Introdução à comunicação entre computadores e tecnologias de rede

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Introdução à comunicação
entre computadores e
tecnologias de rede
Conteúdo
Páginas
Capa 1
Tecnologias de rede 2
Redes de computadores 4
Métodos de transmissão de dados 7
Medidas de desempenho de um canal de comunicação 10
Métodos de multiplexação 12
Métodos de chaveamento 14
Como representar dados em sinais analógicos 15
Como representar dados em sinais digitais 17
O modelo OSI 19
Tipos de cabo 22
Características elétricas de um cabo 24
A comunicação sem fio 25
Comunicação via satélite 27
Sistema de cabeamento estruturado 29
A sub-camada de controle de acesso à meios (MAC) 30
A sub-camada de controle lógico de ligações (LLC) 33
Referências
Fontes e Editores da Página 37
Fontes, Licenças e Editores da Imagem 38
Licenças das páginas
Licença 39
Capa 1
Capa
Introdução à Comunicação entre Computadores e Tecnologias de Rede
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Este livro é uma introdução clara e acessível sobre o assunto de tecnologias de rede, focado principlamente na
comunicação entre computadores. Com a ajuda deste livro, você será capaz de entender mais sobre os sistemas de
comunicação e poderá compreender melhor como funciona uma rede de computadores e o sistema de telefonia, por
exemplo.
Você sabe o que é um protocolo de redes? Entende algo sobre topologia? O que é roteamento? Sabe como funciona
o sistema de telefonia? Neste wikilivro você encontrará as respostas para estas questões. Você irá conhecer sobre o
vocabulário específico usado quando falamos em tecnologias de rede e saberá o básico sobre o funcionamento de
diversos meios de comunicação. Além disso, você saberá as diferenças entre protocolos, medidas de eficiência de
redes e a forma pela qual diferentes tipos de dados podem ser passados por meio de uma rede. Este é o escopo deste
livro e eu espero que ele lhe seja útil.
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Tecnologias de rede 2
Tecnologias de rede
O que são Tecnologias de Rede
Uma rede é um conjunto de sistemas que possuem uma forma de comunicação entre si com o objetivo de
compartilhar informações.
Como exemplo, podemos citar a rede de telefonia. Cada telefone desta rede possui ligação com qualquer outro
telefone - desde que você saiba o seu número. Basta você discar o telefone de uma pessoa e com isso você
estabelecerá uma conexão entre o seu telefone e o telefone dela. Os dois aparelhos irão mandar dados uns para os
outros - no caso, a conversa entre você e a pessoa do outro lado da linha.
Outro exemplo é a televisão. Os programas de televisão também chegam à você por meio de uma rede. Mas esta
possui características bem diferentes das redes de telefonia. Nela você não pode enviar informações para as
emissoras de televisão. Somente elas transmitem informações, para você e para milhares de outras pessoas.
De fato, se formos parar para pensar um pouco, toda a forma de comunicação é uma rede. Quando falamos com
outras pessoas, vibramos as cordas vocais, sopramos ar dos pulmões e movemos os músculos da face controlando a
vibração do ar ao redor. Com isso formamos ondas que se propagam e se espalham chegando às outras pessoas.
Neste caso, como em qualquer outro exemplo de redes, temos um transmissor (a pessoa que fala), receptores
(pessoas nas redondezas ouvindo) e um meio de propagação (o ar). Entretanto, neste livro iremos nos focar apenas
em tecnologias de rede. Isso significa que nos focaremos apenas nas ferramentas e métodos de comunicação em rede
que envolvem produtos tecnológicos. Em especial, falaremos sobre formas de se comunicar à distância. Redes
"naturais" ficarão de fora da abordagem deste livro.
História das Tecnologias de Rede
Uma rede de computadores envolve a interconexão entre dois ou mais micros, o que permite a troca de dados entre
essas unidades e otimiza os recursos de hardware e software. Deve ter regras básicas que garantam o envio seguro de
informações. Para ser eficiente, ela precisa que os dados transitem de um computador para outro sem que sofram
danos. Também é necessário que a rede seja capaz de determinar corretamente para onde as informações estão indo.
Além disso, os computadores interligados tem que poder se identificar uns aos outros e deve existir um modo
padronizado de nomear e identificar as partes que a compõem.
Redes de computadores são muito mais comuns no dia-a-dia das pessoas do que normalmente se imagina. É um
grande engano pensar que a Internet é a única com a qual se convive. Toda vez que se usa um cartão de crédito, um
caixa eletrônico ou se faz uma chamada telefônica, os serviços de uma rede estão sendo usados.
A próxima grande revolução das tecnologias de rede ocorreram no ano de 1792. Naquela época, o engenheiro
francês Claude Chappe e seu irmão criaram um novo sistema de comunicação. Eles descobriram que à longa
distância era mais fácil identificar o ângulo de um bastão do que a presença ou ausência de uma tocha ou de uma
bandeira. Baseando-se neste princípio, eles construíram uma rede de 556 torres que trocavam informações ao longo
de uma área de 4.800 Km. A rede foi bastante usada na França para comunicações militares e nacionais durante um
período de cerca de 60 anos. As tropas de napoleão também se beneficiaram dos semáforos e isso deu à ela uma
vantagem tão grande que logo outros países do mundo começaram a criar os seus semáforos.
O tempo passou e várias tentativas foram feitas para melhorar a comunicação em rede. O grande desafio era
desenvolver técnicas mais rápidas e baratas de transmitir informações. Grandes progressos nesta área só começaram
a ocorrer quando vários inventores começaram a pesquisar formas de se utilizar a eletricidade ao invés de sinais
óticos para transmitir informações. Em 1833, Carl Friedrich Gauss, um dos mais importantes matemáticos do século
XIX, conseguiu permissão para fazer com que um fio metálico de 1 Km percorresse a sua cidade. Com isso, ele fez
os primeiros experimentos que levaram ao surgimento do telégrafo. O telégrafo de Gauss usava uma agulha que
Tecnologias de rede 3
vibrava de acordo com a corrente elétrica no fio. Cada amplitude de vibração (haviam 4 possíveis) correspondiam a
um sinal diferente. De forma independente, o diplomata russo conhecido como Barão Schilling também havia criado
um dispositivo similar um ano antes. A diferença é que seu telégrafo transmitia dois tipos diferentes de sinais ao
invés de um.
Em 1837, o americano Samuel Morse também inventou independentemente o telégrafo. Além disso, ele criou o
conhecido Código Morse para ser usado em seu invento. Em 1839, o telégrafo começou a ser comercializado e
passou a realizar comunicações entre diferentes cidades. Em 1843, uma grande rede que interconectava diversos
estados americanos por telégrafos foi construída. Em 1866, pela primeira vez uma rede de cabos submersos passou a
ser usada para permitir comunicações via telégrafo entre diferentes continentes.
Cópia do primeiro telefone construído por Graham Bell
Em 1876 surgiu outra revolução. Embora hajam muitas
controvérsias, Alexander Graham Bell é o inventor ao qual é
creditado a invenção do telefone neste ano. O telefone segue
um princípio bastante semelhante ao do telégrafo. A única
diferença é que ele não converte símbolos em código morse
em corrente elétrica, ele converte o som da fala em
eletricidade. O dispositivo de Bell fazia isso fazendo a
corrente elétrica variar em intensidade da mesma forma como
o ar varia em densidade quando o som passa através dele.
À partir de 1887, vários inventores diferentes ao redor do
mundo começam a explorar uma nova forma de transmitir
informações. Ao invés de usar fios e a eletricidade para trocar
dados, porque não usar ondas de rádio? Ondas de rádio
viajam a longas distâncias e fazemisso de forma
completamente independente de um meio. Não é preciso
nenhum fio entre o transmissor e o receptor. Precisa-se
apenas de transmissores capazes de gerar ondas de rádio e antenas para captar estas ondas. No começo do século
XX, o rádio começou a ser usado para várias diferentes formas de comunicação.
Também no começo do século XX surgiu a televisão. por meio dela, não apenas sons, mas imagens em movimento
também podiam ser transmitidas.
A próxima grande etapa no desenvolvimento de redes de comunicação surge na década de 60, quando diversas
formas de se conectar os primitivos computadores da época eram desenvolvidas de modo independente por vários
pesquisadores. na mesma década, grandes redes de computadores que abrangiam máquinas presentes eem diversos
pontos de uma mesma cidade começaram a ser montadas.
Mapa físico da ARPANET
Em 1969 foi criada a ARPANET, uma robusta rede de
computadores que ligava vários centros de pesquisa
que se diferenciava por conseguir fazer com que uma
máquina pudesse se comunicar com várias ao mesmo
tempo.
Na década de 80 já haviam várias outras redes
semelhantes espalhadas pelo mundo. Como estas redes
eram bastante robustas e permitiam que um enorme
número de máquinas pudesse ser ligado entre elas, era
possível unificar todas elas em uma única grande rede.
Foi assim que começou a surgir a Internet, a maior de
todas as redes de computadores existente.
Tecnologias de rede 4
Atualmente, existem milhões de máquina conectadas à Internet e ela tornou-se tão poderosa que é capaz de
transmitir entre computadores todo o tipo de dados como imagens, sons, vídeos, textos escritos e até mesmo
programas de computador.
Redes de computadores
Alguns Conceitos de redes de Computadores
Redes de Computadores formam uma tecnologia de rede única. Nenhuma outra tecnologia de rede é tão versátil e
poderosa como ela. Devido à isso, quando falamos sobre elas, podemos utilizar os seguintes termos listados neste
pequeno glossário:
• Cliente: Clientes são computadores que se conectam à um computador central para requisitar que este realize
alguma tarefa na qual é especializado.
• Confiabilidade: Em todo o tipo de comunicação à distância, existe a possibilidade de ocorrer um erro na hora de
se interpretar os dados. No caso das redes de computadores, isso é algo que pode ocorrer devido à vários motivos
como interferência ou o enfraquecimento do sinal com a distância. Para se criar uma rede de computadores
confiável, é preciso fazer com que os computadores sejam capazes de detectar erros na transmissão. Uma vez que
isso ocorra, pode-se tentar corrigí-los ou então pedir para que os dados sejam retransmitidos.
