxas de transferncia tpicas de ambientes de LAN, mesmo considerando todos os problemas que afetam uma comunicao wireless (distncias, interferncias, taxa de erros). A tecnologia Wi-Fi, normatizada pelo IEEE sob o cdigo 802.11, possui atualmente diversas sub-padronizaes, sendo que as mais conhecidas so a b, a g e a a. As duas primeiras so compatveis entre si, e trabalham com taxas de transferncia nominais entre 11 e 54 Mbps, enquanto que a ltima, apesar de incompatvel com as demais, apresenta diversas caractersticas tcnicas superiores, alm da taxa de transferncia de 54 Mbps. A incompatibilidade, porm, aliada demora do lanamento dos primeiros produtos compatveis com o padro IEEE802.11a, acabou por reduzir, e muito, o mercado desta tecnologia.

3.5.9. Redes Metropolitanas Wireless

Uma outra tecnologia wireless muito comentada hoje em dia o Wi-Max. Esta considerada como uma tecnologia para redes metropolitanas, por suportar comunicaes em distncias mais elevadas, abrangendo reas que podem chegar a 70km de raio. Trata-se de uma tecnologia muito recente, que vem sendo implementada no mercado agora.

3.5.10. Redes de Longa Distncia Wireless

Para as redes wireless de longa distncia (WWAN), temos 3 diferentes tecnologias relacionadas: os enlaces de rdio e microondas, os satlites e as redes celulares.

Os enlaces de rdio de micro-ondas so utilizados para interligaes, tipicamente ponto-a-ponto, geralmente entre pontos com linha de visada direta, s vezes com torres que permitem aumentar o alcance.

Os satlites so utilizados para interligao entre pontos mais distantes, muitas vezes em locais onde no existe infra-estrutura de telecomunicaes, com alcance global, inclusive nos oceanos. Existem basicamente dois tipos de satlites: os geoestacionrios, que giram junto com a terra, mantendo sua posio fixa em relao superfcie da terra; e os de rbita baixa, que, como no se mantm fixos, precisam ser substitudos por outros aps alguns minutos. No ltimo caso, so necessrios diversos satlites. No entanto, temos um tempo de propagao bem menor, o que viabiliza o uso de aplicaes com requisitos de retardo mais crticos.


As redes celulares permitem a conexo Internet atravs de celulares convencionais, o que garante mobilidade aos usurios em todos os pontos onde existe suporte telefonia celular. Existem basicamente dois tipos de rede celular disponveis hoje no mundo: a CDMA e a GPRS. A rede CDMA oferece tipicamente taxas de transferncia mais elevadas, embora a rede GPRS, normalmente associada aos telefones GSM, seja mais facilmente encontrada em todo o mundo.

3.6. Mensagem

O ltimo dos elementos bsicos de uma comunicao a mensagem. Em termos simples, o mais importante a ser discutido neste momento a composio da mensagem: esta formada pelos dados a serem transmitidos, alm dos protocolos.

Cabealho(Header)

Rodap(Trailer)

Dados a seremtransmitidos

Cabealho(Header)

Rodap(Trailer)

Dados a seremtransmitidos

Os protocolos normalmente so adicionados frente e no final da mensagem, como um cabealho (header) e rodap (trailer). Este processo de acrscimo do protocolo a uma mensagem chamado de envelopamento ou encapsulamento. Normalmente ele acontece repetidamente em diversas camadas, na medida em que a mensagem no transmissor vai sendo encaminhada dos protocolos de camada mais alta para os protocolos de camadas mais baixas, aumentando o tamanho da mensagem a ser transmitida, tal como veremos no prximo captulo. O processo acontece de forma inversa no receptor, que vai retirando os cabealhos e rodaps das mensagens na medida em que a mesma vai sendo encaminhada para os protocolos das camadas superiores, at que fique apenas a mensagem original.

O conhecimento dos protocolos utilizados para encapsular uma mensagem fundamental para o receptor, ou a mensagem no poder ser interpretada corretamente.

4. Unidades de Medida (Relao de Potncias & Potncia)

Nos sistemas digitais de telecomunicaes, so transmitidos sinais, geralmente eltricos, eletromagnticos ou luminosos, que devem trafegar entre dois pontos, atravs de um meio fsico qualquer. O prprio trfego destes sinais pelos meios fsicos acaba provocando alteraes na potncia dos mesmos. Analogamente, os


equipamentos de comunicao tambm podem realizar o tratamento destes sinais, realizando alteraes em suas caractersticas, entre elas sua potncia.

A potncia de um sinal uma caracterstica fundamental para a anlise de um sistema de telecomunicaes, j que o sinal que chega ao receptor deve ter uma potncia mnima para que possa ser interpretado. Por isto importante conhecer as unidades de potncia, assim como as unidades de relao de potncias. Estas ltimas efetivamente medem as alteraes ocorridas na potncia de um sinal ao atravessar um sub-sistema qualquer, seja um meio fsico ou equipamento de comunicao qualquer. Medir a relao de potncias, na prtica, equivale a medir o ganho ou atenuao que afetaram um sinal.

