comunicação - dados - redes - computadores, Notas de estudo de Redes de Computadores

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Comunicação de Dados

e

Redes de Computadores

Índice

• Índice
• 1 Histórico e Evolução dos Sistemas e das Redes de Computadores........
• 2 Transmissão de Dados................................................................................
• 3 Sistemas de Comunicação........................................................................
• 4 Erros
• 5 Interface de Comunicação de Dados
• 6 Protocolos
• 7 Modelo Hierárquico de Protocolos e Padronização
• 8 Projeto e Desenvolvimento de Protocolos
• 9 Redes Locais, Ethernet e Internet...........................................................
• 10 Camada de Rede
• 11 Camada de Rede na Internet.................................................................
• 12 Camada de Transporte
• 13 Camada de Transporte na Internet
• 14 Camada de Sessão...................................................................................
• 15 Implementação da Camada de Sessão..................................................
• 16 Camada de Apresentação
• 17 Camada de Aplicação.............................................................................
• 18 ATM.........................................................................................................
• 19 Redes Sem Fio e QoS..............................................................................

controlada por um programa. Zuse ainda produziu mais três máquinas (Z2, Z3 e Z4), que aperfeiçoaram a Z1. Anos mais tarde, o matemático húngaro John von Neumann, por volta de 1945, formalizou o projeto lógico de um computador. Ele sugeriu que as instruções fossem armazenadas na memória do computador. Até então elas eram lidas de cartões perfurados e executadas, uma a uma. Participou do projeto de construção do ENIAC – Eletronic Numerical Integrator and Calculator (University of Pensylvania), construído durante a Segunda Guerra Mundial, dentro de um programa do exército americano que procurava automatizar o cálculo de tabelas balísticas. Foi inaugurado em fevereiro de 1946, era uma calculadora universal programável e eletrônica, pesava cerca de 30 toneladas, com 1500 relés, 17 mil válvulas, e 150 kW de potência. Tanto as operações aritméticas quanto as de armazenamento de dados eram conduzidas eletronicamente. No final da década de 40, Claude Shannon, um estudante do MIT, em sua tese de mestrado criou as operações lógicas usando código binário. Já no início da década de 50, várias máquinas foram construídas. Elas eram todas diferentes, mas todas seguiam a chamada arquitetura de Von Neumann, delineada nos primeiros trabalhos sobre a construção de computadores digitais. Nesta década também surgem as quatro primeiras máquinas a transistores SEAC, TRANSAC S100, Atlas Guidance Model I e CDC 1604, todas de construção americana. Os circuitos integrados foram desenvolvidos e aperfeiçoados nos anos 60 sob influência do programa espacial americano, possibilitando o surgimento de minicomputadores que eram mais poderosos e bem menores. Em 1971, a Intel lança o primeiro microprocessador. Durante esta década também foram desenvolvidos grandes computadores chamados de mainframes e surgiu o primeiro computador pessoal, o Apple II, feito em 1976 pelos americanos Steven Jobs e Stephan Wozniak. A IBM lançou o PC/XT com um disco rígido de 110Mbits em 1983.

1.2 Histórico da Comunicação de Dados

A comunicação de dados começou com a invenção do telégrafo por Samuel F. Morse em 1838. As mensagens eram codificadas em cadeias de símbolos binários e então transmitidas manualmente por um operador através de um dispositivo gerador de pulsos elétricos. Foram implantadas cerca de 40 milhas de linha para telégrafo em

Usando as linhas de telégrafo, em 1860, realizou-se a transmissão de 15bits/s. Dados de radar, codificados em binário, foram transmitidos via facilidades de telégrafo para computadores na década de 1940. Usavam a Bell System (linhas e troncos) “ Common carries ”. “ Teletypewriter ” – As “ common carries ” tornaram disponíveis dispositivos de entrada/saída que poderiam ser usados para enviar informação escrita ou codificada sobre linhas telefônicas.

No final da década de 50 ocorreu a explosão de desenvolvimentos para facilitar o uso de computadores remotamente.

Os primeiros terminais interativos foram desenvolvidos na década de 60 e permitiam aos usuários acessar o computador central através de linhas de comunicação. Nesta época surgiram os sistemas de Time Sharing (tempo compartilhado). Fornecimento de computadores com interfaces (terminais, modems e linhas analógicas) para “ batch processing ”. O computador roda no modo “batch” em uma parte do dia. Na outra parte do dia o computador coleta informações de locais remotos.

Computador com controlador para multilinhas (multiponto).