• Endereço: para que possamos nos comunicar com outro elemento de uma rede, precisamos identificá-lo de
alguma forma. Na rede telefônica, por exemplo, para falarmos com outra pessoa, precisamos discar o seu número
de telefone - que é único para cada elemento da rede. O mesmo ocorre com a rede de computadores. Cada
elemento possui um número único que é reconhecido como seu "Endereço". Quase todos os elementos de uma
rede de computadores possuem um endereço. Chamamos o ato de distribuir Endereços para os elementos da rede
de Endereçamento.
• Meio: É o ambiente físico usado para conectar membros de uma rede. Por exemplo, no caso dos telefones, o meio
é o fio que forma toda a rede telefônica. Computadores podem usar os mais diversos meios, como cabos e ondas
de rádio.
• Nós: Não são apenas computadores que podem ser ligados à uma rede de computadores. de fato, as primeiras
redes de computadores foram criadas para controlar o caminho percorrido por ligações telefônicas. Existe uma
gama muito grande de dispositivos que podem fazer parte deste tipo de rede como terminais, impressoras,
repetidoras, pontes, chaves e roteadores. Por causa disso, costumamos chamar cada elemento conectado à uma
Rede de Computadores de "Nó".
• Protocolo de Rede: Computadores só podem lidar com números binários. Eles só entende 0s e 1s. Por conta
disso, é preciso criar algum tipo de alfabeto ou padrão para que possamos nos comunicar com apenas dois tipos
de sinais. O nome das regras que os computadores seguem para se comunicar entre si chama-se "Protocolo".
• Roteamento: Rotear significa traçar uma rota. O roteamento é justamente a tarefa de traçar rotas entre os vários
elementos de uma rede. Afinal, em uma rede com várias máquinas, é preciso estabelecer qual caminho os dados
precisam seguir para que eles não terminem indo parar na máquina errada.
• Segurança: É comum que informações sigilosas sejam trocadas em uma rede. Por causa disso, existem muitas
pessoas que podem tentar interceptar os dados. Para isso, pode-se utilizar várias estratégias para aumentar a
segurança de uma rede como criptografar os dados, por exemplo.
• Servidor: Um Servidor é uma máquina que costuma ser freqüentemente acessada por outras para que ela realize
algum tipo de tarefa.
Redes de computadores 5
Classificação de Redes
Classificação Quanto ao Tamanho da Rede
PAN
Esta é uma sigla para Personal Area Network(Rede de Área Pessoal). Chamam-se assim pequenas redes domésticas
de computadores. O alcance destas redes normalmente é o de alguns poucos metros.
Além de redes domésticas, em 1995, um grupo de pesquisadores encontrou uma nova forma de criar PANs. Eles
desenvolveram uma tecnologia que permitia que vários dispositivos pequenos como relógios, pagers ou cartões
trocassem informação entre si transmitindo informação por meio da condutividade da salinidade da pele de seu
usuário. No ano seguinte, a IBM lançou o primeiro dispositivo deste tipo para fins comerciais. Era um pager que
possuía eletrodos ligados à pele de seu dono. Se o usuário do equipamento tocasse na pele de outro usuário, as duas
unidades conseguiam trocar informações entre si. Talvez em um futuro, este tipo de tecnologia seja mais comum e
possa ser aproveitada na área médica para conseguir informações sobre um paciente. Esta tecnologia também possui
potencial de permitir que os mais diversos equipamentos como celulares, cartões de crédito, tocadores de música e
laptops troquem informações por meio da pele de seus donos e assim possam ter um funcionamento mais inteligente.
LAN
Esta é uma sigla para Local Area Network (Rede de Áreal Local). Qualquer rede cujo raio de alcance seja menor do
que 10 Km se encaixa nesta categoria.
As LANS existem desde a década de 60, quando eram usadas pelo Laboratório de Livermore para ajudar na pesquisa
de armas atômicas. Nas próximas décadas, o seu uso se espalhou em outros setores da sociedade. A principal
utilidade das LANs era compartilhar o uso de espaço em disco e impressoras - que eram muito caros na época.
A popularização das LANs foi algo que ocorreu lentamente, principalmente devido aos vários protocolos existentes
que eram incompatíveis entre si. Cada fornecedor de placas de redes possuía o seu próprio protocolo que se
comunicava somente com outros dispositivos do mesmo fabricante. Entretanto, este entrave passou a diminuir muito
com o tempo, pois cada vez mais o mercado dava preferência à equipamentos capazes de se comunicar com
equipamentos de diferentes fornecedores. Atualmente já existem protocolos oficiais que cada fabricante precisa
seguir se quiser que seus equipamentos sejam compatíveis com os demais.
MAN
Uma sigla para Metropolitan Area Network (Rede de Área Metropolitana). Este nome é usado para redes maiores do
que LANs e que normalmente ocupam a área de uma cidade inteira. Embora existam MANs que pertencem à uma
única organização, o mais normal é que elas sejam formadas por redes interconectadas de vários indivíduos e
organizações diferentes. Elas também podem ser usadas pela administração do município como serviços de utilidade
pública.
Este tipo der rede pode ser útil para uma empresa que possui várias filiais espalhadas em uma única cidade.
Empresas de TV à cabo tambémcostumam montar MANs em uma cidade para poderem fornecer serviços como o
acesso à internet à cabo para seus clientes.
Redes de computadores 6
WAN
Uma sigla para Wide Area Network (Rede de Área Ampla). Qualquer rede cuja área é maior do que uma cidade se
encaixa nesta categoria. Existem WANs que possuem uma área de alcance que cruzam até mesmo diferentes estados
e países.
A primeira rede deste tipo surgiu em 1965 quando um computador em Massachussets e outro na Califórnia foram
ligados entre si. Atualmente, a maior WAN existente é a Internet.
WANs são muito utilizadas por empresas de telefone que costumam fornecer serviços de acesso à Internet ao longo
de todo o Brasil.
Classificação Quanto à Topologia
A topologia de uma rede mostra como as máquinas estão ligadas entre si. De acordo com a topologia, redes podem
ser classificadas em:
Redes Ponto-a-Ponto
Em redes deste tipo, cada nó só pode se comunicar com nós adjacentes. É como em uma brincadeira de telefone sem
fio no qual para que uma mensagem chegue até alguém, ela precisa passar por vários intermediários, já que só é
possível falar com as pessoas que estejam ao seu lado.
• Estrela: Neste tipo de rede, existe um nó central (normalmente um hub ou switch) à partir do qual todas as
máquinas estão conectadas. Para enviar uma mensagem à alguém, é preciso primeiro enviar para o nó central e só
então o nó central passa a mensagem para o destinatário.
• Laço: Neste tipo de rede, não existe um nó central. Ao invés disso, as máquinas então todas conectadas entre si e
existem nós que estão conectados a mais de um outro nodo. Por não possuírem um nó central, não existe um
único ponto cujo funcionamento mantém a rede inteira. Por isso, eles tendem a ser mais seguros. Entretanto, o
roteamento neste tipo de rede tende a ser mais complexo. Existem também redes em laço que são totalmente
conectadas. Nelas, cada nó está conectado à todos os demais. Por causa de sua complexidade e custo proibitivo,
este tipo de laço só é usado em redes pequenas com poucos nós.
• Árvore: Neste tipo de topologia, existe um nó que é considerado a raíz. Ela possui ligada à ela outros nós que são
considerados seus filhos e ele é o pai destes nós. Cada nó que é filho da raíz pode ter outros filhos e estes também
podem ter seus filhos. Entretanto, cada nó, com excessão da raíz, deve possuir um único pai. Normalmente, estas
redes possuem como nós diversos hubs ou switchs. Nelas, os nós que não possuem filhos normalmente são os
computadores e terminais de trabalho.
Redes de computadores 7
Redes de Difusão
Neste tipo de rede, os nós compartilham um canal único de comunicação. Nele, os dados enviados por uma máquina
são recebidos por todos os nós que compartilham um mesmo canal. É como em uma conversa normal. Quando você
fala, várias pessoas ao redor ouvem o que você disse, mas somente a pessoa com quem você está falando responde.
• Barramento: Neste tipo de rede, todos os nós compartilham um mesmo canal. Se algum dos nós enviar uma
mensagem pela rede, todos os demais irão ouvir. Deve-se tomar cuidado para que mais de um nó não tente falar
ao mesmo tempo, pois se isso ocorrer, ninguém conseguirá entender a mensagem transmitida.
• Satélite: Neste tipo de rede, existe um satélite capaz de transmitir dados para todos os nós em Terra que estejam
na área de alcance e estejam equipados com antenas para captar o seu sinal. Se o satélite envia um sinal, todos os
outros nós ouvem. Mas se um nó mandar uma mensagem para o satélite, somente o satélite será capaz de ouvir a
mensagem.
Estas são apenas os tipos de topologia mais comum. Mas além destes, existem outros que são muito menos usados
além de redes de topologia híbridas que são uma mistura de vários tipos diferentes.
Métodos de transmissão de dados
Iremos ver agora os diversos métodos existentes para se enviarmos informações por meio de uma rede:
Comunicações Paralelas e em Serie
Chamamos de comunicação serial o método de transmissão de dados nos quais cada símbolo que compõe a
mensagem é mandado um de cada vez. Por contraste, comunicação paralela é toda aquela na qual um grupo de
símbolos é enviado simultaneamente.
A comunicação paralela é muito mais rápida, mas ela possui um problema grave. É preciso sempre garantir que cada
bit enviado chegue sempre de forma simultânea aos demais. Se ocorrer atrasos em somente um dos bits, ocorre erro
de transmissão e a mensagem precisa ser corrigida ou enviada novamente. Isso acaba diminuindo a velocidade de
transmissão. Quanto maior a distância percorrida pelos bits, mais difícil é garantir a sincronia. Atualmente, a
comunicação paralela é utilizada principalmente em circuitos internos do computador e em HDs convencionais
embora ela já tenha sido usada em impressoras e periféricos antigos.