Considera-se que houve ganho em um sinal quando sua potncia de sada superior potncia de entrada, enquanto considera-se como atenuao quando sua potncia de sada inferior de entrada. Em funo das grandes variaes existentes na medio destes tipos de sinais, so utilizadas escalas logartmicas, que tornam as variaes lineares.

4.1. Decibel

O Decibel a relao logartmica entre as potncias de sada e de entrada. Como estamos dividindo uma potncia pela outra, trata-se de uma unidade adimensional (sem dimenso). No entanto, o valor resultante do logaritmo decimal desta diviso recebeu o nome de BELL (B), em homenagem ao grande inventor Alexander Graham Bell, que iniciou a histria da telefonia em 10 de maro de 1876.

No entanto, devido aos tpicos valores fracionrios desta unidade, na prtica mais utilizada a sub-unidade decibel (dB), que igual a valor em Bells multiplicado por 10. Sendo assim, pode-se determinar o ganho ou atenuao de um circuito, considerando-se a frmula abaixo:

tradaPotnciaEndaPotnciaSaAtenuaoGanho log10/ =

importante notar que o decibel no representa nenhum valor absoluto, e sim uma relao de potncias. Para tanto, necessrio que ambas as potncias estejam representadas na mesma unidade de medida. Por isto, importante tomar cuidado com os sub-mltiplos do Watt, principalmente considerando-se que potncias pequenas so extremamente comuns em telecomunicaes:

mW Miliwatts Milsimo do Watt 10-3W

W Microwatts Milionsimo do Watt 10-6W nW Nanowatts Bilionsimo do Watt 10-9W

pW Picowatts 10-12W


Para exemplificar o comportamento logartmico da unidade decibel, vamos verificar como seria representada em decibis uma relao de potncias que na prtica dobre o valor da potncia de entrada:

12log10=x 2log10=x

3010299,010xx = dBx 010299,3=

Como podemos ver, dobrar uma potncia implica em uma relao de potncias de apenas 3dB.

4.2. dBm

Para simplificar os clculos de relao de potncia, usando as propriedades dos logaritmos, adotado pelos profissionais de telecomunicaes uma nova unidade de potncia absoluta, o dBm. Os valores de potncia em dBm so obtidos atravs da comparao das potncias expressas em Watts com uma potncia de referncia de 1mW.

mWWPdBmP

1][log10][ =

Desta forma, o dBm passa a ser uma unidade de medio de valores de potncia absolutos. Desta forma, aplicar ganho ou atenuao em uma potncia expressa em dBm muito simples basta somar os dois valores no caso de ganhos, ou subtrair em caso de atenuao.

Isto facilmente explicado pelas propriedades dos logaritmos:

- O logaritmo de um produto igual soma dos logaritmos das parcelas:

baba loglog)log( += - O logaritmo de um quociente igual subtrao do logaritmo do denominador do logaritmo do numerador:

baba loglog)log( = Muito embora seja extremamente incomum a necessidade de somar duas ou mais potncias, importante lembrar que nunca se realizar operaes de soma e subtrao diretamente em dBm. Por se tratar de uma unidade de valor relativo, quaisquer operaes deste tipo devem ser realizadas sobre as potncias efetivas em Watts. Isto implica na converso prvia dos valores em dBm para Watts antes das operaes.


5. Tempo de Resposta & Tipos de Processamento

Um dos parmetros mais utilizados para designar a qualidade de um ambiente de telecomunicaes o seu tempo de resposta, que deve ser compatvel com a aplicao em uso. Tipicamente so desejveis valores baixos de tempo de resposta.

O tempo de resposta representa o tempo decorrido entre uma solicitao de processamento e o seu respectivo retorno. Pode ser representado, por exemplo, no caso de um terminal de vdeo, pelo tempo decorrido entre a digitao do ltimo caractere de um comando pelo usurio e a recepo do primeiro caractere de resposta pelo sistema remoto.

A determinao do tempo de resposta compatvel com a aplicao pode implicar no sucesso ou no fracasso de um projeto de telecomunicaes. importante tambm destacar que o tempo de resposta no depende apenas do sistema de telecomunicaes, como tambm de outros elementos, como do processador local e remoto, da arquitetura da aplicao utilizada etc. No entanto, tipicamente o sistema de telecomunicaes geralmente responsabilizado por qualquer problema de performance ou estabilidade.

Para avaliar corretamente o tempo de resposta, um dos passos fundamentais identificar o tipo de processamento adotado naquela aplicao. isto que veremos a seguir.

