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COMUNICAÇÃO DE DADOS Unidade 1 Conceitos básicos de comunicação de dados Diretor Executivo DAVID LIRA STEPHEN BARROS Gerente Editorial ALESSANDRA FERREIRA Projeto Gráfico TIAGO DA ROCHA Autoria JÉSSICA LAISA DIAS DA SILVA MYLLENA SILVA DE FREITAS MORAIS 4 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 A U TO RI A Jéssica Laisa Dias da Silva Olá. Tenho graduação em Sistema da Informação e mestrado em Sistema e Computação na Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). Tenho experiência na área de Informática na Educação, com ênfase em Mineração de Dados Educacionais. Realizo trabalhos e pesquisas voltados ao universo dos jogos digitais inseridos no contexto educacional. Atualmente, realizo pesquisas no contexto de disseminação do pensamento computacional para crianças e jovens. As áreas de interesse de estudo são: Educação, Engenharia de Software, Mineração de Dados, Pensamento Computacional, Jogos Digitais Educativos e Gerenciamento de Projeto. Sou apaixonada pelo que faço e adoro transmitir minha experiência de vida àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso fui convidada pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo! Myllena Silva de Freitas Morais Olá. Sou formada em Licenciatura da Computação pela Universidade Estadual da Paraíba (UEPB). Sou especialista em Tecnologias Educacionais e Educação a distância pelo Instituto Federal do Rio do Rio Grande do Norte (IFRN). Atualmente, sou professora da Educação Básica, lecionando a disciplina de Pensa- mento Computacional. Sou grata por compartilhar a experiência de transmitir conhecimento para vocês que estão construindo a vida de profissionais. Sou apaixonada pelo que faço e adoro transmitir minha experiência de vida àqueles que estão inician- do em suas profissões. Por isso fui convidada pela Editora Tele- sapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo! 5COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 ÍC O N ES Esses ícones irão aparecer em sua trilha de aprendizagem toda vez que: OBJETIVO Para o início do desenvolvimento de uma nova competência. DEFINIÇÃO Houver necessidade de apresentar um novo conceito. NOTA Quando necessárias observações ou complementações para o seu conhecimento. IMPORTANTE As observações escritas tiveram que ser priorizadas para você. EXPLICANDO MELHOR Algo precisa ser melhor explicado ou detalhado. VOCÊ SABIA? Curiosidades e indagações lúdicas sobre o tema em estudo, se forem necessárias. SAIBA MAIS Textos, referências bibliográficas e links para aprofundamento do seu conhecimento. ACESSE Se for preciso acessar um ou mais sites para fazer download, assistir vídeos, ler textos, ouvir podcast. REFLITA Se houver a necessidade de chamar a atenção sobre algo a ser refletido ou discutido. RESUMINDO Quando for preciso fazer um resumo acumulativo das últimas abordagens. ATIVIDADES Quando alguma atividade de autoaprendizagem for aplicada. TESTANDO Quando uma competência for concluída e questões forem explicadas. 6 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Sinais e dados e a transmissão analógica versus digital ..... 11 Um breve histórico, sinais e dados, transmissão analógica versus transmissão digital.............................................................................................11 Sinais e dados.....................................................................................................15 Transmissão analógica versus transmissão digital ...................................... 17 Transmissão digital .............................................................................18 Codificação em linha ............................................................ 18 Elementos de sinal versus elemento de dados .............. 18 Taxa de dados versus taxa de sinal .................................. 19 Largura de banda .................................................................20 Transmissão analógica .......................................................................20 Transmissão analógica de dados digitais ......................... 21 Conversão analógica-analógica ......................................... 22 Problemas frequentes na Trasmissão de dados .................. 25 Transmissão paralela versus transmissão serial .........................................26 Síncrono versus assíncrona versus isócrona ................................. 30 Comunicação síncrona ........................................................30 Comunicação assíncrona ................................................... 32 Comunicação isócrona ........................................................34 Problema de transmissão ................................................................................35 Atenuação .............................................................................................36 Distorção devido a atraso..................................................................37 Ruído .....................................................................................................38 Térmico ...................................................................................38 Ruído de intermodulação ................................................... 39 SU M Á RI O 7COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Ruído de crosstalk ................................................................39 Ruído impulsivo ....................................................................39 Multiplexação de dados .......................................................... 42 Conceito de multiplexação...............................................................................42 Tipos de multiplexação .....................................................................................44 Multiplexação por divisão de frequência ........................................ 45 Processo de demultiplexação ............................................ 47 Multiplexação por divisão de comprimento de onda .................. 49 Multiplexação por divisão de tempo ............................................... 52 TDM síncrono ........................................................................53 TDM síncrono ........................................................................55 Canais de comunicação e modos de operação ..................... 58 Canais de comunicação .......................................................... 58 Simplex ..................................................................................................58 Half-duplex ...........................................................................................59 Full-duplex ............................................................................................61 Modo de transmissão .......................................................................................64 Modo paralelo ......................................................................................64 Modo em série .....................................................................................66 8 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 A PR ES EN TA ÇÃ O Todos nós precisamos de comunicação para nos relacio- narmos, não é mesmo? Seja de maneira presencial ou utilizando tecnologia, o indivíduo, assim como diversos dispositivos, estão constantemente realizando trocas de informações, ou seja, estão manipulando dados. A comunicação de dados é um ramos im- portantes da Computação, sendo essencial que um profissional da área de Sistemas de Informação tenha conhecimento amplo e especializado. A comunicação representa tanto para as organiza- ções como para a sociedade um grande aumento de eficiência no uso dos mais variados recursos, gerando impactos na produtivi- dade e até mesmomelhorando a competitividade em cenários globalizados. Sendo assim, ao longo desta unidade letiva você vai mergulhar neste universo da comunicação de dados! 9COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 O BJ ET IV O SOlá. Seja muito bem-vindo à Unidade 1 – Conceitos básicos de comunicação de dados. Nosso objetivo é auxiliar você no desenvolvimento das seguintes competências profissionais até o término desta etapa de estudos: 1. Discernir sobre as diferenças entre os conceitos de sinais e dados, bem como os de transmissão analógica e transmissão digital. 2. Identificar os tipos de problemas existentes em uma transmissão de dados, apontando diferentes soluções para cada caso. 3. Compreender o processo da multiplexação de dados, identificando e avaliando seus principais tipos. 4. Analisar e identificar os diferentes formatos de canais de comunicação de dados e seus modos de operação. 