A comunicação serial é muito mais confiável e seus problemas com velocidade vem sendo superados com novas
tecnologias. Atualmente ele é usado em HDs SATA, redes, fibras óticas, mouses e teclados USB e USB 2.0.
Comunicação Serial Comunicação Paralela
1-> 0 -> 1 -> 1 -> 1 -> 0 -> 1 -> 0 1 ->
 0 ->
 1 ->
Métodos de transmissão de dados 8
 1 ->
 1 ->
 0 ->
 1 ->
 0 ->
Comunicações Síncrona, Assíncrona e Isócrona
Quando enviamos um dado por meio de uma comunicação serial, é preciso haver uma forma de identificarmos onde
começa e onde termina cada trecho da mensagem. Por exemplo, se eu enviar a mensagem o caractere H, seguido de
um caractere A para um outro computador na rede, como aquela outra máquina saberá onde começa o "H" e onde
começa e termina o "A" se tudo o que ele recebeu foi uma quantidade enorme de 1s e 0s?
Uma das formas é enviar os dados de forma síncrona. Com isso, eu só posso enviar dados em períodos de tempo
pré-determinados. Desta forma, eu envio um "H", aguardo um período de tempo pré-determinado e só então envio o
"A". Caso eu não queira enviar nada, de tempos em tempos eu devo enviar uma seqüência de bits que representa que
eu não estou falando nada. É assim que funcionam as mensagens enviadas por celulares, por exemplo.Nós só não
percebemos isso quando falamos por meio deles porque o intervalo de envio de dados de um celular é muito curto.
Outra solução para o problema seria antes de enviar qualquer coisa, enviar uma seqüência de bits que marcasse o
início de uma transmissão e, após terminar, enviar bits que representem o fim da transmissão. O nome que damos à
isso é "encapsulamento de dados". A vantagem é que assim eu posso enviar dados à qualquer momento. Além disso,
a comunicação assíncrona é mais barata, por não exigir que hajam relógios no hardware monitorando a chegada de
dados. Mouses, teclados, HDs e praticamente 99% dos dispositivos existentes hoje em dia utilizam este método de
transmissão.
Outro método de transmissão é a isócrona. Nela, envia-se mensagens ininterruptamente e o intervalo entre uma
mensagem e outra já é conhecido e não muda nunca. Isso é normalmente usado para transmitir sinais de televisão
digitais e também para aparelhos projetados para mostrar vídeos. Ela ainda é pouco usada, mas seu uso tende a ser
maior à medida que surgem mais tecnologias que convergem vídeo, voz e dados em um mesmo meio de
comunicação.
Comunicações Simplex, Semi-Duplex e Duplex
A comunicação simplex ocorre quando em um meio os dados fluem sempre na mesma direção. Um dispositivo
sempre é transmissor e o outro sempre é receptor. Um exemplo é a transmissão televisiva. As emissoras de televisão
usam transmissores e enviam a suaprogramação para todos os telespectadores. Mas eles não precisam esperar
resposta alguma, pois os televisores não tem como enviar informação para eles.
Na comunicação Semi-Duplex, os dados podem fluir em ambas as direções. Temos máquinas que podem ser
transmissoras e receptoras. Entretanto, elas não podem fazer isso ao mesmo tempo. Quando uma delas envia dados, a
outra não pode transmitir - apenas ouvir. Se ela começar a transmitir, a outra também só poderá ouvir. Como
exemplo, pode-se citar os Discos Rígidos de computadores, que não podem ler e escrever dados ao mesmo tempo,
celulares (Não parece que ele é semi-duplex, mas ele é. Acontece que a alternância de modo de transmissão e
recepção ocorre com uma freqüência alta demais para ser percebida), radioamador e coisas que possuem antenas em
geral.
Métodos de transmissão de dados 9
Na comunicação Duplex, cada máquina pode enviar dados e receber simultaneamente. É o caso do telefone fixo que
consegue isso combinando duas linhas simplex - uma em cada direção.
Comunicação Analógica e Digital
Ondas de rádio. Exemplo de sinal analógico.
A comunicação analógica ocorre quando usamos para nos
comunicar algum tipo de sinal físico que pode variar de forma
contínua em quantidade ou força. A voltagem de uma corrente
elétrica - por exemplo. Normalmente dispositivos analógicos
fazem com que a intensidade ou voltagem de uma corrente elétrica
oscile. Com isso, podemos usar a amplitude, freqüência ou a fase
da variação para transmitirmos dados. Também podemos usar
todas estas coisas juntas. A comunicação analógica é utilizada em
telefones fixos, celulares, modems, aparelhos de fax, TVs à cabo,
rádio e outros.
Sinal Digital: 1) Nível Alto, 2)Nível Baixo, 3 e 4)
Sinal indeterminado
A comunicação digital refere-se à dispositivos que usam para
transmitir dados um sinal físico que pode assumir um número finito de
estados. A maioria destas transmissões é binária (logo, só pode
transmitir 0s e 1s) e utiliza voltagens entre -5 e -15 V para transmitir
um 0 e voltagens entre 5 e 15 V para transmitir 1. Com exemplo de
comunicação digital podemos citar qualquer comunicação envolvendo
dois computadores.
Medidas de desempenho de um canal de comunicação 10
Medidas de desempenho de um canal de
comunicação
Largura de Banda
Esta medida representa a quantidade de sinais que podem ser transportados por um canal. Nas comunicações
analógicas, o seu valor é a diferença entre a freqüência mais alta e baixa que pode ser transportada por um canal.
Quanto maior a faixa de freqüências, mais intervalos de freqüência podem ser alocados para representar dados.
Largura de Banda (Hz) = Freqüência_Mais_Alta (Hz) - Freqüência_mais_Baixa (Hz)
Como exemplo de cálculo de largura de banda em comunicação analógica, podemos citar linhas típicas para
transmitir a voz usadas por celulares 1G e telefones convencionais. Este tipo de linha é capaz de transmitir
freqüências entre 300 Hz 3 3.300 Hz (o mínimo necessário para transmitir a voz humana). Logo, sua largura de
banda é de 3.000 Hz, ou 3 KHz, ou ainda 0,003 MHz.
Abaixo você confere uma tabela com alguns valores de Largura de Banda:
Comunicação Largura de Banda (MHz)
Celulares 1G 0,03
Celulares 2G 0,03 a 0,2
Celulares 3G 1,25 a 5
Celulares 4G 20
Conexões Wi-Fi 20
Já em comunicações digitais, a largura de banda é a quantidade de bits que podem ser transmitidas em um único
segundo. Abaixo você confere a largura de banda de algumas comunicações digitais:
Comunicação Largura de Banda (Kb/s)
Modem 56K 7
USB 1.0 192
USB 2.0 61.440
Taxa Baud
A taxa Baud representa a velocidade do sinal. Se um canal se comunica à uma taxa de 300 baud, isso significa que a
taxa de sinais do canal está mudando 300 vezes em cada segundo. Entretanto, deve-se notar que a taxa baud, embora
também sirva para representar a velocidade de transmissão, ela não é a mesma coisa que a quantidade de bits
transmitida em um segundo. Dependendo do método de comunicação usado, cada sinal pode transmitir tanto menos
como mais informação que um único bit.
Medidas de desempenho de um canal de comunicação 11
Capacidade de Fluxo
A Largura de Banda vista acima representa a capacidade máxima de um meio transmitir dados. Entretanto, na
prática, ele jamais irá transmitir usando a sua velocidade máxima. Existem muitos fatores que diminuem sua
velocidade como a quantidade de tráfego, interferência, etc. A medida mais exata da quantidade de dados que um
meio transmite em um intervalo de tempo chama-se Capacidade de Fluxo.
Uma das coisas que pode limitar bastante uma rede é o ruído elétrico. Este, pode ter causas naturais (calor, radiação
cósmica de fundo) ou a presença de outros equipamentos (transformadores de lâmpadas fluorescentes, dispositivos
elétricos, de iluminação ou motores). ruídos podem aumentar ou diminuir a voltagem de uma mensagem e isso pode
torná-la ilegível.
Uma forma de estimar a quantidade máxima de dados de um canal analógico é o Limite de Shannon, dado pela
seguinte fórmula:
Na fórmula, TDM é a taxa de dados máxima dada em bytes por segundo; B é a largura de banda dada em Hz, S é a
força do sinal dada em decibéis e R é a força do ruído também dada em decibéis.
Exemplo: Sabendo que uma linha telefônica comum possui uma largura de banda de 3.000 Hz e que a razão entre o
sinal e o ruído é de aproximadamente 1000, qual é a taxa de dados máxima que podemos conseguir transmitindo
dados pela linha telefônica?
Resposta:
Isso é aproximadamente 30.000 bps. Isso significa que utilizando modems para estabelecer conexões discadas, o
valor máximo possível de ser alcançado é aproximadamente este. De fato, a velocidade máxima que modems
analógicos convencionais já conseguiram alcançar é 33.600 bps devido ao limite de Shannon. Entretanto, para
superar esta velocidade, os projetistas começaram a criar conexões híbridas analógicas e digitais. Foi isso que
permitiu o surgimento de modems de até 56.000 bps.
Métodos de multiplexação 12
Métodos de multiplexação
Multiplexação é uma técnica utilizada para permitir que mais de uma mensagem ocupe o mesmo meio de transporte.
Ela é usada tanto em redes de computadores, em linhas telefônicas e no envio de telegramas. Se não fosse por esta
técnica, as redes seriam coisas muito mais caras e possivelmente tecnologias como os aparelhos de telefones e
celulares nunca teriam se popularizado.
O desenvolvimento de técnicas de multiplexação foi um dos principais fatores que levaram ao barateamento dos
celulares nos últimos anos.
A grande vantagem da multiplexação é permitir que muitos nós se comuniquem simultaneamente pelo mesmo meio.