5.1. Processamento em Lote (Batch)

Neste tipo de processamento, cada informao a ser processada arquivada temporariamente at a formao de um grupo (conhecido como lote ou batch), para posterior processamento. Embora os requisitos de telecomunicaes para este tipo de aplicao sejam modestos, o que muitas vezes pode levar um usurio menos especializado a julgar a tecnologia como antiquada, na verdade o processamento em lote apenas um tipo de processamento largamente utilizado para aplicaes especficas (um exemplo o processamento de multas de um guarda de trnsito ou de jogos lotricos).

5.2. Processamento On-Line

Indica o encaminhamento imediato das informaes para o processamento, sem nenhum agrupamento anterior. Isto exige a conexo contnua entre o emissor e o receptor do sistema de telecomunicaes.

Determinadas aplicaes s podem operar com base em sistemas on-line. Um bom exemplo o sistema de reservas areas, onde a confirmao de um assento s pode ser feita considerando-se que nenhum outro passageiro tenha reservado o mesmo assento anteriormente.

importante destacar que a conexo on-line no implica necessariamente em alta performance ou tempos de resposta baixos. Caso isto seja


fundamental na aplicao em anlise, devemos partir para o prximo tipo de processamento, o Processamento em Tempo Real.

5.3. Processamento em Tempo Real

Antes de tudo, fundamental que o sistema seja on-line para que o mesmo possa ser considerado de Tempo Real. O conceito de Tempo Real est diretamente associado aos reduzidos tempos de resposta.

Na prtica, o tempo de resposta deve ser suficientemente pequeno para garantir a influncia no processo subseqente. Sendo assim, a depender da aplicao, podemos ter diferentes tempos de resposta, sem perder a caracterstica de processamento em tempo real.

Um bom exemplo o processamento de limites de crdito em uma rede de lojas. O valor da compra deve ser e debitado do limite de crdito do usurio em tempo suficiente para impedir que o crdito esteja disponvel em outra loja do mesmo grupo. Este exemplo pode implicar em tempos de resposta elevados, porm compatveis com o conceito de tempo real. J outras aplicaes, como os simuladores e jogos de computador, por exemplo, exigem tipicamente tempos de resposta bem mais reduzidos.

6. Classificao das Transmisses quanto ao sentido do fluxo

Em um sistema de telecomunicaes, as informaes podem fluir em diversos sentidos, a depender da aplicao e da tecnologia empregada. Para caracterizar e identificar os sentidos dos fluxos de informao em um sistema de telecomunicaes, utiliza-se as seguintes nomenclaturas:

6.1. Simplex

A transmisso ocorre em apenas um sentido. Podemos fazer uma analogia com a transmisso de televiso, o que exemplifica o sentido nico do fluxo.

6.2. Half-Duplex

A transmisso ocorre em ambos os sentidos, porm no simultaneamente. Quando esta ocorre simultaneamente, sobre canais diferentes.

6.3. Full-Duplex

A transmisso ocorre simultaneamente em ambos os sentidos.


7. Classificao das transmisses quanto ao formato

Ao encaminhar as informaes, pode-se escolher entre o envio serial ou paralelo dos dados. Em uma transmisso, os dados so codificados em conjuntos de bits, ou palavras (tipicamente iguais a um byte).

Na transmisso paralela, so transmitidos todos os bits de uma palavra ao mesmo tempo, por meios fsicos individuais. Apesar de rpida, a transmisso paralela tem problemas, como o custo mais elevado para distncias mais elevadas, devido necessidade de meios fsicos mais complexos e caros, alm da maior sensibilidade a interferncias externas, tambm devido exposio de um maior nmero de meios fsicos.

Na transmisso serial, os bits so transmitidos de um a um, em srie (da o nome). Apesar de mais lenta, largamente utilizada devido sua padronizao e baixo custo.

Ainda falando da transmisso serial, esta pode ocorrer de duas formas:

7.1. Transmisso Assncrona:

Caracteriza-se pela necessidade de sincronizao ao final da transmisso de cada palavra. Em funo disto, so acrescentadas informaes no incio e final de byte, para identificao e sincronismo.

O termo assncrona, embora possa nos levar a acreditar que trata-se de uma transmisso sem sincronismo, na verdade deve ser interpretada como um sincronismo simplificado, e no muito preciso. O mesmo termo tambm utilizado, em algumas situaes, para identificar o fato do DCE do receptor nunca saber quando ser recebido o prximo byte (ou caractere), j que a transmisso pode ser iniciada e interrompida a qualquer momento. Isto advm da transmisso ocorrer de forma dividida em pequenas unidades.

A transmisso assncrona ideal para pequenas taxas de transferncia. Seus equipamentos, por possurem circuitos de sincronismo mais simplificados, tem custo reduzido, muito embora o avano tecnolgico tenha provocado tambm a reduo significativa nos custos das transmisses sncronas.