10 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Sinais e dados e a transmissão analógica versus digital OBJETIVO Ao término deste capítulo, você será capaz de entender o conceito de comunicação de dados. Você verá a diferença entre sinal e dados, além de como ocorre o processo de transmissão de dados digital e analógico. Aprenderemos também sobre os tipos de problemas que poderão existir nessa transmissão. E então? Motivado para desenvolver esta competência? Vamos lá. Avante! Um breve histórico, sinais e dados, transmissão analógica versus transmissão digital A nossa sociedade sofreu e vem sofrendo diversas mudanças causadas pelo uso das tecnologias, ou seja, pela grande evolução que a computação vem gerando na sociedade. Dessa forma, as comunicações de dados, assim como as redes de computadores, vêm realizando transformações no modo como vivemos, assim como no mundo dos negócios. A maioria das decisões tomadas no mundo dos negócios quase sempre vêm passando por alguma dessas comunicações tecnológicas, fazendo com que essas decisões sejam tomadas de forma cada vez mais rápida, e a comunicação chegue ao seu destino de maneira mais precisa e imediata. Dessa forma, é notório que, na sociedade atual, há uma dependência em relação às redes de computadores e a essa comunicação de dados, sendo essencial entender como essas redes funcionam e fazem com que essa comunicação chegue 11COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 cada vez mais rápido, atendendo ao mais diversos tipos de necessidade. IMPORTANTE Estamos a todo instante compartilhando informa- ções. Agora, podemos, por meio das redes, realizar essa comunicação, seja ela presencial ou remota. Os indivíduos realizam uma comunicação de forma presencial, ou seja, de forma local sempre que es- tão frente a frente e realizam algum tipo de diálo- go; já a comunicação remota acontece sempre que esses indivíduos estão em diferentes locais fazen- do uso de algum tipo de tecnologia. Figura 1 – Comunicação remota Fonte: Freepik 12 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 DEFINIÇÃO De acordo com Forouzan (2010, p. 3), “o termo ‘telecomunicação’ abrange a telefonia, telegrafia e televisão e comunicação a distância. Os dados são todas informações que têm um valor que será atribuído a alguma coisa, podendo ser utilizado e processado posteriormente”. A comunicação de dados é, então, a forma como acontece a troca desses dados por meio de dois dispositivos, que servirão como um meio de transmissão, assumindo papel de um condutor. Essa comunicação de dados só irá acontecer se os dispositivos utilizados na comunicação estiverem dentro de um sistema de comunicação, sendo composto por equipamentos físicos (conhecidos como “hardware”) e lógicos (os programas – softwares). Forouzan (2010) elenca quatro elementos que são fundamentais para que aconteça uma comunicação de forma eficiente, são eles: entrega, precisão sincronização e jitter. 1. Entrega: cabe ao sistema realizar de forma correta a entrega dos dados. Estes serão recebidos por algum usuário ou dispositivo antecipadamente definido, e essa entrega só será realizada por esse usuário ou dis- positivo definido. 2. Precisão: a entrega dos dados deverá acontecer de forma precisa. Sendo assim, qualquer dado que tenha sofrido alguma alteração ou tenha sido danificado na transmissão e que não tenha existido correção, ficará inutilizado na comunicação 3. Sincronização: o momento da entrega dos dados deve- rá ser realizada no tempo certo. Dessa forma, qualquer dado que tenha sido entregue fora do tempo solicitado se tornará inútil. Em comunicação com vídeos ou áudio, 13COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 isso significa que a entrega deverá acontecer no mo- mento em que eles estão sendo reproduzidos, não ge- rando atrasos. Esse tipo de entrega é classificado como “transmissão em tempo real”. 4. Jitter: tempo de chegada de cada pacote de dados. O jit- ter é o atraso desigual que acontece durante a entrega do pacote de dados para a reprodução de algum áudio ou vídeo. NOTA Se um determinado pacote de áudio for enviado em um tempo de 30 minutos, caso venha a acontecer de algum desses pacotes atrasar 30 minutos ou 35 minutos, a comunicação será irregular. Dessa forma, o áudio irá se tornar irregular. O sistema de comunicação de dados é composto por cinco componentes que estão dispostos como na Figura a seguir. Figura 2 – Componentes da comunicação de dados Fonte: Forouzan (2010). 14 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 • Mensagem: refere-se às informações, ou seja, os dados que serão transmitidos. As informações mais populares que são transmitidas são: números, figuras, textos, vídeo e áudio. • Emissor: é o dispositivo responsável por fazer o envio da mensagem de dados. Esse envio poderá ser realizado por meio de algum computador, telefone, estação de trabalho, televisão e tantos outros dispositivos. • Receptor: aquele responsável por receber a mensagem enviada. Assim como no caso do emissor, o computador, o telefone, a estação de trabalho, a televisão, entre outros, poderão ser utilizados como receptor. • Meios de transmissão: refere-se ao caminho físico por meio do qual irá trafegar a mensagem. Esse caminho irá acontecer do emissor até o receptor. Os meios de transmissão poderão ser as ondas de rádio, assim como a transmissão por cabo, podendo ser par trançado, fibra óptica ou cabo coaxial. • Protocolo: refere-se às regras definidas para fazer o controle da comunicação de dados, sendo, assim, um acordo gerado entre todos os dispositivos que serão utilizados na comunicação. Sem a existência desse protocolo, poderá acontecer a conexão entre dois dispositivos que não estejam transmitindo nenhuma comunicação. Sinais e dados Vamos entender um pouco mais sobre dados, bem como o conceito de sinais e seus tipos. 15COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 DEFINIÇÃO Um sinal refere-se a um conjunto de informações ou dados, podendo ser representando por uma função de tempo (por exemplo, o sinal da nossa televisão), ou por sinais distribuídos no espaço (como uma carga elétrica sendo distribuída em um determinado lugar). De uma forma geral, podemos dizer que os sinais são a forma de representar as informações no momento em que está acontecendo a transmissão dos dados. Matematicamente, podemos representar um sinal por meio de uma ou mais variáveis. Os sinais que existem podem ser: • Contínuos e discretos no tempo. • Analógicos e digitais. • Periódicos e não periódicos (aperiódicos). • De energia e potência. • Determinísticos e aleatórios. • Causais, não causais e anticausais. Em relação aos tipos de sinais, existem o sinal analógico e o sinal digital: • Analógico: tipo de sinal que sofre variação de forma contínua no tempo. 16 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Figura 3 – Ondas de rádio Fonte: Freepik • Digital: o sinal varia a partir de valores discretos. IMPORTANTE É possível realizar a transmissão de qualquer tipo de dado utilizando os sinais analógico ou digital.Transmissão analógica versus transmissão digital Na rede de computadores, uma das principais funções é realizar a transmissão de uma informação de um lugar para outro. Sendo assim, essas informações deverão ser convertidas em sinais digital ou analógico para que possam ser transmitidas. Veremos, então, como acontece o processo de transmissão de dados no formato digital e no formato analógico. 17COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Transmissão digital Inicialmente, precisamos compreender que, para represen- tar dados digitais, é preciso realizar a conversão dos dados para sinais digitais (FOROUZAN, 2010). Codificação em linha A codificação em linha refere-se ao processo de conversão os dados digitais em sinais digitais. Ou seja, os dados que estão em forma de números, letras, áudio, entre outros, serão armazenados em alguma memória de computador por meio de sequências de bits. Assim, na técnica de codificação de linha irá acontecer a conversão dessas sequências de bits em sinais digitais. Dentro dessa técnica, o emissor codifica os dados digitais em um sinal digital; caso não haja receptor, esses dados serão recriados e o sinal digital será revertido. Figura 4 – Codificação de linha e decodificação Fonte: Forouzan (2010). 18 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Elementos de sinal versus elemento de dados Precisamos identificar as diferenças que existem entre um elemento de sinal e os elementos de dados. O objetivo central da comunicação de dados é realizar a transmissão dos dados. Os dados são o principal elemento utilizado para representar qualquer informação. Na comunicação de dados digitais, esses elementos de sinal são utilizados para transportar os elementos de dados. Em um sinal digital, dizemos que o elemento de sinal será a menor unidade em relação ao tempo de um sinal digital (FOROUZAN, 2010). Ou seja, esses elementos de dados representam o que se deseja transmitir. Já os elementos de sinal representam o que pode ser transmitido. Dizemos que os elementos de dados são aqueles que são transportados; e os elementos de sinal, portadores. Taxa de dados versus taxa de sinal A taxa de dados tem a função de definir a quantidade de elementos de dados, isto é, a quantidade de bits que serão enviados, representado pelo um. A unidade utilizada será de bits por segundo (bps). A taxa de sinal irá representar a quantidade de elementos de sinal que serão enviados, representando pelo um. A unidade utilizada nessa taxa será Baud, podendo ser encontradas outras termologias. 19COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 IMPORTANTE Encontramos em algumas literaturas a taxa de bits para denominar a taxa de dados. E em relação à taxa de sinal, pode-se encontrar descrito como “taxa de pulso”, “de transmissão” ou “de modulação”. Largura de banda O transporte da informação em um sinal digital não acontece de forma periódica. Dessa forma, a largura de banda em um sinal também não acontece de maneira periódica, mas de forma contínua por meio de um intervalo infinito. No entanto, na vida real, os sinais digitais, em sua maioria, têm valores finitos para a largura da banda, isso significa que a largura da banda é infinita, porém, por existirem muitos componentes bem pequenos, esse fator poderá ser ignorado. VOCÊ SABIA? Apesar de essa largura da banda real ser infinita em um sinal digital, uma largura de banda, quando efetiva, é considerada finita. Transmissão analógica Apesar da importância da transmissão digital, é aconse- lhado entender sobre a transmissão analógica, pois utilizada na transmissão de sinal digital, a largura de banda será alta, tornan- do-se, algumas vezes, cara. Dessa forma, é possível utilizar a seguinte solução: trans- formar os dados digitais em dados analógicos a partir de sua transmissão. Para realizar essa transformação, são usadas duas 20 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 técnicas: técnicas para transmissão de dados analógicos e técni- cas para transmissão de dados digitais. Para realizar essas transformações, deve-se utilizar uma técnica conhecida como “modulação”. DEFINIÇÃO A nodulação refere-se ao processo no qual a infor- mação será adicionada a ondas eletromagnéticas. É dessa forma que a informação, seja ela digital ou analógica, é transmitida por meio de uma onda eletromagnética. A infor- mação será adicionada pelo transmissor em uma onda básica, podendo ela ser recuperada depois por meio de um processo reverso conhecido como “modulação”. Transmissão analógica de dados digitais Chamamos de “conversão digital-analógica” o processo responsável por modificar um sinal analógico a partir das informações geradas de dados digitais. Figura 5 – Conversão digital-analógica Fonte: Forouzan (2010). Dizemos que uma onda é senoidal quando ela apresenta três características definidas: amplitude, frequência e fase. Dessa forma, quando acontece essa alteração da característica em um 21COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 sinal elétrico, pode-se utilizar a representação de dados digitais. É possível alterar tanto a amplitude como a frequência, como a fase permitindo utilizar mecanismos de modulação de dados digitais em sinal analógico. Alguns desses mecanismos são os seguintes: • Modulação por chaveamento de amplitude, do inglês Amplitude Shift-Keying – ASK. • Modulação por chaveamento de frequência, do inglês Frequency Shift Keying – FSK. • Modulação por chaveamento de fase, do inglês Phase Shift Keying – PSK. • Modulação de amplitude em quadratura, do inglês Quadrature Amplitude Modulation – QAM. Figura 6 – Tipos de conversão digital-analógica Fonte: Elaborada pela autora (2022). Conversão analógica-analógica Dizemos que existe uma conversão analógica quando as informações são representados por meio de um sinal analógico. É preciso utilizar a modulação. 22 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Os processos que podem ser realizados na conversão analógica, são: • Amplitude modulação – SOU. • Modulação de frequência, do inglês Frequency Modu- lation – FM. • Modulação em fase, do inglês Phase Modulation – PM. De acordo com Forouzan (2010, p. 153), “a modulação cria uma largura de banda que é o dobro da largura de banda do sinal modulador e cobre um intervalo cujo centro é a frequência da portadora”. No entanto, os componentes do sinal que se apresentam acima e também abaixo da frequência portadora irão transportar as mesmas informações. Sendo assim, algumas implementações poderão descartar a metade do sinal, seguindo a largura de banda pela metade (FOROUZAN, 2010). 23COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 RESUMINDO E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que as comunicações de dados são importantes para entender a comu- nicação no mundo em que vivemos, assim como no mundo dos negócios. Aprendeu que os dados são toda informação que tem um valor que será atribuído a alguma coisa, podendo ser utilizado e processado posteriormente. Dessa forma, vimos que a comunicação de dados refere-se à forma como acontece a troca desses dados por meio de dois dispositivos, que servirão como um meio de transmissão, assumindo um papel de condutor. Os quatro elementos fundamentais para que haja uma comunicação eficiente são: entrega, precisão sincronização e jitter. Aprendemos também que os componentes principais da comunicação de dados são mensagem, emissor, receptor, meios de trans- missão e protocolo. Vimos que um sinal refere-se a um conjunto de informações ou dados, podendo ser representando por uma função de tempo ou espaço. Aprendemos também sobre os mecanis- mos de transmissão de dados digital e analógico, entendendo as técnicas de par de conversão de dados, por exemplo, a codificação em linha. Apren- demos a diferença entre os elementos de sinais edados, assim como você também deve ter com- preendido as taxas de dados e as taxas de sinal. 24 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Problemas frequentes na Trasmissão de dados OBJETIVO Ao término deste capítulo, você será capaz de entender os tipos de transmissão de dados, se- rial e paralela, compreendendo, assim, os tipos de transmissão serial: síncrona, assíncrona e isó- crona. Aprenderemos também os problemas que poderão existir durante a transmissão de dados, como ruídos e atenuação. E então? Motivado para desenvolver esta competência? Vamos lá. Avante! Em todo tipo de transmissão de dados de um determinado dispositivo para outro é bastante importante para os dois dispositivos a sua fiação, esse é um dos principais interesses quando é necessário realizar algum fluxo de dados. Sendo assim, é preciso entender de que forma acontece essa transmissão: serão enviados apenas um bit ou vários ao mesmo tempo? A transmissão dos dados, quando binários, poderão acontecer de duas maneiras, quais sejam: transmissão paralela e transmissão serial. Na transmissão paralela há uma única maneira de enviar esses dados; na transmissão serial existem três formas: assíncrona, síncrona e isócrona. 25COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Figura 7 – Tipos de comunicação Fonte: Elabora pela autora (2022). Transmissão paralela versus transmissão serial A transmissão serial faz a transmissão dos dados utilizando apenas um bit por vez, de forma sequencial, fazendo uso de um único canal de comunicação. Em relação à velocidade que esses dados são transmitidos, podemos dizer que eles acontecem de forma limitada. Na transmissão paralela poderão ser transferidos vários bits de uma única vez, de maneira aleatória, e diferente da transmissão serial, poderão fazer uso de diversos canais de comunicação. 26 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 IMPORTANTE Se for levado em consideração o uso de uma mesma velocidade na linha, assim como utilizando a mesma quantidade de tempo para que seja realizada a transmissão, entendemos, então, que na transmissão paralela poderão ser transmitido até oito ou mais bits; já na transmissão serial, apenas um. Dessa forma, concluímos que a transmissão paralela trabalha de forma mais rápida que a transmissão serial, porém ela apresenta menos segurança, isso se dá pelo fato dessa transmissão não fornecer garantia de como os seus bits serão enviados ou recebidos. Outro fator é que essa transmissão também necessita de canais de comunicação que acabam sendo mais complexos, pelo fato de precisar fazer uso de cabos de cobre grandes. À medida que é preciso transmitir dados para destinos longos, será utilizada ligação paralela mais distante. Dessa forma, o sinal elétrico irá se degradando para esses nós que estão distantes. 27COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Figura 8 – Transmissão paralela Fonte: Forouzan (2010). Quando se busca economia de custos, a transmissão serial oferece esse serviço, pois sendo utilizados em sistemas de comunicação, poderão gerar redução de custos pelo fato de utilizar em sua estrutura menos fios para que a transmissão dos dados aconteça. Dessa forma, a transmissão serial é bastante requisitada para ser utilizada em transmissões de longa distância, porém ela fará essa transmissão de forma mais lenta do que a transmissão paralela, e sua transmissão irá acontecer fazendo uso de transmissões já existentes e que, possivelmente, não foram construídas para essa finalidade. 28 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Figura 9 – Transmissão serial Fonte: Forouzan (2010). NOTA As conexões via linhas telefônicas poderão ser utilizadas para esse tipo de transmissão de dados, assim como conexão por fibra óptica e linhas discadas. Nos softwares, as informações processadas utilizam a transmissão paralela, e para que essa transmissão alcance um nível de segurança desejada, deve-se realizar um processo de conversão para ser representado de forma serial. Para que isso aconteça, será preciso que haja uma concordância entre o transmissor e o receptor em relação a que bit, dentro da representação serial, irá fazer correspondência com o bit na transmissão paralela. 29COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Figura 10 – Transmissão serial e transmissão paralela Fonte: Tanenbaum (1995). Podemos visualizar na figura o caractere E representando 01000101 (número binário), sendo transmitido na comunicação serial um bit de cada vez; já na comunicação paralela, podemos visualizar que são transferidos oito bits por vez. Síncrono versus assíncrona versus isócrona Na comunicação serial, a transferência acontece por um único caractere, porém é possível fazer a transferência de mais caracteres. A identificação na qual acontece o início e o fim de cada um desses caracteres se dá por meio do receptor, que irá informar sempre que toda a unidade dos dados tenha sido transmitida. Dessa forma, utiliza-se a comunicação síncrona e assíncrona para determinar essa ação (STALLINGS, 2017). Comunicação síncrona Aqui existe a comunicação entre dois nós, que faz o monitoramento por meio desses dois nós, isso quer dizer que todo o trabalho para que haja a transmissão de dados irá acontecer de forma sincronizada entre os nós, tanto no momento 30 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 em que os dados serão transmitidos como no momento em que são recebidos os dados. Cada um desses nós compreende a transmissão que preci- sarão realizar, se preparando para que aconteça a troca dos da- dos. Dessa forma, há a sincronização entre os nós de envio e de recepção, cabendo ao nó receptor saber sempre quando existe um novo caractere sendo enviado. Para que aconteça essa comunicação, é preciso que os da- dos sejam transmitidos em blocos, contendo as diversas sequên- cias de bits. Na Computação, chamamos esses blocos de “fra- mes”, quadros em português. IMPORTANTE Na transmissão síncrona, os bits são enviados sem- pre um após o outro sem bits de início, de parada ou intervalos, ficando sempre na responsabilidade do receptor fazer a função de agrupar esses bits. Na figura a seguir, podemos visualizar de forma esquemá- tica como acontece a transmissão síncrona por meio da repre- sentação das divisões entre os bytes. É preciso notar que não existem essas divisões, o que acontece é que o emissor faz o alinhamento dos seus dados por meio de uma string. Sempre que o emissor deseja fazer o envio de dados em pacotes separados, o intervalo entre eles deve ser preenchido utilizando uma sequência especial de zeros e uns, o que significa que a transmissão estará ociosa. Acontece pelo receptor a contagem dos bits sempre que eles vão chegando, sendo agrupados em grupos de oito bits. 31COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Figura 11 – Comunicação síncrona Fonte: Forouzan (2010). Na transmissão síncrona, como não existem intervalos, bem como os bits que representam o início e a parada, não irá existir também nenhuma maneira de facilitar para que o receptor possa organizar o seu fluxo intermediário para sincronizar os bits. Dessa forma, o timing torna-se importante, pois irá depender do dispositivo receptor para que haja a precisão das informações recebidas e, assim, realizar de forma precisa a contagem dos bits sempre que eles chegam. O que essa transmissão traz de vantagem é que ela torna-se mais veloz, sendo mais rápida do que a transmissão assíncrona. Isso se dá pelo fato de a transmissão síncrona não ter que introduzir intervalo extra no emissor, tendo, assim, menos bits para utilizar na transmissão. IMPORTANTE De acordo com Forouzan (2010, p. 135), a trans- missão síncrona “é muito útil para as aplicações de alta velocidade, como a transmissão de dados de um computador a outro. A sincronização de bytes é obtida na camada de enlace de dados”. Comunicação assíncrona Nessa comunicação, a transmissão acontece inserindo bits especiais conhecidos como “bits de início e de parada”.32 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Chamamos esse processo de “encapsulamento de dados”, ou seja, na comunicação será indicado o início e o fim referente a cada caractere, e o receptor não precisará ter a informação de quando a sequência de dados será enviada, tampouco sobre o tamanho da mensagem. Entendemos, então que o transmissor ficará livre para en- viar os dados sem que seja preciso esperar nenhuma notifica- ção realizada pelo receptor. Na comunicação assíncrona existem agrupamentos do fluxo de bits para bytes. Cada unidade sendo enviada corresponde a um grupo formado, na maioria das vezes, por oito bits. Esses grupos serão tratados de forma independente, realizando a transmissão sempre que o enlace se apresentar pronto, não se preocupando com o tempo. IMPORTANTE O termo “assíncrona” aqui significa que é assíncrono em relação ao nível de byte, porém ainda há a sincronização dos bits, e as suas durações serão sempre as mesmas. Na figura a seguir, veremos a representação da transmissão assíncrona. Nessa ilustração, vemos que os bits de início estão representados pelo 0s, e os de parada por 1s. No caso do intervalo, este está representado por meio de uma linha ociosa no lugar de bits, representando paradas adicionais (FOROUZAN, 2010). Pelo fato de ser preciso realizar o acréscimo de bits tanto de início como de parada, assim como inserir intervalos entre os fluxos de bits, a transmissão assíncrona torna-se mais lenta se comparada às outras. 33COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Sua vantagem é que ela tem um custo menor, sendo considerada mais eficaz e atraente para uso em casos de comunicação que necessite de baixa velocidade. Figura 12 – Transmissão assíncrona Fonte: Forouzan (2010). NOTA O terminal do computador no papel de transmis- sor, estando conectado a um determinado sistema que assume a função de receptor, está sempre pronto para receber a transmissão dos dados, pois o sistema não saberá quando irá iniciar alguma transmissão vinda do terminal. Dessa forma, ele fi- ca ocioso aguardando que seja dado o início de al- guma transmissão de dados. No entanto, é impor- tante destacar que antes que a transmissão inicie, haverá um aviso de início por meio de uma série de bits; o mesmo acontece no final, em que bits serão enviados para realizar a parada informando o término da transmissão. Comunicação isócrona Existe falha da transmissão síncrona sempre que no mo- mento da transmissão dos dados de áudio ou vídeo executados em tempo real, existir atrasos dos frames, gerando, assim, uma transmissão falha. 34 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 NOTA Na TV, as imagens são transmitidas, geralmente, por uma taxa de 30 imagens por segundo. É preciso que a visualização aconteça sempre nessa mesma taxa. Se for feito o uso de um ou vários quadros para enviar uma imagem, então, não é permitido que haja atrasos nesses quadros. Sendo assim, utilizar apenas sincronização entre caracteres não é possível, deverá haver sincronização de todo o fluxo de bits. O papel da transmissão isócrona será garantir que os dados sejam transmitidos e cheguem ao destino utilizando uma taxa fixa. Problema de transmissão No processo de transmissão de dados, poderão acontecer problemas, nos quais o sinal que o receptor recebe poderá ser diferente daquele que se está transmitindo. Na transmissão analógica, esse problema irá degradar a qualidade do sinal; já na transmissão digital irão ocorrer os erros de bit. Esses problemas que causam diferenças entre o sinal rece- bido e o sinal transmitido poderão ser causadas por: • Atenuação. • Distorção por atenuação. • Distorção por atraso. • Ruído. Vejamos a seguir como esses problemas acontecem: 35COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Atenuação O problema de atenuação ocorre em um sinal quando existe um relativo aumento entre a distância existente ente o transmissor e o receptor. Esse tipo de problema de atenuação em relação à potência de um sinal irá depender também da forma com que a informação está sendo transmitida, por exemplo, quantidade de obstáculos, umidade relativa, tipo de relevo etc. Existem três pontos que são levados em consideração em relação à transmissão de dados pelo fato da existência de uma atenuação em algum sinal recebido: 1. Deve existir uma potência do sinal suficiente para que a atenuação seja detectada no receptor. 2. Para que o sinal seja recebido sem que tenha erro, é preciso que exista uma potência do sinal bem mais alta do que o ruído. 3. Existe o aumento da atenuação com o aumento da frequência. O ponto um e o ponto dois trabalham sobre o nível de potência em relação ao sinal transmitido. A atenuação de um sinal se torna cada vez mais acentuada dependendo da distância existente entre o transmissor e o receptor, tornando a comunicação inadequada. Caso isso aconteça, será preciso fazer uso de amplificadores para os sinais analógicos, assim como repetidores, para quando são sinais digitais que estão sendo transmitidos. 36 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 IMPORTANTE Já o terceiro ponto traz um problema que é bastante encontrado em sinais analógicos. A atenuação apresenta frequência em sinais analógicos, o que faz com que o sinal recebido chegue de forma distorcida, sendo preciso equalizar o sinal em faixas de frequências (banda de frequências). Entre as maneiras de realizar essa equalização, está a utilização de bobinas de carga, que têm a função de mudar nas linhas de transmissão as suas características. Amplificadores poderão ser utilizados também, eles irão ampliar as altas frequências, bem mais do que as frequências baixas. Distorção devido a atraso A distorção devido a atraso ocorre em meios guiados. A velocidade de propagação modifica com a frequência, podendo também acontecer em meios de comunicação que não tenham fio, isso acontece se existir alguma mobilidade relativa entre transmissor e receptor. Outro fator é quando acontecem múltiplos percursos no processo da transmissão. Quando um sinal tem sua frequência limitada, a sua velocidade, na maioria das vezes, tende a ser alta, se aproximando da frequência central; já em relação às frequências laterais, elas irão tender a serem decrescentes. Sendo assim, os diversos componentes de frequência do sinal chegam no receptor em intervalos de diferentes tempos, causando no sinal uma distorção. Esse tipo de problema é bastante crítico na transmissão de sinais digitais. 37COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 NOTA Imagine que uma comunicação está transmitindo uma sequência de bits. Durante a transmissão, houve uma distorção de atraso. Isso fará com que haja mudança de posições de bits de alguns componentes de frequência, podendo causar uma interferência entre símbolos. Alguns autores consideram essa uma das maiores limita- ções para que se possa chegar à taxa máxima de bits em qual- quer canal de comunicação. Esse problema também poderá ser minimizado com o uso de técnicas de equalização. Ruído Na transmissão de dados, é possível que, junto ao sinal recebido, cheguem também sinais adicionais que não sejam desejados entre o transmissor e o receptor. Esses sinais adicionais são conhecidos como “ruído”. Existem quatro categorias para classificar o ruído, sendo elas: 1. Térmico. 2. Ruído de intermodulação. 3. Ruído de crosstalk. 4. Ruído impulsivo. Vejamos como são caracterizados cada um desses ruídos: Térmico A origem desse ruído se dá no movimento aleatório dos elétrons existentes nos condutores, sendo causados pela agitação térmica, distribuído de maneira uniforme por meio do espectro de frequências. Por esse motivo é possível encontrar 38 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 esse ruído também como “ruído branco”. O ruído térmico é um tipo que não se elimina, constituindo, assim, no desempenho da comunicação um limite superior. Ruído de intermodulação Quando existem sinais com frequências distintas, ou seja,f1 e f2, fluindo por um circuito, isso irá originar possíveis distorções. Estas poderão ser representadas pelo resultado da soma desses sinais ou de suas diferenças. Sendo assim, o resultado poderá causar interferência com um sinal desejado na frequência na seguinte fórmula: Frequência f1 + f2. Ruído de crosstalk O ruído de crosstalk refere-se ao acoplamento de sinais existentes entre canais diferentes. NOTA Sempre que uma pessoa está em uma ligação telefônica e consegue ouvir a conversa entre outras pessoas de maneira não desejada. Esse fato ocorre devido à indução entre condutores existentes na linha de comunicação. Ruído impulsivo O ruído impulsivo refere-se a curtos pulsos ou picos, porém com amplitude relativamente alta. Esse ruído pode ser gerado por meio de distúrbios eletromagnéticos externos. 39COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 NOTA Os relâmpagos podem causar um ruído impulsivo na comunicação. No caso de sinais analógicos, os impulsos gerados têm uma menor importância. Em casos de transmissão de voz, por exemplo, caso haja algum ruído causado por cliques, a informação não irá sofrer inteligibilidade. No entanto, em caso de dados digitais, erros de bits poderão ser causados por um ruído impulsivo, eliminando uma sequência de bits referente aos dados que estão sendo transmitidos. 40 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 RESUMINDO E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que é essencial entender que a transmissão dos dados, quando binários, poderá acontecer de duas maneiras: transmissão paralela e transmissão serial. Na transmissão paralela, há uma única maneira de enviar esses dados; na transmissão serial, existem três formas: assíncrona, síncrona e isócrona. Aprendemos que a transmissão serial faz a transmissão dos dados utilizando apenas um bit por vez, de forma sequencial, fazendo uso de um único canal de comunicação. Na transmissão paralela, poderão ser transferidos vários bits de uma única vez, de maneira aleatória e, diferente da transmissão serial, poderão fazer uso de diversos canais de comunicação. Aprendemos que na comunicação síncrona, a transmissão de dados irá acontecer de forma sincronizada entre os nós. Na comunicação assíncrona, a transmissão acontece inserindo bits especiais, chamados “bits de início e de parada”. Você deve ter aprendido também que há alguns problemas que podem acontecer durante a transmissão dados, por exemplo, o ruído e a atenuação, além de que existem quatro tipos de ruídos, são eles: térmico, ruído de intermodulação, ruído de crosstalk e ruído impulsivo. 41COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Multiplexação de dados OBJETIVO Ao término deste capítulo, você será capaz de entender as técnicas de multiplexação, uma importante técnica para compartilhamento de banda. Entendendo os seus tipos e como cada uma delas se apresenta utilizando tanto sinais digitais como analógicos. E então? Motivado para desenvolver esta competência? Vamos lá. Avante! Conceito de multiplexação Atualmente, os sistemas de telecomunicações são cada vez mais modernos, precisando cada vez mais acomodar números maiores de canais, que têm larguras de faixas que crescem a partir das características das informações transmitidas, como em relação à velocidade e à quantidade de dados transmitidos. Esses canais modernos também melhoraram cada vez mais a capacidade de serem imunes a ruídos e interferências, além de operarem sempre com potências cada vez mais baixas. Para alcançar a eficiência desses sistemas, são utilizadas técnicas como a modulação e a multiplexação. Nesta Unidade, iremos estudar com mais detalhe a técnica de multiplexação. DEFINIÇÃO A multiplexação é a técnica de compartilhamento de banda, permitindo que vários sinais recebidos de diversas fontes sejam combinados, fazendo com que haja transmissão simultânea, utilizando um único link de dados de uma linha física (TOCCI; WIDMER; MOSS, 2003). Quando existe um aumento do uso de dados para realizar a comunicação, de forma automática, há um aumento do tráfego, https://acervolima.com/multiplexacao-compartilhamento-de-canal-na-rede-de-computadores-1/ 42 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 que pode ser realizado fazendo a adição de links individuais quando houver a necessidade de criar um novo canal. Outra possível solução é fazer a instalação de links, tendo uma maior largura de banda. Com isso, é possível utilizá-lo para que seja feito o transporte de forma simultânea de vários links. Com a multiplexação, é possível otimizar os meios de trans- missão, especialmente aqueles que apresentam uma capacidade limitada, pois irá gerar, dentro de uma transmissão, diversos si- nais simultâneos. NOTA Quando precisa-se transmitir apenas uma pala- vra, utilizando alguma largura de faixa em 200 Hz a 3400 Hz, podemos dizer que essa largura é sufi- ciente, porém os sistemas hoje em dia demandam transmissões maiores, em que mais de uma pala- vra precisa ser transmitida. Dessa forma, entendemos que dentro da comunicação de dados, a largura de banda é considerada um recurso precioso, pois o seu tamanho e a forma como os dados irão passar por ela será essencial para definir a qualidade da transmissão dos dados. Na figura a seguir, podemos observar um exemplo básico de uma sistema utilizando a técnica de multiplexação. As linhas postas à esquerda apresentam os fluxos de transmissão direcionados para um multiplexador, com abreviação de MUX, que tem a função de combinar as linhas em um único fluxo. Próximo ao receptor, vimos o fluxo junto aos seus componentes originais, que estão direcionando o fluxo para as linhas que fazem correspondência (FOROUZAN, 2010). 43COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 IMPORTANTE A palavra “link” na figura representa o caminho físico; já a palavra “canal” representa uma parte de um link que tem a função de transportar uma transmissão entre um determinado par de linhas. Um único link poderá ter vários canais. Figura 13 – Multiplexação Fonte: Forouzan (2010). Veremos a seguir os tipos de multiplexação e como cada uma delas são caracterizadas: Tipos de multiplexação As três técnicas de multiplexação são: • Multiplexação por divisão de frequência. • Multiplexação por divisão de comprimento de onda. • Multiplexação por divisão de tempo. A técnica de divisão de frequência e a por divisão de comprimento de onda são desenvolvidas em casos de sinais analógicos; e a divisão por tempo, para sinais digitais. 44 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Figura 14 – Tipos de multiplexação Fonte: Elaborada pela autora (2022). Multiplexação por divisão de frequência A técnica analógica da multiplexação por divisão de fre- quência, do inglês Frequency Division Multiplexing – FDM é uti- lizada sempre que a largura de banda de um link estiver maior que a referente ao grupo de sinais que estão sendo transferidos. Na multiplexação por divisão em frequência, são divididas as frequências em faixas consecutivas. Essas frequências são chamadas de “canais”, em que serão acomodados os sinais moduladores. Na técnica de FDM, todos os sinais gerados por meio de algum dispositivo emissor irão passar por modulação de frequências por diferentes portadoras. Esse circuito é formado por um combinador, que irá superpor a saída dos diferentes moduladores independentes, transportando os dados de seu receptivo sinal, para que possa 45COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 encaixar-se dentro do seu próprio canal, evitando que aconteçam interferências em canais diferentes. Isso quer dizer que os sinais modulados combinados por meio de um sinal único composto serão transportados pelo link. Essas frequências portadoras irão ser separadas dentro uma banda de maneira que seja suficiente para guardar o sinal modulado.IMPORTANTE Os canais serão os intervalos de largura de banda, por onde irão trafegar os mais diversos sinais, então, estes poderão estar separados por meio de faixas conhecidas como “bandas de proteção”, não utilizadas. Eles servirão para impedir que haja sobreposição dos sinais. Vejamos na figura a seguir a estrutura conceitual da técnica de FDM. Nela, o meio físico está dividido em três partes, nas quais teremos um canal para transportar uma transmissão. Figura 15 – Multiplexação por divisão de frequência Fonte: Forouzan (2010). A técnica de FDM é utilizada para a multiplexação de dados analógicos, porém é possível utilizar em combinações de fontes que tenham sinais digitais, isso se dá pelo fato de ser permitido converter dados de sinal digital em um sinal analógico. Realizando essa conversão antes, poderemos aplicar a técnica de multiplexação. 