A desvantagem é que é preciso posteriormente filtrar os sinais enviados para conseguir identificar a mensagem de
cada usuário. O aparelho ou programa que realiza a multiplexação chama-se multiplexador. O aparelho ou programa
que faz a filtragem das informações enviadas chama-se demultiplexador.
Multiplexação por Divisão de Freqüência (FDM - Frequency Division
Multiplexing)
Este tipo de Multiplexação funciona alocando para cada tipo de dado uma faixa de freqüência do meio de
transmissão.
Este tipo de multiplexação é usado por emissoras de televisão que usam freqüências diferentes para enviar o vídeo,
as cores e o áudio no mesmo canal; internet ADSL que utilizam uma faixa de freqüências não utilizadas pela voz nas
linhas telefônicas para transmitir dados, companhias de TV à cabo que podem aproveitar o mesmo cabo que envia as
imagens para a televisão para transmitir também serviço de internet e telefone e por estações de rádio que separam os
seus canais de rádio uns dos outros fazendo com que cada um utilize uma faixa de freqüência diferente.
Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM - Time Division Multiplexing)
Animação de um multiplexador por divisão de tempo em ação.
Neste tipo de multiplexação, cada tipo de
dado possui um determinado período detempo para transmitir os seus dados. Por
exemplo, se os nós A, B e C usam um cabo
para transmitir dados, podemos fazer com
que a cada segundo o cabo transporte dados
de um nó diferente. Enquanto um transmite
dados, os outros devem aguardar a sua vez
de transmitir.
O grande problema deste tipo de multiplexação é que caso um dos nós não queira transmitir nada pela rede, o tempo
do cabo destinado à ele acaba sendo desperdiçado. Este tipo de multiplexação é recomendado quando o acesso à rede
pelos nós é freqüente.
Como exemplo de uso deste tipo de multiplexação, pode-se citar os celulares GSM que além de usarem a
Multiplexação por Divisão de Tempo, usam também a Multiplexação por Divisão de Freqüência.
Métodos de multiplexação 13
Multiplexação Estatística
É uma versão mais complexa da Multiplexação por Divisão de Tempo. Nela, cada nó que envia dados pelo cabo
também possui um tempo reservado para enviar dados. Entretanto, caso o nó não queira enviar nada naquele
momento, o tempo reservado para ele não é desperdiçado, pois o seu tempo é cedido então para o próximo nó da fila.
A vantagem desta multiplexação é que ela permite que um número muito maior de nós ocupem o mesmo cabo desde
que cada um deles não fique o tempo todo usando a rede. A desvantagem é que informações adicionais precisam ser
enviadas para a rede para que seja possível descobrir se o nó está transmitindo ou não. Ao contrário do TDM, eu não
sei o momento no qual cada nó estará utilizando a rede. Por esta razão, as vantagens da Multiplexação Estatística
desaparecem quando todos os nós usam a rede muito freqüentemente.
Esta multiplexação é comum em redes de computadores.
Multiplexação por Divisão de Amplitude
Nele, cada tipo de dados é enviado em uma amplitude de onda diferente. É o método utilizado para enviar dados em
fibras óticas.
Multiplexação por Acesso a Demanda (DAM - Demand Access Multiplexing)
Neste tipo de multiplexação, é preciso que haja algum tipo de equipamento ou programa que controle a rede atuando
como um "coordenador de tráfego". Toda vez que dois nós desejam se comunicar, o controlador associa à cada um
deles uma freqüência diferente. Quando a comunicação se encerra, as freqüências usadas são desalocadas e podem
ser usadas por nós diferentes que quiserem se comunicar.
Esta multiplexação é muito importante para as comunicações via celulares.
Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA - Code Division Multiple
Access)
Nesta multiplexação, cada um dos nós pode se comunicar exatamente ao mesmo tempo e utilizando as mesmas
freqüências. Isso só é possível porque cada nó se comunica utilizando uma codificação diferente. Cada nó precisa se
comunicar de modo que quando eles enviam mensagens ao mesmo tempo pela linha, a mensagem resultante da
mistura de todas as outras sempre será diferente para cada combinação possível de mensagens enviadas
simultaneamente.
Fazendo uma analogia, quando temos duas pessoas em uma sala e queremos ouvir o que elas tem a dizer, podemos
pedir para que uma fale com voz grave e a outra com voz aguda (FDM), ou para que elas não falem ao mesmo tempo
(TDM) ou que cada uma delas se comunique em um idioma diferente (CDMA).
Esta tecnologia é usada pelos celulares de terceira geração. Atualmente é possível fazer com que até 32 nós
diferentes se comuniquem usando o mesmo cabo por meio desta tecnologia.
Métodos de multiplexação 14
Multiplexação por Divisão Ortogonal de freqüência (OFDM - Orthogonal
Frequency Division Multiplexing)
Ela ocorre de forma semelhante à Multiplexação por Divisão de Freqüência. Entretanto, ela usa propriedades de
ondas de forma a dividir cada canal de freqüência em dezenas ou milhares de sub-canais diferentes. Com isso, o sinal
fica ainda mais resistente à interferências, atenuação devido à distância e além disso, ele fica muito mais fácil de ser
posteriormente filtrado.
Esta multiplexação foi desenvolvida pelos Estados unidos nos anos 60 durante a Guerra do Vietnam. A tecnologia é
usada por emissoras de televisão e rádio digitais na Europa além de diversos outros aparelhos.
Métodos de chaveamento
O chaveamento (também chamado de comutação) é o processo de vincular um emissor à um receptor. O
chaveamento ocorre por meio de chaves que utilizam critérios pré-determinados para definir o caminho percorrido
pela mensagem na rede. Assim como a multiplexação, o chaveamento também é uma estratégia para fazer com que
vários usuários compartilhes os recursos da rede. Entretanto, o chaveamento não faz com que duas ou mais
mensagens sejam misturadas.
Chaveamento por Circuito
Exemplo de rede chaveada por circuito. Primeiramente dois pares de telefones
estão se comunicando. Em um outro momento, temos apenas um par se
comunicando e utilizando um caminho diferente.
Em uma rede chaveada por circuito, um
percurso entre a origem dos dados e o
destino é estabelecido. Uma vez que isso
ocorra, aquele percurso passa a ser utilizado
somente para transmitir dados entre a
origem e o destino. Ninguém mais poderá
utilizar aquele caminho.
Um exemplo de rede chaveada desta maneira é o sistema de telefonia fixa. Quando um telefone estabelece
comunicação com o outro, um circuito físico é estabelecido entre eles e é mantido enquanto durar a ligação. Somente
quando a ligação terminar, o circuito é desfeito e o caminho pode ser utilizado por outras ligações.
A vantagem do chaveamento por circuito é que a largura de banda sempre se mantém enquanto durar a transmissão e
a sua capacidade nunca diminui. A sua grande desvantagem é que este é um tipo de chaveamento mais caro e no qual
os canais não utilizados na comunicação são desperdiçados.
Chaveamento por Pacotes
Exemplo de rede chaveada por pacotes.
Nas redes chaveadas por pacotes, cada mensagem enviada é
subdividida em mensagens menores chamadas pacotes. Um pacote é a
menor unidade de dados que pode ser transmitida na rede. Cada pacote
faz um caminho diferente até chegar até o seu destino. Desta forma, em
um único circuito físico pode ocorrer a comunicação entre múltiplos
nós.
Uma conseqüência do chaveamento por pacotes é que como cada
pacote toma um caminho diferente, eles acabam chegando sempre fora
Métodos de chaveamento 15
de ordem e é necessário que o nó de destino organize os pacotes assim que eles chegarem antes de poder ler a
mensagem. Além disso, a velocidade pela qual os dados são transferidos varia de acordo com o tráfego, podemos
fazer com que um nó mande mensagens para mais de um destinatário simultaneamente e as redes deste tipo são mais
baratas do que as chaveadas por circuito.
Um exemplo de uma rede chaveada por pacotes é a Internet.
Como representar dados em sinais analógicos
Como vimos, são exemplos de transmissão de dados em sinais analógicos os sinais telefônicos, de rádio, de
aparelhos de fax e de televisores.
Se desejamos enviar através destes meios analógicos sinais digitais, precisamos utilizar um aparelho chamado
modem (modulador-demodulador). O que um modem faz é justamente transformar sinais digitais em analógicos.
Por outro lado, caso desejemos transformar uma onda analógica em digital, precisaremos colher amostras regulares
do estado de onda. Estas amostras precisam ser coletadas com uma freqüência no mínimo igual ao dobro da
freqüência mais alta da onda para que possamos representar a onda de forma fiel.
Para enviarmos dados por meio de ondas analógicas, precisamos fazer alterações em uma destas coisas na onda
(propriedades): amplitude (é a sua intensidade), freqüência (número de oscilações por segundo) e fase (atraso
temporário do fluxo natural de uma onda). Veremos agora como a alteração destas propriedades interfere em uma
onda:
Chave de Desvio de Amplitude (ASK - Amplitude-Shift Keying)
Neste tipo de comunicação, o que é utilizado para codificar as mensagens é a amplitude da onda analógica. Ou seja,
para se representar o 0 é utilizada uma amplitude e para se representar o1, utiliza-se uma segunda amplitude. Por
exemplo, para representar um 0, podemos utilizar a onda dada pela função sen(x) e para representar um 1, utilizamos
uma onda dada pela função 5*sen(x). Perceba que as duas ondas não possuem freqüências diferentes, elas variam
apenas na amplitude.
Como representar dados em sinais analógicos 16
Chave de Desvio de Freqüência (FSK - Frequency-Shift Keying)
Neste tipo de codificação, utilizamos a frequência da onda para transmitirmos nossas
mensagens.A amplitude se mantém frequente. Uma dada frequência pode ser utilizada
para transmitir um 0 e outra pode ser usada para transmitir um 1.
Ao lado, vemos um exemplo de FSK. A primeira onda é digital e está transmitindo a
mensagem 1010. A segunda é uma onda analógica que não sofreu alterações e a terceira
é uma onda analógica alterada para transmitir a mensagem 1010 por meio da chave FSK.