7.2. Transmisso Sncrona:

Neste tipo de transmisso, os DCEs do emissor e do receptor se sincronizam para a transmisso de um conjunto de dados, normalmente bem maior do que os caracteres transmitidos na transmisso assncrona. O processo de estabelecimento do sincronismo (durante o qual no ocorre transmisso de dados) ocorre apenas no incio de cada bloco, o que implica em um desperdcio da capacidade de transmisso do canal bem menor do que nas transmisses assncronas. Esta maior eficcia de transmisso exige, tipicamente, a utilizao de tcnicas mais apuradas para deteco de erros.


Alm disto, como a verificao dos erros s pode ser realizada ao final da transmisso de cada bloco, os DCEs do emissor e do receptor devem ser capazes de armazenar o conjunto de bytes a ser transmitido ou recebido em um buffer. Todas estas caractersticas tornam os equipamentos mais sofisticados. No entanto, hoje em dia, devido miniaturizao e escala de mercado destes produtos, conseguimos, mesmo diante de tal complexidade, a manuteno de custos acessveis.

8. Redes e Ambientes Distribudos

Quando falamos em rede, normalmente estamos considerando um conjunto de dispositivos autnomos e interconectados. Os dispositivos podem ser computadores ou mesmo outros sistemas de telecomunicao especializados. Basta que exista capacidade de processamento embutida. Telefones celulares, por exemplo, podem ser considerados, j que, na prtica, falar ao telefone apenas uma das mltiplas aplicaes que um celular possui hoje. A interconexo a caracterstica que permite que estes dispositivos troquem informaes.

Em termos simples, isto significa que no existe um componente responsvel pela concentrao da capacidade de processamento, tal como era comum nos modelos mestre-escravo anteriores2. Uma rede pressupe que todos os seus elementos so igualmente capazes de processar, enviar e receber informaes.

Um outro conceito normalmente associado s redes o de ambiente distribudo. Este constitudo de uma rede onde a existncia dos dispositivos autnomos invisvel ao usurio. Isto significa que, apesar das atividades executadas no ambiente estarem sendo realizadas de forma distribuda por diversos componentes da mesma, para o usurio existe apenas um grande ambiente responsvel por todas as atividades. tarefa das diversas camadas de software escolher o processador onde sero executadas as diversas tarefas, o local e o formato como estes dados sero apresentados etc. Com freqncia, uma camada de software sobre o sistema operacional, chamada middleware, responsvel pela implementao desse modelo. Um exemplo bem conhecido de sistema distribudo a World Wide Web, na qual tudo tem a aparncia de um documento (uma pgina da Web). Costuma-se inclusive dizer que a transformao de uma rede em um verdadeiro sistema distribudo tarefa do software3.

8.1. Aplicaes para uma Rede

A interligao de dispositivos em uma rede teve como objetivo inicial o compartilhamento de recursos de hardware. Unidades de disco e

2 Antes das redes de computadores, os ambientes de processamento dominantes eram os main-frames, estruturas baseadas em um computadores com alta capacidade de processamento interligadas a diversos terminais de computador, que funcionavam apenas como interface para entrada e sada de dados dos usurios. Sem o main-frame, os terminais de computadores eram incapazes de executar qualquer aplicao. Por isto, tratava-se de um ambiente mestre-escravo. 3 Um ambiente distribudo constitudo de uma rede, onde a automao da distribuio de tarefas e recursos obtida devido s caractersticas do software. Por este motivo diz-se que o software que realiza a transformao de uma rede em um sistema distribudo.


impressoras podiam, assim, ser utilizados por mais de um usurio do ambiente, permitindo a reduo do custo por usurio destes componentes.

Alm disto, muitas vezes, alguns recursos, embora teis para diversos usurios, permaneciam a maior parte do tempo sem uso, como as impressoras, por exemplo. A necessidade que o usurio tinha de se deslocar at onde os recursos estavam tornava os computadores pessoais isolados pouco prticos. Com as redes, acabou a necessidade de que o usurio estivesse prximo, ou diretamente conectado, ao dispositivo que ele queria utilizar.

A interligao entre computadores e outros dispositivos no tardou, no entanto, a permitir outras aplicaes. O compartilhamento de arquivos, fundamental para o uso de aplicaes corporativas, que eram comuns nos ambientes com main-frames, permitiu o uso profissional das redes de computadores. Estas passaram a ser vistas como substitutas eficazes dos sistemas de maior porte, e, com isto, geraram o movimento de downsizing, que acabou por substituir milhares de computadores de grande porte por redes de computadores.

Inicialmente consideradas muito instveis, ou contrrio dos sistemas baseados em main-frames, as redes de computadores de hoje dispem de componentes extremamente robustos, e muitas vezes ainda implementam redundncia, a depender de seu projeto.

Um aspecto tambm importante foi a reduo de custo que adveio do emprego extensivo das redes. Os computadores e dispositivos de pequeno porte, embora muitas vezes tenham performance bem inferior aos computadores de grande porte, tm uma relao preo X desempenho extremamente interessante. Alm disto, a depender do projeto do ambiente, muitas vezes temos a vantagem da escalabilidade, que permite um crescimento gradual e a distribuio dos custos ao longo do tempo.

