Redes Unidade 2

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2) Transmissão de Dados e a Comunicação nas Redes Digitais 1
Redes de Computadores Emissão 2016Prof. C.Magno
Objetivos da Unidade 2:
 Transmissão de Sinais: envio de dados digitais e conceito 
de taxa de transmissão;
 Modos de Transmissão: Simplex, Half e Full-duplex;
 Meios de transmissão: guiados e não guiados;
 Multiplexação do Meio: conceitos básicos;
 Comutação: Redes de circuitos e Redes de pacotes;
 Atrasos na Rede: suas origens;
 Roteamento nas Redes.
KUROSE, J. F. "Redes de Computadores e a Internet". 5. ed. Pearson, 2010. Cap. 1, até pag. 35.
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP regional
ISP local
2.1) Transmissão dos dados: A estrutura física da rede
Redes de acesso:
enlaces que conectam os sistemas finais 
e o roteador de borda (residencial, 
corporativo e sem fio).
Borda da rede:
Aplicações e hosts 
(sistemas finais); 
Núcleo da rede:
Roteadores (rede de 
redes);
roteador
PC
servidor
laptop
sem fio
celular
portátil
enlaces
com fio
pontos de
acesso
ISP – Internet Service Provider
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2.2) Transmissão da informação – Aspectos Físicos
Enlace Digital: Sistema de Comunicação por Sinais Elétricos, Ópticos ou Eletromagnéticos.
Fonte de 
Informação
Conversor Transmissor Receptor Conversor Destino 
Fonte de Ruído 
Externo
Distorção 
Atenuação
Ruído Interno
Canal de 
Comunicação 
Mensagem Sinal de 
Entrada Sinal 
Transmitido
Sinal 
Recebido
Sinal de
Saída 
MensagemDados Dados
Taxa de Transmissão 
(bits por segundo*)
(*) Segundo a maioria dos autores a Taxa de Transmissão de um enlace é definida em bits por segundo e não em bytes 
por segundo. O que ocorre é que em muitas situações reais a recepção e envio de dados a partir do usuário (upload e 
download) é dada em Bytes por segundo (Kurose, 2010). Lembrar que 1 Byte = 8 bits.
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2.3) Informações Analógicas: Caracterização dos Sinais
 Tomando como exemplo a voz, trata-se de uma informação originalmente analógica porque cria 
uma forma de onda análoga referente ao som que ela representa;
 Informações como o som, a luz, a temperatura, a pressão atmosférica são encontradas na 
natureza e uma característica importante e que estão continuamente variando, ou seja, tem um 
número infinito de valores. A onda cossenoidal indicada abaixo é uma boa representação de um 
sinal analógico.
Onde:
v(t): função cossenoidal
A: Amplitude de pico [Volts]
T : Período [segundos]
t
v(t)
A
-A
T
A transmissão de informações analógicas é pouco eficiente.
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t
v(t)
A
TT/2
1 bit
2.4) Informações Digitais: Caracterização dos Sinais
 Diferente dos sinais analógicos, os sinais digitais não ocorrem na natureza e foram 
idealizados por nós para uso nos sistemas de comunicação e controle em geral;
 O método de codificação da informação (inclusive analógica), chamado 
genericamente de digitalização, faz a conversão analógica-digital; 
 São sinais cuja amplitude só assume determinados valores discretos dentro de um 
conjunto finito de valores possíveis para função que os define, (normalmente 0 e 1);
Exemplo: Onda quadrada simétrica, onde para o intervalo de tempo t compreendido 
entre 0  t  T. É enviado um bit a cada T segundos, ou seja:
v(t) = A, para o intervalo 0  t T/2
v(t) = 0, para o intervalo T/2  t T
É possível transmitir informações analógicas ou digitais através destes sinais.
Onde:
v(t): função onda quadrada
A: Amplitude de pico [Volts]
T : Período [segundos]
f: frequência = 1/T ([hertz]
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2.5) Taxa de Transmissão de um Sistema Digital
 Os sinais digitais são utilizados para transmitir as informações já digitalizadas e a 
velocidade de transferência destas informações é chamada de taxa de transmissão, 
quantificada em bits por segundo, ou seja:
]bps[
otransmissãdetempo
ostransmitidbitsºn
Taxa









Exemplo: 
A figura representa 
a quantidade de 
bits enviados em 
um enlace digital. 
Calcular a taxa de 
transmissão do 
enlace.
kbpsbps
s
bits
ms
bits
otransmissãdetempo
ostransmitidbitsn
Taxa 88000
001,0
8
1
8º