Chave de Desvio de Fase (PSK - Phase-Shift Keying)
Nesta codificação, utilizamos a fase da oscilação da onda para transmitir dados. Ou seja, para transmitir dados, nós
fazemos eventualmente alterações bruscas no ângulo do movimento da onda. Como podemos mudar o ângulo do
movimento da onda de várias formas diferentes, este tipo de transmissão de dados nos permite enviar mais do que
apenas um único bit para cada mudança do sinal, dependendo da nossa precisão ao mudar o ângulo da onda. Se for
possível mudar o ângulo de quatro formas diferentes (0, 90, 180 e 270 graus), então podemos transmitir dois bits de
cada vez totalizando quatro tipos de dados diferentes para cada fase (00, 01, 10 e 11). Se por outro lado,
conseguirmos uma precisão ainda maior e pudermos mudar o ângulo de 8 formas diferentes (0, 45, 90, 135, 180,
225, 270 e 315 graus), poderemos transmitir 3 bits para cada mudança de sinal.
Abaixo você pode ver a imagem de uma onda analógica transmitindo o sinal 101011. Perceba que a cada sinal
transmitido, caso a onda esteja começando seu movimento de baixo, isso representa um 1 e caso esteja começando
de cima, isso representa um 0.
Modulação de Amplitude de Quadratura
Este tipo de modulação é uma mistura da Chave de Desvio de Fase e da Chave de Desvio de Amplitude. Nela,
podemos produzir ao todo 8 tipos diferentes de fase mais dois tipos diferente de amplitude para podermos transmitir
ao todo 16 mudanças de sinal diferentes.
Como representar dados em sinais digitais 17
Como representar dados em sinais digitais
Veremos agora quais são as principais formas utilizadas para se representar dados por meio de sinais digitais.
Não Retorno a o Zero (NRZ - Non-Return to Zero)
Esta é o tipo de codificação mais simples. Por meio dela, nós apenas representamos um 1 por meio de um sinal alto e
um 0 por meio de um sinal baixo:
A desvantagem deste tipo de codificação é que nós podemos ter que enviar sinais repetitivos como
"1111111111111..." ou "000000000...". Caso nós não mudemos o sinal enviado digitalmente para "alto" e "baixo"
por muito tempo, corremos o risco de perdermos a sincronia. Se isso ocorrer, as mensagens deixarão de ser
compreendidas pelo nó de destino.
Não Retorno a o Zero Invertido (NRZI - Non-Return to Zero Inverted)
Nesta codificação, para transmitir um "0", nós mantemos o sinal como está e para transmitir um "1", nós invertemos
o sinal. É comum que na prática a cada 4 bits transmitidos por meio do NRZI, seja enviado um bit lógico "1" para
que não ocorra uma perda de sincronia caso estejamos transmitindo muitos zeros.
Abaixo, vemos um exemplo de transmissão NRZI:
Codificação de Manchester
Segundo Tanenbaum, em seu livro Redes de Computadores Quarta Edição, neste tipo de codificação, representamos
um "1" por um sinal baixo que sobe e "0" por um sinal alto que desce. Esta codificação é usada em redes
Ethernet/802.3. A sua principal vantagem é a facilidade de se recuperar erros. Mesmo que parte da transmissão se
perca, ainda assim é fácil detectar qual foi o sinal enviado.
Abaixo, você vê um exemplo de dados sendo enviado pela Codificação de Manchester:
Como representar dados em sinais digitais 18
Codificação de Manchester Diferencial
Ao contrário da Codificação de Manchester que nos permite saber qual é o sinal enviado simplesmente
acompanhando uma transição, a Codificação de Manchester Diferencial é um pouco mais complexa. Para
descobrirmos no Manchester Diferencial qual é o sinal transmitido, precisamos saber também qual era o estado
anterior do sinal.
Um "1" é representado fazendo a primeira metade do sinal igual à última metade do sinal anterior e um "0" é
representado fazendo a primeira metade do sinal ser diferente da segunda metade do sinal anterior. Ou, em outras
palavras, se no começo do sinal houve mudança de sinal, é 0 e se não houve, é 1.
Perceba que mesmo que o sinal seja invertido, por meio desta codificação, os nós poderão se comunicar sem
problemas. Afinal, o que importa é a transição, não a polaridade.
Abaixo vemos um exemplo de transmissão via Manchester Diferencial:
Inversão de Sinal Alternada (AMI - Alternated Mark Inversion)
Por meio desta codificação, representamos um 0 como um sinal de 0 volts e um 1 ora com uma voltagem positiva e
ora com voltagem negativa.
Abaixo vemos uma transmissão AMI:
O modelo OSI 19
O modelo OSI
Introdução à Arquitetura de Redes e ao Modelo OSI
Uma comparação das camadas OSI com o serviço de correios.
Redes de Processadores são estruturas bastante
complexas que para funcionarem, precisam que os
seus diversos componentes funcionem de forma
sincronizada e colaborativa. Entretanto, se cada
fabricante de hardware e software para redes fizer
com que seus produtos tratem a rede de forma
diferente, torna-se impossível fazer com que os
diversos produtos interajam entre si.
Para que redes de processadores tornarem-se
possíveis, era preciso desenvolver uma arquitetura
de redes - uma estrutura lógica e formal que
especifica como os diversos componentes devem se
comunicar entre si. Para isso, existem vários tipos
de arquiteturas diferentes como o Modelo OSI,
feito pela ISO, a SNA feita pela IBM, a DNA feita
pela Digital Equipment Corporation e o Modelo
TCP/IP.
Iremos falar agora sobre o Modelo ISO. Embora na
prática este modelo seja bem menos usado que o
TCP/IP, o Modelo OSI costuma ser bastante
estudado por motivos didáticos e é um ótimo ponto
de partida para se compreender melhor como
funcionam redes de computadores. Além disso,
embora ele não seja muito usado, ele teve um
impacto muito grande nas redes, inclusive no Modelo TCP/IP que é o mais usado. Ainda hoje, é comum que
projetistas de rede usem o modelo OSI como um modelo teórico para auxiliar no desenvolvimento de redes e
arquiteturas.
Uma das características mais úteis do Modelo OSI é a subdivisão da arquitetura de redes em diferentes camadas.
Essa abstração é algo que facilita a compreensão do funcionamento das redes. Assim como na programação é mais
fácil resolver um problema complexo dividindo-o em problemas menores e criando funções específicas para os
problemas menores, também é mais fácil criar uma arquitetura de rede coerente separando a rede em diversas
camadas menores que podem ser projetadas de forma independente das demais.
O modelo OSI 20
As Camadas OSI
O Modelo OSI possui ao todo 7 camadas: a Camada Física, Camada de Enlace de Dados, Camada de Rede, Camada
de Transporte, Camada de Sessão, Camada de Apresentação e Camada de Aplicação. Vamos ver agora uma
explicação resumida da utilidade de cada camada.
A Camada Física é responsável por transferir os bits por meio de ligações. Ela cuida de questões como o tipo de
cabo em uso e como é feita a conexão entre o cabo e a máquina.
A Camada de Enlace de Dados é responsável por organizar os dados recebidos, colocando-os na ordem correta,
detectando e talvez corrigindo eventuais erros de transmissões.
A Camada de Rede cuida do estabelecimento de rotas e do chaveamento dos dados ao longo da rede.A Camada de Transporte é responsável por quebrar a mensagem em pacotes menores para que ela seja transmitida.
Também é responsável por depois montar os diversos pacotes em uma única mensagem posteriormente.
A Camada de Sessão cuida das regras de comunicação entre os nós que estão trocando mensagens. Ela verifica
quando é possível ou não mandar dados e também sabe que tipo de comunicação os nós possuem (simplex, duplex,
semi-duplex).
A Camada de Apresentação é responsável por formatar e estruturar os dados de uma forma que eles possam ser
entendidos por outra máquina. Ela cuida da criptografia se necessário.
A Camada de Aplicação é responsável por cuidar das informações que chegam pela rede para cada programa de
computador que está sendo usado no computador.
Exemplo de Troca de Mensagens por Meio do Modelo OSI
Supondo que uma rede possua três máquinas: A, B e C. A rede utiliza o Modelo OSI e o usuário da máquina A está
usando um programa de computador para mandar uma mensagem para a máquina C. As máquinas estão dispostas da
seguinte forma:
A ----- B ----- C
Para que isso ocorra, o trabalho que cada camada faz é o seguinte:
A lista de todas as camadas OSI.
•• A Camada de Aplicação da Máquina A identifica a mensagem produzida
pelo programa de computador usado pelo usuário e passa-a para a Camada
de Apresentação.
•• A Camada de Apresentação da máquina A criptografa a mensagem para que
ela não possa ser interceptada ao longo do caminho a ser percorrido. Ela
também pode alterar a mensagem de forma que ela se torne mais legível do
outro lado.
•• A Camada de Sessão identifica o tipo de comunicação que estamos tendo
com outra máquina e passa esta informação para a Camada de Transporte.
•• A Camada de Transporte quebra a mensagem em vários pacotes maiores e
inclui em cada um deles um cabeçalho e um rodapé com informações para
que eles sejam montados na ordem certa depois.
•• A Camada de Rede inclui um Cabeçalho em cada um dos pacotes para
identificar qual máquina está enviando a mensagem e qual máquina é a destinatária.
•• A Camada de Enlace inclui na mensagem uma série de informações que posteriormente poderão ser usadas para
descobrir se a mensagem recebida está intacta ou foi danificada durante o percurso.
•• Finalmente, a Camada Física da Máquina A transporta cada um dos pacotes pela rede. Mas a Camada Física não
sabe para quem é a mensagem. Ela simplesmente passa ela para a máquina B que é a próxima máquina da rede. A
Camada Física da Máquina B recebe os vários pacotes da mensagem e passa-os para a Camada de Enlace da
O modelo OSI 21
Máquina B.