Para finalizar, um das mais poderosas aplicaes das redes atuais so na comunicao entre pessoas. Uma rede hoje uma das ferramentas de comunicao mais poderosas que pode existir, mesmo entre pessoas dispersas geograficamente. Utilizando-se de uma rede de computadores, duas ou mais pessoas que moram em lugares distantes podem no s se comunicar, como produzir de forma cooperativa.

8.2. Estrutura das Redes

Em qualquer rede, tal como vimos, existe um conjunto de dispositivos interconectados. Cada um destes dispositivos normalmente hospeda aplicaes para os seus respectivos usurios, e encontra-se interligado aos demais atravs de uma infra-estrutura especfica.

Para cada um dos dispositivos interligados ao ambiente de rede, vamos dar o nome de host (hospedeiro). O ambiente de comunicao envolvido na interligao dos hosts ser chamado de sub-rede de comunicao, ou


simplesmente de sub-rede. Esta separao simplifica bastante o estudo e avaliao de ambientes mais complexos. Esta nomenclatura foi adotada desde o surgimento da ARPANET, uma das primeiras grandes redes de computadores.

subsub--rederede

host host

host

host

host

IMP

IMP IMP

IMP

IMP

subsub--rederedesubsub--rederede

host host

host

host

host

IMP

IMP IMP

IMP

IMP

Complementando a terminologia, para que seja mais simples a anlise de sub-redes mais complexas, temos mais dois elementos bsicos: os circuitos ou canais de comunicao e os elementos comutadores. Chamaremos estes elementos comutadores de IMP (Interface Message Processors). Os hosts encontram-se conectados diretamente aos mesmos.

8.3. Tipos de Sub-Rede

8.3.1. Ponto a Ponto

Neste tipo de projeto, existem diversas linhas de comunicao, cada uma interligando um par de IMPs. Se dois IMPs que no compartilham um cabo desejarem se comunicar, tero que faz-lo atravs de outros IMPs, ou seja, indiretamente. Desta forma, necessrio que cada IMP seja capaz de receber uma mensagem (normalmente chamada de pacote no contexto da sub-rede), armazen-la e depois envi-la para o outro IMP assim que a linha de sada estiver disponvel. Estas sub-redes so normalmente chamadas de sub-rede ponto a ponto, store-and-forward ou mesmo sub-rede de pacotes comutada (packet switching). Este o tipo de projeto normalmente adotado nas redes de longa distncia (WAN).

Na configurao ponto a ponto, existe apenas um emissor e um receptor interligados ao meio de comunicao de dados. Neste tipo de interligao, normalmente utilizado um mtodo de acesso ao meio define um terminal primrio e um secundrio. Nestes casos, apenas o terminal primrio quem define o fluxo da informao, para evitar problemas como colises.

8.3.2. Difuso (broadcasting)

Neste tipo de sub-rede, existe apenas um canal de comunicao, que compartilhado por todas as estaes. Desta forma, um pacote enviado por uma


estao recebido por todas as outras. Ao receber um pacote, a estao deve ser capaz de analisar o endereo de destino para verificar se o pacote pertence a ela. O endereamento um ponto essencial para um funcionamento de uma sub-rede por difuso.

Mesmo em ambientes mais complexos, com mltiplos meios fsicos, pode-se determinar a operao com base no endereamento. Pode-se garantir o envio de um pacote a todas as destinaes atravs de um cdigo especial no campo endereo (broadcasting). Alguns sistemas permitem inclusive que sejam enviados pacotes para conjuntos determinados de estaes, em um esquema conhecido como multicasting. Tipicamente, todos os endereos com o bit de mais alta ordem igual a 1 so reservados para multicasting. Os bits restantes identificam que grupo deseja-se enderear. Para endereos de broadcast, tipicamente se utilizam todos os bits do endereo iguais a 1.

8.4. Topologias

A interligao entre as estaes na sub-rede definida pela topologia. A topologia de rede descreve o modo como os dispositivos esto interligados, bem como feita a troca de informao entre eles. Esta pode garantir no s a performance do ambiente, como tambm a segurana e os custos envolvidos na implementao do projeto.

Como existem dois conceitos bastante diferentes diretamente relacionados a esta interligao, importante diferenci-los bem: o conceito da topologia fsica e o conceito do mtodo de acesso ao meio. Estes so bastante confundidos.

A topologia fsica nada mais do que a representao fsica da interligao dos equipamentos. Esta topologia pode ser muitas vezes reconhecida pelo simples exame da disposio dos cabos e equipamentos de comunicao. J o mtodo de acesso ao meio define o protocolo utilizado para acesso ao meio. Desta forma, podemos ter redes com topologia fsica diversas para o mesmo mtodo de acesso. Um exemplo comum so as redes Ethernet 10BaseT, que embora possuam topologia fsica em estrela, tem mtodo de acesso claramente inspirado nas redes em barramento.