Com o crescimento das redes em tamanho, número de terminais e complexidade.

Uma das primeiras redes de computadores, experimentais, entrou em operação entre 1969 e 1970, através do projeto ARPANET estimulado pela ARPA (Advanced Research Projects Agency) [Agência para Projetos de Pesquisa Avançados] que passou a se chamar DARPA e faz parte do Departamento de Defesa dos Estados

Sociais), começou a testar o AlterNex, o primeiro serviço brasileiro de Internet não- acadêmica e não-governamental que, em 1992, seria aberto ao acesso público. A RNP (Rede Nacional de Pesquisas) surgiu em 1989 para unir as redes que ligavam as universidades e centros de pesquisas e formar um backbone de alcance nacional.

As diretrizes técnicas, a coordenação das pesquisas e desenvolvimento dos protocolos TCP/IP foi realizado pelo IAB (Internet Architecture Board) que surgiu em 1983 quando a ARPA reorganizou o ICCB. A partir de 1989 a IAB passou a se encarregar dos aspectos políticos e comerciais do binômio TCP/IP - Internet. Os dois principais grupos do IAB são: IRTF - Internet Research Task Force (grupos de pesquisa), coordena as atividades de pesquisa do TCP/IP; IETF - Internet Engineering Task Force (grupos de trabalho), concentra problemas de engenharia;

Os relatórios técnicos da documentação de trabalhos na Internet, proposição de protocolos novos ou revisados e padrões dos protocolos TCP/IP são chamados de RFCs (Requests for Comments). Anteriormente foram publicados os IENs ( Internet Engineering Notes ). INTERNIC (Internet Network Information Center) trata de muitos detalhes administrativos para a Internet e distribui RFCs e IENs.

1.3.1 Protocolos e Padronização na Internet

Usar padrões existentes se tais padrões se aplicam e inventar novos protocolos somente quando os existentes forem insuficientes, mas estar preparado para migrar para os padrões internacionais quando eles se tornarem disponíveis.

Capítulo

Transmissão de Dados

2.1 Transmissão de Dados

Na transmissão analógica os sinais elétricos variam continuamente entre todos os valores possíveis, permitidos pelo meio de transmissão.

Ex.: Microfone de telefone

Na transmissão digital uma série de sinais que tem apenas dois valores elétricos (ou gama discreta de valores) é transmitida.

Ex.: Telegrafia (Morse)

Este último tipo de sinal é obtido pela rápida inversão do estado corrente.

0 1

Por emissão → ausência presença

Por interrupção → presença ausência

Por dupla corrente → “-1” “+1”

2.1.3 Demodulação

É o processo de recuperação da informação (extração do sinal modulante) de uma onda portadora, sendo necessário que o processo de modulação seja reversível.

2.1.4 MODEM

O MODEM ( MO dulador- DEM odulador) é o dispositivo que realiza a adequação dos sinais binários ao canal de transmissão, servindo de interface entre este canal e o terminal de dados e permitindo a transmissão de sinais a longa distância.

Figura 2.3 - Rede com Modem

Como a banda passante do sistema telefônico é de 300 Hz a 3300 Hz o espectro de freqüência do pulso deve ser deslocado para a parte do espectro disponível para transmissão.

A técnica de modulação permitiu diversificação de aplicações:

• Transmissão de várias informações no mesmo meio, utilizando freqüências diferentes;
• Fonia e telegrafia no mesmo canal;
• Vídeo, voz e dados no mesmo canal.

A maioria dos modems em operação transmite uma onda portadora senoidal continua que é modificada de acordo com os dados que devem ser enviados.

a = A seno ( 2πfT + θ )

a = Amplitude instantânea da portadora no instante T. A = Amplitude máxima da portadora. f = Freqüência da portadora. θ = Fase da portadora.

Os valores A, f ou θ podem ser variados, para fazer a onda portar informação, como pode ser visto na figura abaixo.

Figura 2.4 – Formas de Modulação

2.2 Linhas de Transmissão

Os três principais obstáculos que uma linha de transmissão oferecem ao envio de um sinal são: atenuação, distorção de retardo e ruído.

Uma fonte de energia num extremo e uma carga no extremo oposto, conectados pela linha de transmissão.

Figura 2.5. Linha de Transmissão

Figura 2.7 - Variação permissível da atenuação

2.2.2 Distorção por ruído

Consiste na interferência provocada por uma energia indesejada proveniente de outras fontes, podendo ser ruído térmico, alterando as propriedades do meio de transmissão, e conseqüentemente a qualidade do sinal; acoplamento indutivo podendo provocar linha cruzada em linha telefônica. Quando os ruídos são adicionados a um sinal que contém informação, esta pode ser parcialmente mascarada ou totalmente eliminada. Dependendo do ruído pode ser difícil eliminá-lo, constituindo um dos problemas básicos da comunicação elétrica.