•• A Camada de Enlace da Máquina B analisa cada pacote para descobrir se ele está intacto ou se durante o caminho
ele foi danificado. Assumindo que o pacote recebido está intacto, ele é passado para a Camada de Rede da
Máquina B.
•• A Camada de Rede da Máquina B olha o endereçamento do pacote e percebe que a Máquina B não é a
destinatária deste pacote. Por isso, ele devolve o pacote para a Camada de Enlace da Máquina B.
•• A Camada de Enlace da Máquina B coloca novamente as informações no pacote que posteriormente serão usadas
para avaliar se o pacote está intacto.
•• A Camada Física da Máquina B passa o pacote para a Camada Física da máquina C.
•• A camada de Enlace da Máquina C analisa a sanidade do pacote. Se ele estiver danificado e não for possível
consertá-lo, ela pede que este seja retransmitido. Caso contrário, ela passa o pacote para a Camada de Rede da
Máquina C.
•• A Camada de Rede da Máquina C percebe que o pacote recebido é para a Máquina C. Por isso, ela passa o pacote
para a Camada de Transporte.
•• A Camada de Transporte da Máquina C guarda o pacote e espera que todos os outros pacotes que formam a
mensagem cheguem. Quando todos terminam de chegar, esta camada monta todos eles na ordem correta
formando novamente uma única mensagem. Ela passa a mensagem inteira para a Camada de Sessão.
•• A Camada de Sessão passa a mensagem para a Camada de Apresentação.
•• A Camada de Apresentação de C descriptografa a mensagem recebida e passa o resultado para a Camada de
Aplicação de C.
•• A Camada de Aplicação de C passa a mensagem para o programa de computador adequado para que este mostre
para o usuário que ele recebeu uma mensagem de A.
Apesar do Modelo ISO não ser muito usado, o Modelo TCP/IP utilizado para transmitir dados pela internet, funciona
de uma maneira bastante parecida. A principal diferença é que a Camada de Apresentação não existe e quem faz o
seu papel é a Camada de Aplicação e que além disso, as Camadas de Sessão e Transporte foram substituídas por uma
única camada chamada Camada TCP. No modelo TCP/IP, a Camada de Rede é chamada de Camada de IP. Fora
isso, a lógica utilizada para transmitir os pacotes é a mesma.
Tipos de cabo 22
Tipos de cabo
Os seguintes tipos de cabo são os mais comuns nos diversos tipos de rede que utilizam cabos:
Cabo Par-Trançado
Um cabo par-trançado.
Um cabo ethernet que usa
cabos par-trançado.
O cabeamento por par trançado é um tipo de fiação na qual dois condutores são
entrançados um ao redor do outro para cancelar interferências eletromagnéticas de fontes
externas e interferências mútuas. A taxa de transmissão de cabos par-trançado pode variar
entre 300 e 115.000 bps. Devem existir pelo menos dois pares de fios internos à este cabo:
um para enviar e outro para receber dados. Ele é provavelmente o cabo mais popular
usado em redes atualmente.
As vantagens dos cabos par-trançado são a sua flexibilidade, que permite que eles possam
ser dobrados, o fato deles serem pequenos e baratos.
Existem várias categorias de cabos par-trançado. A descrição de cada uma destas
categorias encontra-se na tabela abaixo:
Categoria Descrição
Categoria 1 Utilizada na fiação de rádios e telefones. Ela serve para transportar voz. É inadequada para transportar outros tipos de dados.
Categoria 2 Pode ser utilizada para transportar voz e dados em baixa velocidade. Sua velocidade máxima é de 4 Mbps.
Categoria 3 Transmite tanto voz como dados. Pode chegar à uma velocidade de até 10 Mbps. Pode ser usada em redes Ethernet, Fast Ethernet e
Token Ring.
Categoria 4 Tem a mesma utilidade dos cabos da categoria 3, mas sua velocidade chega a 20 Mbps.
Categoria 5 Pode ser usado em redes Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring e ATM. Sua velociade chega a 155 Mbps.
Categoria
5e
Igual à categoria 5, mas com um processo de fabricação refinado. Ela tem a mesma velocidade, mas suporta uma freqüência maior.
Categoria 6 Ainda não padronizada. Mas deverá suportar velocidades de até 1.000 Mbps.
Assim como podem ser classificados em diferentes categorias, os cabos par trançado também se subdividem em
Cabos Par Trançado Blindados (também chamados de STP - Shielded Twisted-Pair) e Não-Blindados (também
chamados de UTP - Unshielded Twisted-Pair). Os cabos blindados possuem uma proteção maior contra interferência
externa por possuírem uma camada de blindagem ao redos do fio de cobre condutor que transmite os sinais.
Entretanto, eles são mais caros.
Tipos de cabo 23
Cabo Coaxial
Cabo Coaxial.
A: Revestimento de plástico externo.
B: Tela de cobre.
C: Isolador dielétrico de cobre.
D: Núcleo de cobre.
Um cabo coaxial é um tipo de cabo constituído por diversas camadas
concêntricas de condutores e isolantes. Ele é o tipo de cabo utilizado
para levar até a televisão o sinal de TV à cabo. Entretanto, do ponto de
vista elétrico, um cabo coaxial projetado para ser usado em redes de
computadores é diferente do cabo coaxial usado por TVs à cabo.
O cabo coaxial é dividido em dois tipos: cabo coaxial fino (thinnet) ou
cabo coaxial 10Base2, e cabo coaxial grosso (thicknet) ou cabo coaxial
10Base5. Hoje em dia, o cabo grosso já quase não é mais utilizado. O
cabo fino é utilizado na "Thin Ethernet".
A sua velocidade máxima de transmissão é de 10 Mbps. Agrande
vantagem deste tipo de cabo é a sua resistência à interferências
elétricas. A malha de metal que recobre este cabo cria uma Gaiola de
Faraday que protege os dados de fontes de interferência externa.
Cabo de Fibra Óptica
Fibra óptica
Estes cabos transmitem os dados em forma de luz, e não de
eletricidade. Existem dois tipos principais de cabos de fibra óptica:
as fibras de modo múltiplo e as fibras de modo simples.
Os cabos de modo múltiplo (ou multi-modais) são aqueles que
possuem diâmetro entre 50 e 100 micrometros (um micrometro é
um milésimo de milímetro). Por terem um diâmetro relativamente
grande, os raios de luz não fazem dentro dele um caminho em
linha reta. A luz é continuamente refletida pela parede interna do
cabo. Com isso, existem alguns feixes de luz que fazem um
percurso menor e outros que são mais refletidos e com isso fazem
um percurso maior. Isso gera uma maior dispersão da luz, o que
causa distorção do sinal.
Tipos de cabo 24
Tipos de Fibra Óptica. As duas de cima são
multimodais e a de baixo é monomodal.
Já as fibras de modo simples são mais caras e mais finas. Elas
medem apenas algo entre 7 e 9 micrometros. Por serem tão finas,
os raios de luz percorrem a fibra em linha reta e isso torna este tipo
de fibra mais rápida e sem problemas de distorção de sinal.
Deve-se lembrar que nem sempre o mais sábio é optar pelo tipo de
transmissão mais rápido. Em curtas distâncias, a diferença de
velocidade entre uma fibra óptica multimodal e monomodal é
praticamente imperceptível. A diferença só costuma ser notada em
cabos que atravessam longas distâncias (algo como uma rede que
conecta vários nós dispersos ao longo do país). Portanto, se em um
projeto uma pessoa for montar uma rede típica em um edifício ou campus universitário utilizando cabos de fibra
óptica, o mais sábio é optar pela mais barata (no caso, a multimodal).
Também existe a subdivisão de fibras ópticas em fibras graduais e de passo. As primeiras refletem as ondas de luz
oscilam de uma maneira mais "arredondada". Ou seja, o percurso que a luz faz dentro da fibra assemelha-se ao de
várias curvas arredondadas como as de um "S". Elas são ideais para fibras de modo múltiplo, poi isso diminui a
dispersão das ondas de luz. Já as fibras de passo refletem as ondas de forma brusca de modo que a trajetória delas
passa por várias mudanças repentinas de direção, como as que formam a letra "Z". Essa característica é ideal para
fibras monomodais.
A grande vantagem do uso de fibras ópticas é a sua grande velocidade, imunidade à interferência eletromagnética e
outras fontes de ruído, tem peso e diâmetro menor. A grande desvantagem de fibras ópticas é o seu maior custo e a
maior fragilidade dos cabos.
Características elétricas de um cabo
Para entender melhor as várias variáveis envolvidas na qualidade de um cabo elétrico, é preciso entender melhor
alguns dos conceitos envolvidos na transmissão de dados via eletricidade.
Atenuação
À medida que um sinal percorre um cabo, ele começa a perder força. À isso damos o nome de atenuação. Dentre os
cabos vistos na sessão anterior, os cabos par trançado são os que apresentam maior atenuação, seguido pelo cabo
coaxial e pela fibra óptica. Outra coisa que afeta a atenuação é a distância percorrida. Quanto maior a distância,
maior a atenuação. A unidade de medida utilizada para quantificar o grau de atenuação é o decibel. Quanto maior o
valor em decibéis de uma atenuação, maior é a perda de força do sinal.
Capacitância
Embora seja comum representar ondas digitais como ondas "quadradas" que possuem ângulos de 90 graus, na prática
a passagem de sinal de "0" para "1" e de "1" para "0" não ocorre de forma instantânea. Existe um intervalo de tempo
no qual o sinal fica ambíguo por estar em um estado intermediário. Por isso, na verdade as ondas digitais não são
"quadradas", elas são ligeiramente arredondadas. O nome dado à essa distorção das ondas digitais é capacitância.
Quanto maior a capacitância, maior a distorção da onda digital.