8.4.1. Barramento

O barramento compartilha um nico meio fsico para todos os hosts conectados. Esta caracterstica implica na existncia de um protocolo que determina a utilizao do meio de transmisso por todos os dispositivos existentes na rede.

Analisando mais detalhadamente, cada estao, ao transmitir, se torna "proprietria" do meio fsico nico, impedindo que as demais estaes o utilizem, a no ser que seja para a escuta dos pacotes enviados. Para que isto funcione, necessrio um mecanismo de arbitragem para resolver eventuais conflitos quando duas ou mais mquinas desejam transmitir simultaneamente. O mecanismo de arbitragem, tambm conhecido como alocao do canal, pode ser centralizado ou distribudo. Redes em barramento normalmente adotam mecanismos de arbitragem distribudos.


Como o meio de transmisso nico, necessria a identificao inequvoca de cada dispositivo. Isto conseguido atravs da atribuio de endereos nicos a cada dispositivo. Como todos os dispositivos esto ligados ao mesmo meio, a informao que transmitida por um deles detectada por todos os outros, mas s o destinatrio que a retira da rede.

O grande problema desta topologia dependncia em relao ao meio fsico, que nico. Ou seja, falhas no meio fsico podem provocar a parada total do ambiente.

8.4.2. Anel

A topologia em anel consiste em ligaes ponto a ponto entre pares de dispositivos que, no seu conjunto, formam um ciclo fechado.

A informao transmitida atravs do anel em unidades de dados que so enviadas rotativamente segundo uma direo predefinida (que pode ser alterada em caso de falhas). Os mesmos contm a informao sobre a origem da mensagem e o respectivo destinatrio. Ao receber a mensagem, o dispositivo receptor analisa a informao do destinatrio e passa a mesma ao dispositivo seguinte. Caso o receptor seja o destinatrio, ele tambm recolhe uma cpia da mensagem para interpretao.

A topologia em anel a mais segura entre as topologias bsicas analisadas (barramento, anel e estrela), pois permite a comunicao entre os dispositivos mesmo em caso de falhas no meio fsico, j que sempre existe um caminho redundante para a mensagem. Esta caracterstica pode ainda ser reforada com o uso de anis duplos, utilizados em tecnologias como o FDDI (Fiber Distributed Data Interface).

8.4.3. Estrela

Utilizada desde os primeiros computadores que permitiram acesso multiusurio, o modelo em estrela considera a interligao de todos os pontos a um equipamento


central, que pode ser composto por um dos hosts ou por um equipamento especial, conhecido como concentrador (ou HUB4).

O aumento do nmero de dispositivos na topologia em estrela normalmente ilimitado, o que torna fcil a expanso da rede. Em alguns casos, adota-se uma topologia derivada, chamada de topologia em rvore. Nesta, todas ou algumas extremidades da estrela se transformam no centro de novas estrelas secundrias. Neste caso, temos 3 nveis: o ponto central, os pontos secundrios, e os hosts.

ConcentraoSecundria

ConcentraoSecundria

Concentrao Primria

hosts A topologia estrela tem como desvantagem a dependncia do ponto central. No entanto, devido s caractersticas dos modernos concentradores, normalmente temos altos ndices de confiabilidade, e mesmo recursos de redundncia que tornam os pontos centrais praticamente infalveis.

Um outro problema que a troca de grandes quantidades de informao pode sobrecarregar os dispositivos centrais, congestionando o fluxo de informao, e prejudicando a performance na rede. O uso inadequado de mltiplos nveis tambm pode introduzir atrasos na propagao das unidades de informao, dificultando o uso de aplicaes sensveis ao retardo.

8.4.4. Malha ou mesh

Esta topologia raramente encontrada em redes locais, sendo mais comum em redes de longa distncia (WANs). As conexes so feitas de ponto a ponto, usualmente no interligando todas os


4 A palavra HUB tipicamente utilizada como sinnimo de repetidor ethernet. No entanto, o significado real da palavra est relacionado

hosts. Desta forma, as estaes intermedirias precisam ser capazes de encaminhar as mensagens para as estaes interligadas indiretamente, muitas vezes escolhendo rotas mais adequadas.

8.5. Alocao de canal :

Assim como vimos as topologias fsicas comuns, o tipo de alocao do canal de comunicao tambm muito importante. Em sistemas determinsticos, normalmente se divide o tempo em intervalos discretos, permitindo que cada estao utilize o meio fsico na sua abertura de tempo. Este tipo de alocao conhecida como alocao esttica. Apesar de sua simplicidade, ela implica no desperdcio da capacidade do canal (que mais tarde vamos identificar como largura de banda) quando uma estao no tem nada a transmitir durante o seu perodo.