2.2.3 Distorção por retardo

Também conhecida como distorção de fase, onde o sinal é retardado mais em algumas freqüências do que em outras.

2.8 - Variação permissível do retardo

Caso a distorção do canal não se enquadre entre esses limites, deverão ser utilizados equalizadores que compensem a variação do tempo de retardo.

Figura 2.9 – Sinal com e sem equalização

Exemplo de uma distorção por retardo, supondo uma transmissão a 2000 bits/s (usando modulação por freqüência).

• “0” = a 1000 Hz
• “1” = a 3000 Hz
• retorno relativo ≅ 1 ms
• bit “0” transmitido com mais rapidez acaba chegando ao receptor antes do bit “1” que o precede.

Para transmitir os sinais de dados que se apresentam na forma de pulsos retangulares necessitamos de uma largura de banda infinita. Como os canais possuem uma largura de banda finita, os sinais devem ser adaptados através de processos de codificação ou modulação, descritos acima.

Codificação ⇒ Banda Base Modulação ⇒ Modem Analógico

Os sinais são normalmente definidos por suas características em função do tempo. Por outro lado, os sistemas físicos têm suas características dependentes das freqüências que os excitam (o sistema apresenta comportamento diferente e seletivo em relação à freqüência).

Aproximação de uma função retangular por funções ortogonais.

Considerando a passagem de um pulso retangular por um filtro passa-baixas ideal com freqüência de corte.

f1 = 1/2T

Lóbulo central de largura 2T e lóbulos laterais de largura T.

Resposta de um filtro passa-baixa ideal a um pulso regular de duração T segundos.

Passagem do sinal de dados através de um filtro passa-baixa ideal e recuperação do sinal.

Reconhecimento do sinal de saída.

• Analisando a cada T segundos a amplitude do sinal em comparação com o nível de decisão estabelecido. Caso a amplitude do sinal no instante de amostragem seja superior ao do sinal de decisão é reconhecido em pulso correspondente a 1 bit.
• Fixando-se um nível de decisão e verificando-se a ocorrência de transições neste nível. Estas transições são definidas quando o sinal ultrapassa nos sentidos positivos e negativos a amplitude no nível de decisão.

Capítulo

Sistemas de Comunicação

Arte do transporte de informação de um ponto a outro.

Modelo do Sistema de Comunicação

Para o tratamento conceitual seguro dos fenômenos em um sistema de comunicações é necessário se estabelecer um modelo simplificado que consiga descrever as suas características essenciais de funcionamento.

Fonte e Destinatário

A fonte produz informação, dispondo de elementos simples e símbolos.

Destinatário é a quem a informação é dirigida.

Alfabeto de elementos: a = {0, 1} b = {A, B, C...}

Símbolo: conjunto ordenado de elementos.

O conjunto completo de símbolos forma o alfabeto de símbolos.

Do alfabeto b pode-se compor os símbolos AA, AB, ... ou AAA, BBA

A saída da fonte será sempre de símbolos.

A mensagem é o que a fonte produz, consistindo em um conjunto ordenado de símbolos que a mesma seleciona de seu alfabeto, conforme critérios próprios.

Fonte Destinatário

mensagem

símbolo

A informação é considerada relacionada com a aleatoriedade no aparecimento dos símbolos.

A cada símbolo é associado uma quantidade de informação que é função de sua probabilidade de ocorrência.

O problema básico consiste em estudar a maneira como serão transmitidos estes símbolos de modo que a informação associada não seja perdida nem alterada.

Canal: transporta os símbolos e a informação associada da fonte ao destino.

O Emissor: entrega um sinal de energia adequado (modulador).

O Meio: propaga a energia entregue pelo emissor até o receptor.

O Receptor: retira a energia do meio e recupera os símbolos (demodulador).

Problemas: ruídos e distorção.

Codificador e Decodificador

Freqüentemente a natureza dos símbolos gerados pela fonte não é adequada para acionar o canal de transmissão. Devemos então alterar a natureza dos elementos que é feita pela codificação.

canal

fonte emissor meio receptor destinatário

ruído

Fonte

mensagem

A

B

Z

AVE

Codificador

mensagem codificada

Alfabeto de Símbolos

Saída para o canal