Assim como a Atenuação, a Capacitância também aumenta com a distância. Ela aumenta tanto que não podem
existir cabos par trançado com mais de 100 metros, pois se isso ocorrer, o nó não transmitirá corretamente o que é
"0" e o que é "1". A capacitância também é um dos motivos pelos quais costuma-se usar apenas dois tipos de sinais
nas transmissões. Ao invés de apenas 0 e 1, seria possível enviar uma maior quantidade de sinais. Entretanto, uma
Características elétricas de um cabo 25
das coisas que impede isso é a capacitância. Quanto mais sinais enviamos, menor deve ser a capacitância para que os
dados sejam corretamente interpretados. Logo, teríamos limitações de distância muito maiores e maior probabilidade
de não entendermos os dados.
Indutância
A indutância é a medida do "esforço" necessário para mudarmos a quantidade de corrente fluindo pelo circuito.
Fazendo uma analogia com a mecânica, podemos considerar a indutância como equivalente à inércia de uma
corrente elétrica.
Impedância
A Impedância é um valor importante para cabos de uma rede. Ela na verdade é o resultado de uma função que
envolve capacitância, indutância e resistência. A impedância de um cabo é medido em ohms (cujo símbolo é Ω).
Misturar cabos com diferentes valores de impedância é algo que pode diminuir a velocidade de uma rede, pois isso
promove a distorção de sinal.
Redes de Token Ring costumam usar equipamentos com 150 Ω de impedância e redes de par trançado Ethernet/802.3
precisam de equipamentos cuja impedância esteja entre 85 e 111Ω.
Resistência
A resistência é algo que depende do material usado para conduzir a corrente elétrica e também aumenta com a
distância. Ela é uma força de oposição à passagem da corrente. Se ela for muito alta, a corrente elétrica nem mesmo é
conduzida.
A comunicação sem fio
Esta parte do livro falará agora sobre como é a Camada Física quando nós escolhemos passar os dados pelo ar, e não
por meio de fios e cabos. Falaremos sobre transmissão de rádio, infravermelho e transmissões por meio da luz.
Transmissão por Rádio
Transmissão de rádio é qualquer uma que utiliza como meio ondas eletromagnéticas em uma freqüência entre 3 Hz
até 300 GHz. Existem vários tipos de ondas de rádio classificadas de acordo com a sua freqüência. Você pode vê-las
na tabela abaixo:
Nome Símbolo Alcance Comprimento de
onda
Aplicações
Freqüência
Extremamente Baixa
ELF 3 a 30 Hz 10,000 km a
100,000 km
Usado na comunicação com submarinos.
Freqüência Super
Baixa
SLF 30 a 300 Hz 1,000 km a 10,000
km
-
Freqüência Ultra
Baixa
ULF 300 Hz a 3
kHz
100 a 1000 km Usado na comunicação com minas.
Freqüência Muito
Baixa
VLF 3 to 30 kHz 10 a 100 km -
Freqüência Baixa LF 30 a 300
kHz
1 a 10 km Usado em transmissões de dados internacionais, torres de rádio de auxílio de
navegação e rádio em alguns países.
A comunicação sem fio 26
Freqüência Média MF 300 a 3000
kHz
100 m a 1 km Usado por torres de auxílio de navegação, rádios AM e comunicações
marítimas e aéreas.
Freqüência Alta HF 3 a 30 MHz 10 a 100 m Usada por rádios HM
Freqüência Muito
Alta
VHF 30 a 300
MHz
1 a 10 m Usada por rádios FM, aviação e televisão.
Freqüência Ultra Alta UHF 300 a 3000
MHz
10 a 100 cm Usada por televisão aberta, aparelhos celulares e redes sem fio
Freqüência Super Alta SHF 3 a 30 GHz 1 a 10 cm Usada por redes sem fio e satélites.
Freqüência
Extremamente Alta
EHF 30 a 300
GHz
1 a 10 mm Usada por comunicação por microondas presente em celulares, redes de
computadores sem fio, radares, radio-astronomia e sistemas de armas
avançadas.
As freqüências Super Altas e Extremamente Altas que ficam entre 1 e 170 GHz são chamadas de microondas. O uso
destas freqüências costuma ser controlado pelo governo. Uma das características deste tipo dee onda é que ela viaja
em linha reta. Por esse motivo, o transmissor e o receptorprecisam estar apontados um para o outro. Não pode haver
interferência entre um e outro. Até mesmo umidade muito alta pode comprometer o sinal. Elas são transmitidas a até
45 Km de distância. Graças à curvatura da terra, quanto maior a torre, mais longe ela transmite.
Dispositivos que possuem Freqüência Muito Alta, tipicamente entre 902 e 828 MHz são aqueles que normalmente
utilizam uma técnica de segurança chamada Espectro Espelhado. Essa técnica consiste em enviar o sinal sempre
variando a freqüência formando um ruído proposital. Desta forma, é possível enviar uma maior quantidade de dados
graças á largura de banda maior e ainda torna extremamente difícil interceptar o sinal. Esta técnica foi desenvolvida
durante a Segunda Guerra Mundial com o objetivo de camuflar sinais secretos.
Ondas de rádio em redes de computadores normalmente são usadas para melhorar redes já existentes que funcionam
por cabos, e não para substituí-las. A desvantagem delas é que nas freqüências que podem ser usadas por redes de
computadores, elas não conseguem atravessar paredes ou estruturas muito densas, a menos que a freqüência seja
ampliada. Entretanto, isso reduz o alcance do sinal.
Transmissão por Infravermelho
A transmissão por infravermelho é uma transmissão por ondas eletromagneticas que tem uma freqüência mais alta
que as Freqüências Extremamente Altas da comunicação por rádio, mas não altas o bastante para tornarem-se luz.
Este tipo de onda é utilizado por vários equipamentos diferentes e até mesmo o calor do corpo humano emite ondas
infravermelhas. Os controles remotos de vários aparelhos também usam infravermelho.
Uma característica interessante do infravermelho é que ele pode ser transmitido de forma direta (em linha reta como
um laser) ou difusa (como a luz de uma lâmpada).
A comunicação sem fio 27
Transmissão por Luz
A imagem acima é um exemplo de transmissão por meio da luz
vermelha visível. Um alcance de até 1,4 Km pode ser obtido.
Também é possível utilizar a própria luz para transmitir
mensagens. Aliás, se pararmos para pensar, esta é a
forma mais antiga de comunicação à distância, pois as
mensagens transmitidas por sinais de fumaça usavam
na verdade a luz que enviava informação sobre os
padrões da fumaça.
Mas falando sobre transmissões modernas por meio da
luz, esta forma de comunicação é bastante usada entre
satélites, por exemplo. No vácuo do espaço, a eficiência
deste tipo de comunicação é idêntica à da fibra óptica.
Redes de computador aqui na terra também podem usar
este tipo de transmissão, embora com menor
desempenho.
A desvantagem deste tipo de comunicação é que muitos
fatores como a luz do sol, neblina, chuva e neve podem atrapalhar a transmissão. A vantagem é que a velocidade é
maior que a de microondas, a taxa de erros de transmissão é baixa e a dispersão também é relativamente baixa.
Assim como a transmissão por infravermelho, ela também pode ocorrer de forma difusa ou direta.
Comunicação via satélite
A comunicação via satélite são aquelas que utilizam como forma de transmitir dados ondas de rádio (normalmente
microondas) enviadas por satélites artificiais em órbita da Terra.
Este tipo de comunicação tem a vantagem de poder estabelecer contato com navios e aviões, algo impossível de ser
feito por meio de cabos. Outra vantagem é que mensagens enviadas por meio de satélites podem chegar até as
regiões mais isoladas do planeta, mesmo que o local não tenha infra-estrutura de cabos.
A grande desvantagem da comunicação via satélite são os seus custos elevadíssimos. Colocar em órbita um satélite
artificial é algo bastante caro e além disso, o equipamento precisará de manutenções constantes. Existem empresas e
organizações que alugam satélites que já estão em órbita, mas os custos são bastante altos.
Esta forma de comunicação é bastante usada para enviar sinais de televisão e rádio.
Com relação à sua órbita, os satélites utilizados em telecomunicações podem ser classificados do seguinte modo:
Comunicação via satélite 28
Satélites Estacionários
A órbita de um satélite estacionário.
Este tipo de satélite fica sempre localizado acima da linha do Equador,
à uma altitude de aproximadamente 36.000 Km e move-se ao redor da
terra em uma velocidade idêntica à da rotação do planeta. Com isso, do
ponto de vista de um observador terrestre, o satélite sempre parece
estar parado no céu.
A grande vantagem deste tipo de satélite é que para que o seu sinal seja
captado, basta apontar a antena para o ponto certo do céu. Depois
disso, não é mais necessário mudar a posição da antena e nem usar
equipamentos caros para prever o movimento do satélite.
A desvantagem é que como todos os satélites estacionários devem estar
sobre a liha do equador à uma mesma altitude, existe um espaço
limitado para colocá-los no espaço. Além disso, países que ficam
localizados à uma mesma longitude podem entrar em conflito para
decidir quem irá colocar um satélite para atender à sua população. Tais conflitos normalmente são julgados pela
União Internacional de Telecomunicações, uma organização internacional.
Satélites em Órbita Terrestre Baixa
Estes são os satélites que ficam à uma altura entre 350 e 1400 km. Qualquer satélite que fique à uma altura inferior à
esta seriam instáveis, pois sua velocidade sofreria interferência da atmosfera.
Como satélites nesta altitude precisam de menos energia para serem enviados e para enviar dados devido à uma
distância menor da Terra, manter um satélite nesta altitude é mais barato. A desvantagem é que como eles não
possuem órbitas estacionárias, para manter a comuicação com um ponto da Terra, é preciso usar uma rede de
satélites.
Satélites Molniya
Satélites deste tipo fazem uma órbita elíptica ao redor da Terra. Isso faz com que eles se movam, mas passem a
maior parte do tempo em uma determinada latitude. Este tipo de satélite é usado principalmente na Rússia. Em 1967,
uma rede nacional de televisão soviética foi criada e funcionava graças à satélites deste tipo.
Como satélites estacionários não funcionam bem para transmitir dados para pontos muito distantes da linha do
Equador, os satélites molniya são a forma mais eficiente de transmitir dados para regiões llocalizadas em latitudes
altas.