Este desperdcio implicou na criao da alocao dinmica, comum em sistemas estatsticos. A alocao dinmica pode ser centralizada ou descentralizada. No mtodo de alocao centralizada, existe uma entidade responsvel pela coordenao do meio fsico, disponibilizando o mesmo para as estaes que desejam transmitir. Para tanto, esta entidade identifica as estaes que possuem informaes a serem transmitidas e decide quem ficar com o canal, em funo de decises tomadas com base em seu algoritmo interno. Na alocao descentralizada, no h entidade central; cada mquina deve decidir por si s se deve ou no transmitir. Para tanto foram desenvolvidos algoritmos especiais que controlam estas situaes.


CURIOSIDADE: Transmisso de Paladar, Olfato e Tato

Estamos acostumados a ver nas telas e ouvir nos sistemas de udio, transmisses cada vez mais maravilhosas para a nossa viso e audio. No entanto, ns temos 5 sentidos, e no apenas 3! Pode parece estranho, mas pesquisas tm sido desenvolvidas para a transmisso de informaes coletadas pelos outros trs sentidos humanos: o paladar, o tato e o olfato. As pesquisas determinam, inclusive, a taxa de transferncia que seria necessria para a transmisso deste tipo especial de informao.

Paladar O paladar humano baseado na sensibilidade de quatro tipos diferentes de clulas localizadas na lngua. Desenvolvendo um receptor de paladar, alguns pesquisadores trabalham em um projeto de lngua eletrnica, utilizando sensores qumicos. O equipamento responde a diferentes paladares apresentando uma combinao de cores RGB, cada uma com 256 diferentes nveis. Os trabalhos, embora ainda estejam em um estgio muito primrio, j demonstraram a capacidade da tal lngua de identificar diferentes paladares. Para efeito de clculo da suposta taxa de transferncia para a transmisso do paladar, a combinao de 10 sensores para cada um dos 4 tipos de receptores naturais do paladar. Foram considerados as 3 cores (RGB), cada uma com 256 diferentes nveis (8 bits). Levando-se em conta que as reaes ao paladar no so to rpidas, j que tratam-se de reaes qumicas, foi considerada uma amostragem de 25 Hz. Sendo assim, a taxa requerida seria de: Tx.Sinalizao X NTipos de Sensores X NSensores X NCores X 8 bits: 25 x 4 x 10 x 3 x 8=24 Kbps

Olfato De forma anloga ao estudo do paladar, pesquisas vm sendo desenvolvidas para o desenvolvimento de um nariz eletrnico (enose, em ingls). At mesmo prottipos j foram desenvolvidos (ver foto ao lado), e embora estes tenham aplicaes ainda limitadas deteco de gases que podem causar problemas sade humana, acredita-se que no futuro poderemos aplicaes cada vez mais sofisticadas. Para a transmisso do olfato, os especialistas consideraram combinaes de 1000 diferentes componentes de cheiro, cada um com 256 diferentes nveis (8 bits). Considerando-se a mesma taxa de amostragem, temos um resultado de 200 Kbps.

Tato De todos os sentidos ainda no transmitidos tipicamente pelas redes, o tato o mais simples de entender. Trata-se apenas de sensores de presso que funcionariam como uma pele eletrnica. Neste caso, devido rapidez dos reflexos tpicos, seria necessria uma taxa de amostragem maior. Da mesma forma, igualmente importante definir uma maior variao de valores possveis. Outro ponto importante seria definir qual a rea de tal sensor para determinar a taxa de transferncia necessria, j que esta determinaria, em ltima instncia, a quantidade de sensores necessrios ao trabalho. Considerando-se uma matriz de 100 x 100 sensores, cada um com 16 bits, representando 65.536 diferentes nveis de presso, e com uma amostragem de 60Hz, teramos uma taxa de transferncia de 9,6Mbps. Fonte: A Survey of Network Requirements to Support Current and Future Data Streams Yong Zhu Georgia Institute of Technology


Exerccios de Fixao Nas perguntas de mltiplas alternativas a seguir, identifique cada um dos itens como (C)ertos ou (E)rrados: 1) Dentre as diversas formas de telecomunicaes existentes hoje em dia, a comunicao digital se destaca: ( ) Pelo transporte de informaes digitais e geralmente binrias. ( ) Por exigir a presena de dois computadores, um de cada lado da linha. ( ) Pela velocidade superior aos meios de comunicao analgicos. ( ) Pela preciso dos dados recebidos. 2) O Data Communications Equipment (DCE) : ( ) encontrado no elemento EMISSOR em uma comunicao de dados. ( ) geralmente constitudo de um modem. ( ) Serve de interface entre o DTE e o meio fsico. ( ) Desde que exista no EMISSOR, no necessariamente precisa existir no RECEPTOR. 3) Quanto taxa de transferncia, podemos dizer : ( ) mais elevada em meios pblicos, graas capacidade de investimento. ( ) Pode determinar a viabilidade de execuo de projeto de comunicao de dados. ( ) diretamente proporcional quantidade de dados que trafegaro pelo meio. 4) Identifique abaixo alguns exemplos de meios fsicos no delimitados e suas vantagens e desvantagens: _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 5) Justifique por qu uma aplicao On-Line nem sempre Real-Time: _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 6) Associar os conceitos com as afirmaes abaixo : ( a ) Cdigo ( b ) Sinal Digital ( c ) Full-Duplex ( d ) Transmisso Sncrona ( e ) N.R.A. ( ) Transmisso que utiliza meios fsicos independentes para transmisso simultnea nos dois sentidos.