46 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 IMPORTANTE É preciso ficar claro que FDM é uma técnica que realiza multiplexação em sinais analógicos, sendo, assim, uma técnica de multiplexação analógica. Vejamos a seguir um processo de multiplexação FDM conceitual, nela notamos que cada fonte irá gerar intervalos com frequência similar. No multiplexador, dentro dele, os sinais similares irão modular em frequências com diferentes portadoras. O resultado desses sinais modulados serão combinados através de um sinal composto único, que será enviado por meio de um link de comunicação, em que sua largura de banda irá acomodá-lo de forma suficiente (Forouzan, 2010). Figura 16 – Processo FDM Fonte: Forouzan (2010). Processo de demultiplexação Dizemos que a demultiplexação é considerada o processo inverso da multiplexação, tendo uma única entrada de dados para 47COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 diversas saídas, porém, cada uma dessas saídas são destinada a um determinado sinal de entrada. O processo de demultiplexador utiliza vários filtros que servem para fazer a separação do sinal que foi multiplexado em sinais constituintes. Esses sinais de forma individual serão enviados para um demodulador que tem a função de separá-los de suas portadoras, passando para as linhas de saída. NOTA As empresas de telefônicas têm buscado melhorar suas estruturas para que possam se tornar mais eficientes utilizando a técnica de multiplexação, ou seja, os sinais são multiplexados para que tenham linhas com maior largura de banda. Sendo assim, as linhas comutadas ou até mesmo as linhas alugadas poderão passar por uma combinação, utilizando menos canais, porém com uma largura de banda maior. A técnica de FDM é bastante utilizada para a transmissão de rádio FM e AM. O meio de transmissão utilizado pelo rádio é o ar que utiliza frequências especiais reservadas para rádio AM de 530 a 1.700 KHz. Essa faixa é compartilhada por todas as estações de rádio. Esse sinal vindo do ar trata-se de uma combinação de sinais. O receptor irá receber esses sinais, porém irá filtrar apenas os sinais desejados. Caso não tenha o processo de multiplexação, a estação AM fará, caso deseje, a transmissão utilizando o ar como um link comum. IMPORTANTE Quando realiza-se a sintonia de forma manual, o processo de multiplexação e demultiplexação será físico. 48 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 A implementação da técnica de FDM é bastante simples. Na transmissão de rádio ou TV, por exemplo, não é necessário utilizar multiplexador ou demultiplexador de forma física. Para tanto, é preciso que exista uma concordância entre as estações, para que enviem suas transmissões pelo ar, fazendo uso de frequências de portadoras diferentes. Dessa forma, a multiplexação acontecerá de maneira natural. NOTA Um sistema de telefonia celular irá precisar de uma estação-base, para que possa alocar ao usuário do telefone uma frequência portadora. Isso se dá porque não existe em uma célula capacidade suficiente para alocar uma largura de banda de forma permanente para todos os usuários de telefones celulares. Sempre que uma ligação é desligado pelo usuário, será alocada a largura de banda para outra chamada. Multiplexação por divisão de comprimento de onda A técnica de multiplexação por divisão de comprimento de onda, do inglês Wavelength-division Multiplex – WDM, refere- se a uma tecnologia que agrega diversos sinais ópticos, com diferentes comprimentos de onda, utilizando um combinador e os ligando por meio da mesma fibra que fará a transmissão de dados. Essa técnica foi desenvolvida para que fosse possível realizar a transmissão de uma grande quantidade de dados utilizando cabos de fibra óptica. Os cabos de fibra óptica têm uma maior capacidade de taxa de transmissão e resistência do que os cabos metálicos. 49COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Não é recomendado utilizar um cabo de fibra óptica para apenas uma linha de transmissão, pois irá causar desperdício de largura de banda. Dessa forma, a técnica de multiplexação sendo aplicada, possibilita a combinação de linhas utilizadas por vários usuários dentro de um mesmo circuito. IMPORTANTE A principal diferença entre a técnica de multiplexa- ção por divisão de comprimento de onda e a téc- nica de multiplexação por divisão em frequência se dá por envolver sinais ópticos que estão sendo transmitidos por fibra óptica, além de as frequên- cias serem bem mais altas. Na figura a seguir, veremos como acontece a técnica WDM. Note que as faixas mais estreitas, vindas de diferentes destinos, são combinadas, tornando-se uma única faixa de luz mais larga. O demultiplexador separa os sinais no receptor. Figura 17 – Multiplexação por divisão de comprimento de onda Fonte: Forouzan (2010). IMPORTANTE A WDM é uma técnica de multiplexação analógica que tem a função de combinar sinais ópticos. A principal função da multiplexação WDM se dá na capacidade de melhorar a transmissão por meio de fibra óptica, 50 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 além de trazer uma melhoria para o uso dos recursos que são utilizados por esse tipo de tecnologia. Para esses sistemas, a técnica de WDM só funciona se houver um controle do comprimento da onda referente a cada sinal óptico. Em casos em que o intervalo referente ao comprimento da onda seja muito longo, poderá existir uma diminuição da taxa de utilização. NOTA Uma rodovia em que, diariamente, passam diver- sos tipos de veículos de marcas diferentes, e estes entram na rodovia e seguem o caminho separada- mente até chegar ao seu destino. Nos últimos anos, essa tecnologia vem crescendo de forma rápida, apresentando diversas vantagens, por exemplo: 1. Aumento da capacidade de transmissão de dados, aju- dando na economia dos recursos de fibra óptica. Em sistemas WDM, apenas se faz necessário um par de fi- bra para todo um sistema, sem precisar levar em conta o número de sinais. 2. Disponível para qualquer tipo de sinal, transmitindo para diferentes tipos de sinais, tanto analógico como digital, podendo decompô-lo ou sintetizá-lo. 3. Para a expansão da rede, não é preciso acrescentar a instalação de mais fibras ou melhorar os componentes para alta velocidade. Novos serviços poderão ser in- troduzidos, assim como a capacidade aumentada, bas- tando apenas adicionar um comprimento adicional de onda óptico. 4. Para criar uma rede flexível, que dure mais e seja con- fiável, é aconselhável utilizar uma rede óptica dinâmica 51COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 reconfigurável, utilizando multiplexadores ópticos ad- d-drop, do inglês Optical Add-Drop Multiplex (OADM). Multiplexação por divisão de tempo A técnica de multiplexação por divisão de tempo, do inglês Time-Division Multiplexing – TDM, trabalha com sinais digitais, permitindo que diversas conexões possam ser compartilhadas por um único link que tenha uma largura de banda maior. Essa técnica não faz o compartilhamento de uma parte da largura de banda, o que acontece, de fato, é que o tempo que é compartilhado dessa técnicafaz com que a conexão ocupe no link uma fração de tempo. Na técnica de TDM, são divididos os sinais de entradas em faixas de tamanhos iguais em relação ao tempo de comprimento fixo. Logo após encerrar o processo de multiplexação, os sinais deverão ser transmitidos por meio de um compartilhamento, que irá os reagrupar para seu formato original, logo após passar pela demultiplexagem. Figura 18 – Multiplexação por divisão de tempo Fonte: Tanembaum (1995). Essa técnica trabalha com multiplexação digital, porém isso não afirma que não possam ser utilizadas fontes analógicas. Da- dos analógicos poderão passar por um processo de conversão 52 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 para dados digitais e, assim, serem multiplexados por essa téc- nica. IMPORTANTE A técnica de TDM atende à multiplexação digital, combinando diversos canais com taxa de transmis- são baixa em um canal único canal de alta trans- missão. Na multiplexação por divisão de tempo, divide-se o tempo em pequenos intervalos, sendo utilizado o enlace em cada um desses intervalos, de forma exclusiva, para que seja possível realizar a transmissão dos sinais de um único transmissor. O transmissor terá disponível no seu intervalo de tempo a total capacidade de transmissão do link. Vejamos a seguir que a técnica de TDM tem dois tipos: síncrono e assíncrono. TDM síncrono Na técnica de TDM síncrono há intervalos de tempo que serão pré-alocados em cada transmissor. Dessa forma, deve-se dividir o tempo em intervalos, conhecidos como “frames”, e esses intervalos são subdivididos em outros três subintervalos, que são enumerados de um a três. Esses subintervalos são alocados no mesmo transmissor. Isso significa que o primeiro frame fica alocado no primeiro transmissor, o segundo frame no segundo transmissor e o mesmo acontece no terceiro. Chamamos de “canal” quando todos esses subintervalos são unidos e alocados em um mesmo transmissor. 53COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Figura 19 – TDM síncrono Fonte: Forouzan (2010). Forouzan (2010, p. 169) descreve esses subintervalos. Esses subintervalos são bem pequenos e, normal- mente, em apenas um segundo, cada transmissor terá acesso a diversos de seus subintervalos. Dizendo de outro modo, em apenas um segundo, diversos fra- mes são transmitidos. A taxa de dados referente ao link na técnica de TDM síncrono é n vezes mais rápida, assim como a duração da unidade é n vezes menor. VOCÊ SABIA? A técnica de TDM síncrono não é considerada muito eficiente, pois se acontecer de uma fonte estar zerada de dados para serem enviados, o slot que faz correspondência no frame de saída estará vazio. Um dos problemas possíveis de encontrar na técnica de TDM síncrono é sobre como essa técnica trata possíveis disparidades entre as taxas de dados iniciais. Caso exista uma situação na qual haja diferença entre essas taxas de dados, deve-se utilizar três estratégias, são elas (FOROUZAN, 2010): 54 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 • Multiplexação multinível: deve ser utilizada sempre que a taxa de dados de uma linha de entrada apresentar um múltiplo das demais. • Alocação de múltiplos slots: é mais eficiente fazer a alocação de mais de um slot em um determinado frame para uma única linha de entrada. • Inserção de pulsos: fazer com que a taxa de dados dominante seja a que apresente uma entrada mais elevada, para, assim, fazer a inserção de bits fictícios nas demais linhas com taxas menores. O processo de implementar a técnica de TDM passa por algumas etapas que não são tão simples, especialmente em relação ao multiplexador e demultiplexador, que, às vezes, apresentam problemas importantes. Quando houver problema de sincronização entre eles, poderá acontecer de um bit que pertence a um determinado canal ser recebido por um canal incorreto. Dessa forma, o melhor é que os bits sejam inseridos ao início de cada frame. Esses bits são chamados de “bits de sincronização”, tendo um padrão representado por frame por frame, permitindo ao demultiplexador ser sincronizado com o fluxo de entrada, podendo separar os slots de maneira correta. TDM síncrono A técnica de TDM síncrono foi criada para evitar que existam problemas com desperdício de banda, sempre que alguma estação não tenha informações para serem transmitidas no seu intervalo. 55COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 IMPORTANTE Não existe na técnica de TDM assíncrono alocação prévia de canais. Dessa forma, cada um tem a função de transmitir dados assim que for detectado algum meio de transmissão livre. No entanto, cada transmissão terá um tempo estabelecido para utilização. Isso ocorre para que seja evitado que um único transmissor tenha por um longo período de tempo o controle sobre o enlace. Caso o tempo não seja suficiente para que todas as informações sejam transmitidas, cabe ao transmissor dividir as informações em partes, fazendo várias transmissões separadamente. Sendo assim, cada uma terá que buscar o acesso ao enlace junto aos demais transmissores. Na técnica de TDM síncrono, a identificação do transmissor acontece pelo instante do tempo referente à informação recebida; já na técnica de TDM assíncrono, para que seja realizada a transmissão de cada informação, é preciso que exista um cabeçalho identificando tanto o transmissor quanto o receptor. Esse processo gasta uma parte da banda de rede disponível. Outro fator é que a técnica de TDM assíncrono não tem uma alocação fixa de canais. Dessa forma, não garante nenhuma banda de transmissão de forma constante para ser utilizada por cada transmissor, isso se dá porque sempre que um equipamento deseja transmitir, o enlace poderá estar ocupado fazendo a transmissão vinda de outro equipamento. Uma vantagem é que só existirá ociosidade se, de fato, nenhum usuário estiver desejando realizar uma transmissão. Podemos concluir que a técnica de TDM assíncrono permitirá que seja realizado um grande trafego de sinal a ser transmitido. 56 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 RESUMINDO E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que multiplexação é a técnica de compartilhamento de banda, permitin- do que vários sinais recebidos de diversas fontes diferentes sejam combinados. Com a multiplexa- ção, é possível otimizar os meios de transmissão, especialmente aqueles que apresentam uma capa- cidade limitada. As três técnicas de multiplexação são: multiplexação por divisão de frequência; mul- tiplexação por divisão de comprimento de onda e multiplexação por divisão de tempo. A técnica ana- lógica da multiplexação por divisão de frequência – FDM é utilizada sempre que a largura de banda de um link estiver maior que a referente ao grupo de sinais que estão sendo transferidos. A técnica de multiplexação por divisão de comprimento de onda – WDM refere-se a uma tecnologia que agre- ga diversos sinais ópticos, tendo diferentes com- primentos de onda, utilizando um combinador e os ligando por meio da mesma fibra que fará a trans- missão de dados. E a técnica de multiplexação por divisão de tempo – TDM trabalha com sinais digi- tais, permitindo que diversas conexões possam ser compartilhadas por um único link com uma largura de banda maior. 57COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 Canais de comunicação e modos de operação OBJETIVO Ao término deste capítulo, você será capaz de en- tender os três tipos de canais de comunicação: simplex, half-duplex e full-duplex, conferindo como acontece cada uma dessas transmissões. Apren- deremos também sobre os modos de transmissão serial e paralelo. E então? Motivado para desenvol- ver esta competência? Vamos lá. Avante! Canais de comunicação Na comunicação de dados estão presente sempre dois personagens fundamentais: o receptor e o emissor. Podemos classificar a formacomo acontece a comunicação de três maneiras: • Simplex. • Half-duplex. • Full-duplex. Vejamos a seguir as características de cada uma delas: Simplex Nessa comunicação, o fluxo de dados sempre acontece em apenas uma direção, ou seja, existe apenas um emissor, como no caso da televisão. Esse tipo de transmissão acontece no sentido unidirecional. É possível ter um único transmissor que poderá enviar para vários receptores, porém o receptor não terá como sinalizar se houver a recepção dos dados ou não. 58 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 NOTA Um exemplo comparativo seria dizer que o canal simplex é como uma estrada com sentido único, em que o tráfego acontece apenas em uma única direção, nenhum veículo vindo na direção contraria seria permitido entrar na estrada. Figura 20 – Exemplo de transmissão simplex Fonte: Freepik Em canais de comunicação simplex não existe a possibilidade de transmitir e receber uma informação de forma simultânea. Esse tipo de canal é bastante utilizado em pedidos de socorro, segurança, pilotagem, comunicação entre navios, entre outros. Esse uso se dá porque o canal utiliza uma frequência única, não existindo processos de privacidade, podendo ser escutada em outros canais, como rádios. Half-duplex Nessa comunicação o fluxo de dados acontece em ambos os sentidos que estão disponíveis para transmissão, porém 59COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 acontece um de cada vez. Um exemplo desse tipo de comunicação é o rádio amador. Uma comunicação é dita half-duplex quando a transmissão tem sentido bidirecional. Dessa forma, as informações poderão ser enviadas tanto pelo receptor quanto o transmitir; o mesmo acontece em relação a receber a informação, porém cada um transmite a informação por vez. NOTA Um dispositivo A pode fazer a transmissão de dados que B irá receber. Logo após, o sentido da transmissão iria inverter e B passaria a transmitir para A a informação caso os dados tenham sido corretamente recebidos e não tenham sido detec- tados erros de transmissão. Figura 21 – Exemplo de comunicação duplex Fonte: Pixabay 60 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 As redes Ethernet também funcionam nesse modo de transmissão e elas suportam em basicamente todos os dispositi- vos que são utilizados nos dias atuais. Full-duplex Na comunicação full-duplex, o fluxo de dados acontece em ambos os sentidos possíveis de forma simultânea. O telefone é um exemplo desse tipo de comunicação. Uma comunicação full-duplex acontece como uma transmissão bidirecional. Podemos comparar o canal full-duplex como duas linhas simplex, com cada uma seguindo uma direção. Pelo fato de essas transmissões permitirem que as informações sejam simultâneas nos dois sentidos, não há perda de tempo entre as operações das trocas dos sentidos durante a transmissão pelos dispositivos. Uma única linha full-duplex tem a capacidade de transmitir bem mais informações por unidade de tempo se comparado a uma linha half-duplex, levando em consideração a mesma taxa de dados. Figura 22 – Exemplo de