Satélites de Molniya são tipicamente usados para a telefonia e televisão na Rússia. Além disso, podem ser usados
para sistemas de rádio móveis mesmo em latitudes menores, pois carros viajando através de áreas urbanas precisam
de satélites em grandes altitudes para manterem uma boa conectividade mesmo quando próximos de construções
altas.
Sistema de cabeamento estruturado 29
Sistema de cabeamento estruturado
Até o final dos anos 80, não existia uma padronização para como deveria ser feito o cabeamento em empresas,
edifícios e campi. Naquela época, cada tipo de aplicação usava um cabo diferente. Haviam cabos específicos para
transportar voz, outros transportavam dados, eletricidade, sistemas de controle e segurança. Cada aplicação também
usava um tipo de cabo diferente. Uns eram coaxiais, outros eram par-trançado blindados e outros eram par trançado
não blindado.
Entretanto, era bastante difícil manter redes assim. Cada vez que uma tecnologia mudava e era preciso substituir uma
aplicação, todos os cabos usados por ela não poderiam ser aproveitados pois novas aplicações usavam novos tipos de
cabo.
Para resolver este problema, em 1991, a associação EIA/TIA (Associação de Indústrias Eletrônicas / Associação de
Indústrias de Telecomunicações) criou uma padronização de cabos e fios em prédios comerciais. Seu nome era
EIA/TIA-568.
Os padrões criados por ela são independentes de especificações de fabricantes específicos, mas mesmo assim
proporcionam informações suficientes para acomodar diversos tipos de transmissões de diversos produtos e
fabricantes. Chamamos qualquer sistema de cabeamento que obedece aos padrões EIA/TIA-568 de Sistema de
Cabeamento estruturado. Ele é compostoao todo de seis subsistemas vistos abaixo:
Entrada no Prédio
Este subsistema é o ponto no qual é feita a interface entre o cabeamento interno e cabeamento externo.Ela é
composta de
Sala de Equipamentos
Uma das partes mais importantes da rede de um prédio. Ela abriga diversos equipamentos de telecomunicações para
a conectividade com outros prédios, com cada andar do prédio além de instalações de aterramento e proteção.
Cabos do Tronco Principal
Também chamados de Cabos Verticais. Este subsistema é composto de cabos que interconectam cabines de
telecomunicações do prédio, salas de equipamento e a entrada. A topologia usada no cabo é o de uma estrela
hierárquica. O cabo deve sempre ficar fora do alcance de áreas de interferência eletromagnética.
Cabine de Telecomunicações
É uma cabine onde os cabos terminam ou conectam-se uns com os outros.Normalmente existe uma por andar. As
cabines tem ligação direta com os cabos do tronco principal. Também pode acontecer de existir apenas uma cabine
próxima da entrada no prédio.
Cabos Horizontais
Estes cabos também tem uma topologia de estrela. Eles são um conjunto de fios que conectam a Área de Trabalho à
Cabine de Telecomunicações.
Sistema de cabeamento estruturado 30
Área de Trabalho
A Área de Trabalho liga a tomada até os equipamentos de rede. É formada por cabos de extensão, adaptadores mais
equipamentos como computadores e telefones.
A sub-camada de controle de acesso à meios
(MAC)
A Subcamada de Acasso à Meios (também conhecida pela sigla em inglês MAC) é uma parte da Camada de Enlace
de Dados responsável por estabelecer uma lógica quanto ao uso do meio de transmissão em topologias de difusão.
Como vimos na primeira parte deste wikilivro, quando temos em uma rede topologia de difusão, isso significa que
vários nós usam exatamente o mesmo meio para poderem enviar mensagens. Em uma topologia assim, se mais de
um nó tentar enviar dados ao mesmo tempo, ocorre o que se chama de colisão. Toda vez que uma colisão ocorre,
todos os dados enviados são perdidos e precisarão ser retransmitidos.
O objetivo do MAC é justamente tentar evitar ao máximo as colisões, pois elas fazem com que a rede torne-se mais
lenta. Para conseguir isso, existem vários protocolos que foram desenvolvidos ao longo do tempo:
O Protocolo ALOHA
Gráfico que representa uma colisão no Protocolo
ALOHA.
O Protocolo ALOHA é o mais antigo protocolo de controle de acesso à
meio. Ele foi criado na década de 70 como uma experiência na qual
computadores espalhados em vários campi de diferentes ilhas da
Universidade do Havaí começaram a se comunicar trocando dados por
meio de sinais de rádio. A rede criada passou a ser chamada de
ALOHAnet e foi a primeira rede de computadores sem fio da história.
O protocolo ALOHA funciona da seguinte forma:
•• Se você tem dados para mandar, envie-os.
•• Se ocorrer colisão, tente enviar novamente mais tarde.
Uma característica original deste protocolo é que ele dividia os dados em pacotes menores e mandava eles entre um
certo intervalo de tempo. Isso impedia que um único nó ficasse usando a rede sem parar impedindo que os outros
também enviassem dados.
Para detectar se houve ou não colisão, o nó verificava se ele conseguia ouvir a mensagem que ele mesmo havia
enviado por meio de um hub central. Se ele ouvisse, ele enviava o próximo pacote. Caso contrário, era sinal de
colisão e ele esperava um período de tempo aleatório para enviar de novo.
Este protocolo tinha uma taxa de sucesso de envio de 18,4%. Isso significava que 81,6% da largura de banda
disponível era desperdiçada por excesso de colisão.
A sub-camada de controle de acesso à meios (MAC) 31
O Protocolo ALOHA Discreto
O Protocolo ALOHA Discreto diminuiu as
colisões.
Em virtude do desempenho ruim do Protocolo ALOHA puro, foram
feitas tentativas de melhorá-lo. Uma destas tentativas foi definir
melhor o conceito de "mais tarde" mostrado no algoritmo acima. O
Protocolo ALOHA Discreto estabeleceu que só seria permitido enviar
mensagens no começo de intervalos de tempo discretos.
Com esta pequena alteração, a taxa de sucesso de envio de dados subiu
para 36,8%.
O Protocolo CSMA
Ao contrário do ALOHA, que serve para redes sem fio, o CSMA funciona apenas em redes com fio. Ele funciona da
seguinte forma: primeiro é feita uma verificação para saber se o barramento está ocupado. Se ele estiver livre, a
mensagem é enviada. Já se ele estiver ocupado, podem ocorrer duas coisas, dependendo da implementação do
protocolo. Se a implementação for 1-Persistente CSMA, o nó continuamente monitora o barramento até que ele
fique livre. Assim que ele for liberado, ele inicia a transmissão. Já se o CSMA for um Não-Persistente CSMA, se o
canal está ocupado, ele não fica monitorando-o continuamente. Ele espera um intervalo de tempo aleatório e tenta
novamente.
O intervalo de tempo do CSMA Não-Persistente é sempre um número aleatório entre 0 e sendo "n" o número
de tentativas que foram feitas até então. Entretanto, o tempo esperado nunca será maior do que 1024 unidades de
tempo e na décima sexta tentativa, o nó desiste de enviar a mensagem.
Ambos os protocolos - o 1-Persistente CSMA e o Não-Persistente CSMA previnem quase todas as colisões, exceto
as que ocorrem quando dois nós enviam dados quase simultaneamente. Por exemplo, se o nó A e B quizerem enviar
dados ao mesmo tempo, ambos irão verificar se o barramento está livre e irão descobrir que sim. Então, ambos
começam a transmitir e assim ocorre a colisão.
Dentre estes dois tipos de protocolo, o Não-Persistente CSMA é considerado melhor. O motivo é que fazendo com
que os nós esperem um tempo aleatório diminui a probabilidade de colisão devido à nós tentarem enviar dados ao
mesmo tempo. Para entender o porquê, imagine que um nó A está transmitindo e ao longo desta transmissão, B e C
também passam a querer transmitir. Como eles não conseguem, eles passam a monitorar o canal até que A pare de
transmitir. Quando A parar de transmitir, tanto B como C perceberão que o barramento está livre e mandarão suas
mensagens simultaneamente. Com isso, temos uma colisão. Este problema é bastante minimizado quando o tempo
de espera até uma segunda tentativa é definido aleatoriamente. No CSMA Não-Persistente, obtém-se cerca de 70%
de sucesso na entrega de dados.
O Protocolo CSMA com Detecção de Colisão (CSMA/CD)
Um dos grandes prolemas do CSMA é que ele não é capaz de perceber quando ocorre uma colisão. Para sanar esta
limitação, surgiu o CSMA/CD. A diferença entre o CSMA e o CSMA/CD está no que acontece quando ocorre
colisão. Assim que um nó detecta colisão, ele imediatamente para de transmitir mensagens e envia um sinal de alerta
que consiste em uma mensagem de 64 bytes composta apenas de "1"s. Assim que todos os nós ao longo de
barramento receberem o sinal de alerta que impede que eles também tentem enviar dados, o sinal de alerta é
interrompido e então os nós que desejam enviar algo esperam uma quantidade de tempo aleatória para começarem a
A sub-camada de controle de acesso à meios (MAC) 32
enviar dados.
A grande vantagem do CSMA/CD é que ele busca avisar todos os nós da rede que houve colisão. Então os outros
nós não tentarão enviar mensagens pela rede desnecessariamente quando eles sabem que está havendo uma colisão.
Graças à isso, o CSMA/CD possui uma taxa de sucesso de entrega de cerca de 92%.
O CSMA/CD Não-Persistente é o protocolo mais usado em redes de computador com fio.
O Protocolo CSMA com Prevenção de Colisão (CSMA/CA)
Este protocolo é para redes sem fio. Ele funciona assim: o nó que deseja se comunicar com outro, pede autorização
para ele enviando um sinal RTS (Request To Send). Se um nó receber um RTS e estiver livre para se comunicar, ele
envia um sinal chamado CTS (Clear To Send). Somente depois de receber um CTS, um nó pode começar a
transmitir dados para outro. Toda vez que um nó que não está envolvido na troca de dados percebe um