( ) Determina quais as combinaes de bits que representam cada um dos caracteres, nmeros e smbolos utilizados.

( ) Os sinais presentes no meio fsico tem variaes discretas, representando os valores digitais correspondentes.

( ) Para facilitar o trabalho de sincronismo, so enviados sinais de identificao no incio e final de cada caractere.

( ) Compartilhamento de um nico meio fsico para transmisso simultnea nos dois sentidos. 7) Identifique vantagens na utilizao da transmisso sncrona, justificando cada uma delas : _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 8) Associe as definies abaixo: ( a ) Configurao ponto a ponto. ( b ) Baud ( c ) dBm ( d ) dB ( e ) N.R.A. ( ) Admite diversos tipos de mtodos de acesso ao meio, como por exemplo o polling e o CSMA/CD. ( ) Medida de taxa de transferncia, que equivalente taxa em bps, apenas para sinais com variao

binria. ( ) Unidade de Potncia absoluta, equivalente ao valor em dB, para tenses de entrada de 1 mV. ( ) Unidade de medida de relao de potncia, expressa em escala logartmica. ( ) Para sinais com quatro nveis de variao, apresentam valores que correspondem a um tero do valor

em bps. 9) Realize as seguintes converses de potncia : a) 9 mW para dBm c) 10 pW para dBm b) 27 dBm para W d) -8 dBm para mW 10) Calcule as seguintes operaes, apresentando o resultado em dBm : a) 18 dBm - 30 mW c) 44 dBm - 6 dB b) -32 dBm + 9 dB d) 20 dBm + 12 mW 11) Quais dos exemplos abaixo representam uma rede ? Por qu? a) Computador de grande porte do banco e terminais de saque/depsito automtico. Considere que apenas as operaes de saque necessitam de confirmao de saldo no computador central. b) Sistema de Terminais para reserva e venda de passagens areas. c) Computadores ligados Internet5 em todo o mundo. 5 Caso tenha dvidas acerca de Internet, consulte o material distribudo em sala sobre a mesma.



12) Graas utilizao de sistemas distribudos, conjuntos de computadores podem ser utilizados como apenas um processador virtual nico por determinado usurio do ambiente. Para que se tenha um sistema distribudo, necessria a existncia de uma rede ? Por qu? 13) Dentre as caractersticas de funcionamento de uma rede ponto-a-ponto, qual delas implica na necessidade de armazenamento dos IMPs ? 14) Pode se considerar que uma rede com topologia fsica em anel tem maior independncia em relao ao meio fsico do que uma rede com topologia em barramento ? Por qu? 15) Por qu o endereamento essencial em uma rede por difuso ? 16) Considere n IMPs interligados pelas seguintes topologias : a) Estrela (considere que o n central apenas um comutador, no um IMP). b) Anel. c) Interconexo Completa. Para cada uma delas, d o nmero mdio de saltos IMP-IMP (sem trfego para si prprio). Qual a concluso que se chega a partir deste clculo?

Por qu a comunicao Digital?Alguns conceitos bsicosO hardware fundamental!Protocolos: o componente de software nos ambiente

Os quatro elementosEmissorReceptorMeios Fsicos - PropriedadesVelocidade de PropagaoTaxa de SinalizaoTaxa de Transferncia

Meios Fsicos classificao quanto ao alcanceRedes Locais \(LAN Local Area Network\)Redes de rea Estendida \(WAN Wide Area NetwoRedes Metropolitanas \(MAN Metropolitan Area N

Meios Fsicos - TiposMeios Delimitados X No DelimitadosOs meios ticosOs cabos eltricosOs cabos de Fibra ticaOs meios no delimitadosRedes para PerifricosRedes Locais por Feixe de LaserRedes Locais WirelessRedes Metropolitanas WirelessRedes de Longa Distncia Wireless

Mensagem

Unidades de Medida \(Relao de Potncias & PoDecibeldBm

Tempo de Resposta & Tipos de ProcessamentoProcessamento em Lote (Batch)Processamento On-LineProcessamento em Tempo Real

Classificao das Transmisses quanto ao sentidSimplexHalf-DuplexFull-Duplex

Classificao das transmisses quanto ao formatTransmisso Assncrona:Transmisso Sncrona:

Redes e Ambientes DistribudosAplicaes para uma RedeEstrutura das RedesTipos de Sub-RedePonto a PontoDifuso \(broadcasting\)

TopologiasBarramentoAnelEstrelaMalha ou mesh

Alocao de canal :

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