comunicação full-duplex Fonte: Pixabay 61COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 A capacidade de compartilhamento desse canal poderá ser obtida de duas formas: • Separar em duas partes o link fisicamente, sendo uma para enviar e outra para receber. • Permitir que seja possível que a capacidade de um canal seja transmitida pelos dois sinais na direção oposta. SAIBA MAIS Faça a leitura do artigo “Uso eficiente do canal em comunicações full-duplex por meio de uma reserva de canal inovadora”, que apresenta como as comunicação full-duplex podem contribuir para satisfazer os requisitos da sociedade da geração 5G de rede móveis, esperando que essa comunicação melhore as transmissões e o controle dos canais. Para acessar, acesse o QR-Code: https://sol.sbc.org.br/https://scorm.onilearning.com.br/scorm.php?scorm=3be55f24c895248184abbc087e70d6a8&estudante=0&nome=&licao=&sessao=23dpbs2qaepnsod0snk24mvqbd/sbrc/article/view/12297/12162 62 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 No quadro a seguir, vamos ver as principais diferenças entre os três modos de transmissão: simplex, half-duplex e full- duplex. Quadro 1 – Diferenças entre os canais de comunicação Simplex Half-duplex Full-duplex Comunicação unidirecional. Comunicação direcional bidirecional, porém sendo uma de cada vez. Comunicação direcional bidirecional, simultaneamente. O remetente pode enviar dados, porém não pode recebê-los. O remetente pode enviar dados e receber dados, porém um de cada vez. O remetente pode enviar dados e receber dados, simultaneamente. Oferece um menor desempenho do que as comunicações half-duplex e full- duplex. Oferece um menor desempenho do que a comunicação full-duplex. Oferece o melhor desempenho entre as comunicações simplex e half- duplex. Exemplos: teclado e monitor. Exemplo: walkie- talkies. Exemplo: telefone. Fonte: Elaborado pela autora (2022). É importante destacar que a camada física tem como função principal realizar a transmissão de sinais dentro de uma comunicação de dados de uma máquina para outra. 63COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 ACESSE No vídeo Simplex, half-duplex e full-duplex explica- do com exemplos práticos, você poderá aprender mais sobre os canais de comunicação simplex, hal- fduplex e full-duplex. Entendendo como acontecem essas transmissões, além de como esses conceitos se encaixam nas redes de computadores. Para acessar, clique no QR-Code: Modo de transmissão O modo de transmissão determina a quantidade de unida- des elementares de bits, ou seja, de informações que poderão ser transmitidas de forma simultânea por meio de um canal de comunicação, isso quer dizer que trabalha de forma direta com a quantidade de bits que serão transmitidos no mesmo intervalo de tempo. Modo paralelo Os bits, na transmissão em modo paralelo, são enviados de forma simultânea por meio de diversas vias de dados. Dizemos que uma via é um fio, ou algum cabo, assim como qualquer dispositivo físico que pode ser utilizado como transporte. https://www.youtube.com/watch?v=DrrEh4T1-JY 64 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 A figura a seguir exemplifica esse modo de transmissão. Figura 23 – Transmissão paralela Fonte: Elaborada pela autora (2022). As vantagens desse modo de transmissão é que irá atender de forma mais rápida, pois consegue enviar vários bits de uma única vez. Entretanto, é possível encontrar algumas desvantagens no sistema dessa transmissão, algumas delas são que necessita de quantidades grandes de fios, assim como de trilhas, para que possa realizar a transmissão dos bits, utilizando um para cada bit. NOTA Para uma transmissão paralela com 32 bits será necessário utilizar no mínimo 32 fios, para que seja possível realizar a interligação entre os dispositivos. Outro problema é que o comprimento dos condutores utilizados na construção do canal paralelo podem ser de tamanhos diferentes, isso causado, por exemplo, por imperfeições de fabricação, gerando fios que sejam maiores ou menores, mesmo que com diferença mínimas. 65COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 O atraso de propagação pode acontecer devido a esse problema, e ele acontece quando os bits transmitidos juntos não chegam de maneira simultânea no receptor, podendo ocasionar os seguintes problemas: perda de performance na transmissão, assim como a perda de dados. Dessa forma, é importante que os sistemas criados tenham uma maior complexidade para solucionar esses tipos de problemas. Modo em série Na transmissão em série, os bits são enviados de forma sequencial, sendo um bit de cada vez, como podemos visualizar na figura a seguir. Figura 24 – Transmissão serial Fonte: Elaborada pela autora (2022). A transmissão em série é considerada mais lenta do que a transmissão em paralelo, se comparado no mesmo tempo. Isso se dá pelo fato de a transmissão paralelatransmitir vários bits por vez. Entretanto, aumentando o clock do modo em série, é possível maiores velocidades de transmissão do que a do modo paralelo. As vantagens da transmissão em série são que elas utilizam menos fios do que o modo paralelo, basta apenas no máximo três 66 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 fios para que transmissões half-duplex e full-duplex aconteçam. Podem existir casos em que alguns fios a mais sejam necessários, isso irá depender do tipo de comunicação utilizada, como usar clock ou não. Essa transmissão apresenta menos erros e problemas com interferências eletromagnéticas. Dessa forma, é possível aumentar a velocidade da transmissão, ou seja, aumentar a taxa de transferência. Outro fator importante é que não há problema de atraso de propagação, pelo fato de os bits serem enviados sequencialmente, e não juntos. 67COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 RESUMINDO E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que, na comunicação de dados, podemos classificar a forma como acontece a comunicação de três maneiras: simplex, half- duplex e full-duplex. Na comunicação simplex, o fluxo de dados sempre acontece em apenas uma direção, ou seja, existe somente um emissor, como no caso da televisão. Na half-duplex, o fluxo de dados acontece em ambos os sentidos que estão disponíveis para transmissão, porém acontece um de cada vez. Um exemplo desse tipo de comunicação é o rádio amador. Na comunicação full-duplex, o fluxo de dados acontece em ambos os sentidos possíveis, de forma simultânea. O telefone é um exemplo desse tipo de comunicação. Você deve ter aprendido também que o modo de transmissão determina a quantidade de unidades elementares de bits, ou seja, de informações que poderão ser transmitidas de forma simultânea por meio de um canal de comunicação. Além disso, que os bits na transmissão em modo paralelo são enviados de forma simultânea por meio de diversas vias de dados. Por fim, aprendemos que na transmissão em série os bits são enviados de forma sequencial, sendo um bit de cada vez. 68 COMUNICAÇÃO DE DADOS U ni da de 1 RE FE RÊ N CI A S FOROUZAN, B. A. Comunicação de dados e redes de computa-dores. 4. ed. Porto Alegre: AMGH, 2010. GUIMARÃES, L. M.; BORDIM, J, L. Uso eficiente do canal em comunicações full-duplex através de uma reserva de canal inovadora. 2020. Disponível em: https://sol.sbc.org.br/index.php/ sbrc/article/view/12297/12162. Acesso em: 28 mar. 2023. MÉTODOS e tipos de transmissão, digital, analógico, paralelo, se- rial. [S. l.: s. n.], 2019. 1 vídeo (10 min). Publicado pelo canal Bora pa- ra Prática!!! Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=s- cXak6Wd2_Y&ab_channel=BoraparaPr%C3%A1tica%21%21%21. Acesso em: 28 mar. 2023. SIMPLEX, half-duplex e full-duplex explicado com exemplos práticos. [S. l.: s. n.], 2021. 1 vídeo (9 min). Publicado pelo canal Professora Nattane. Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=DrrEh4T1-JY&ab_channel=ProfessoraNattane. Disponível em: 28 mar. 2023. STALLINGS, W. Arquitetura e organização de computadores. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. TANENBAUM, A. S. Distributed Operating Systems. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1995. TOCCI, R. J; WIDMER, N. S; MOSS, G. L. Sistemas digitais: princípios e aplicações. 11. ed: São Paulo: Pearson, 2003. _GoBack Sinais e dados e a transmissão analógica versus digital Um breve histórico, sinais e dados, transmissão analógica versus transmissão digital Sinais e dados Transmissão analógica versus transmissão digital Transmissão digital Codificação em linha Elementos de sinal versus elemento de dados Taxa de dados versus taxa de sinal Largura de banda Transmissão analógica Transmissão analógica de dados digitais Conversão analógica-analógica Problemas frequentes na Trasmissão de dados Transmissão paralela versus transmissão serial Síncrono versus assíncrona versus isócrona Comunicação síncrona Comunicação assíncrona Comunicação isócrona Problema de transmissão Atenuação Distorção devido a atraso Ruído Térmico Ruído de intermodulação Ruído de crosstalk Ruído impulsivo Multiplexação de dados Conceito de multiplexação Tipos de multiplexação Multiplexação por divisão de frequência Processo de demultiplexação Multiplexação por divisão de comprimento de onda Multiplexação por divisão de tempo TDM síncrono TDM síncrono Canais de comunicação e modos de operação Canais de comunicação Simplex Half-duplex Full-duplex Modo de transmissão Modo paralelo Modo em série
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