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2.6) Formato digital das Informações: Digitalização
Caso as informações fossem transmitidas de forma analógica, Nos sistemas mais antigos, ou seja, analógicos, 
não seria possível atender hoje a demanda de tráfego de voz, dados e imagens. Por isso, a digitalização foi 
inevitável e os formatos digitais mais comuns para as várias modalidades de informações são:
 Texto: Cada um dos caracteres são convertidos através de um código formado por um conjunto de bits. Um 
exemplo típico é um código chamado INICODE, que utiliza 32 bits (232 = 4.294.967.296 símbolos), de onde 
deriva o ASCII (American Standard Code for Information Interchange), que utiliza apenas 7 bits (27 = 128 
símbolos);
 Números: Podem ser representados pelo ASCII ou diretamente pela conversão do número em sua 
representação binária. Exemplo: Para 8 bits teríamos: 04 – 00000100;
 Imagens: Representadas por uma matriz de elementos de imagem chamados de pixels (picture elements), 
onde cada pixel é representado por um conjunto de bits. Para geração de imagens coloridas, um sistema 
bastante utilizado é o RGB (Red, Green, Blue), associado a padrões atuais como o JPEG (Joint Photografic 
Experts Group);
 Áudio: As informações analógicas de voz ou música são digitalizadas, ou seja, são colhidas amostras 
sequenciais e convertidas através de um código digital. Um exemplo seria o PCM (Pulse Code Modulation), 
bastante utilizado na telefonia;
 Vídeo: a captação de imagens em movimento pode ser feita de forma analógica (através de uma câmera de 
TV) ou composta por uma sequencia de imagens fixas digitalizadas, chamadas de quadros, dando a idéia de 
movimento. Um padrão bastante empregado atualmente é o MPEG (Motion Picture Experts Groups).
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2.7) Unidades de medida e principais prefixos métricos 
Unidades e prefixos empregados nos sistemas de transmissão de dados:
Exp Decimal Prefixo Exp Decimal Prefixo
10-3 0,001 mili (m) 103 1.000 Kilo (k)
10-6 0,000001 micro () 106 1.000.000 Mega (M)
10-9 0,000000001 nano (n) 109 1.000.000.000 Giga (G)
10-12 0,000000000001 pico (p) 1012 1.000.000.000.000 Tera (T)
Exemplos:
Quantidade: 10.000 bits = 10x103 bits = 10 kb
Tempo: 0,0000015 segundos = 1,5x10-6 segundos = 1,5 s
Mbpsbpssegundoporbits
segundos
bits
otransmissãdetempo
ostransmitidbitsn
segundosembitsTaxa
2102000.000.2
2
000.000.4º
2000.000.4
6 










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2.8) Modos de Transmissão nos Sistemas de Comunicação
 SIMPLEX:
Refere-se à transmissão unidirecional (Exemplos: Transmissão de TV ou
Rádio);
B
A B
ou
A B
 FULL-DUPLEX:
Refere-se à transmissão bidirecionalsimultânea em 2 canais (Exemplo:
telefonia).
 HALF-DUPLEX:
Transmissão bidirecional, mas não simultaneamente (Exemplo: rádio
amador);
A
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2.9) Meios físicos de transmissão de dados
Cabo Coaxial: Sinais Elétricos
 Formado por um núcleo de fio metálico (D) para o sinal, um material 
plástico interno (C), uma blindagem metálica anti-ruído (B) e protegido por 
uma capa plástica externa (A);
 Utilizado nas primeiras redes de até 10 Mbps (Ethernet 10Base2);
 Hoje utilizado apenas em aplicações específicas (TV a cabo por 
exemplo).
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Twisted Pair (TP) ou Par Trançado: Sinais Elétricos
 Formado por 4 pares de fios de cobre identificados por cores e isolados entre 
si e trançados ao longo do cabo para evitar interferências;
Cabo UTP
2.9) Meios físicos de transmissão de dados (cont)
 O cabo pode ser UTP (sem blindagem) e STP
(com blindagem);
 Utilizado em redes locais (baixo custo e fácil manuseio);
 Especificados em várias categorias, em função da taxa de 
transmissão utilizada. Exemplo mais comuns:
. Categoria 3: até 10 Mbps (padrão Ethernet)
. Categoria 4: até 20 Mbps (não mais utilizado)
. Categoria 5: até 100 Mbps (padrão Fast Ethernet)
. Categoria 6: Até 1 Gbps (Padrão Gigabit Ethernet)
. Categoria 7: Até 10 Gbps (STP Padrão Gigabit Ethernet) 
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Cabo de fibra óptica: Sinais Ópticos
 Filamento de sílica (vidro) denominado de núcleo envolvido com uma capa refletiva (casca), 
formando uma fibra com diâmetro total da ordem de 125 micrometros (1 = 10-6 m);
 As informações são transmitidas por meio de pulsos de luz gerados por LED/LASER que
Núcleo
Casca
LUZ
2.9) Meios físicos de transmissão de dados (cont)
se propagam através da fibra por múltiplas reflexões;
 Permite altas taxas de transmissão (até Tbps), 
 Alta imunidade a ruídos, gerando baixa taxa de erros;
 Custo elevado e manuseio complexo.
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Transmissão sem Fio: Sinais Eletromagnéticos
 As informações são transmitidas através de ondas eletromagnéticas geradas por equipamentos de 
rádio e recebidas através de sistemas de antenas; 
 Dependendo da cobertura e aplicação, podem compor sistemas locais, regionais e 
intercontinentais.
Rede Local WiFi 
(Wireless Fidelity)
Enlace de Rádio Regional
Enlace de Satélite 
Intercontinental
2.9) Meios físicos de transmissão de dados (cont)
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2.10) Multiplexação e o compartilhamento do meio físico
 Cada enlace utiliza um meio de transmissão para envio das informações. 
Normalmente o meio de transmissão possui uma capacidade associada à sua taxa 
de transmissão, também chamada de largura de banda. Nos caos reais, seria um 
desperdício utilizar um enlace para transmitir apenas informações de uma única 
conexão por vez;
 A solução que compartilha o meio de transmissão entre várias conexões 
simultâneas é chamada de Multiplexação. Assim, a capacidade total do enlace W é 
dividida entre n conexões, ou seja, cada conexão terá uma taxa de W/n. 
A divisão da capacidade de enlace através da MULTIPLEXAÇÃO dá a 
ideia de um canal independente para cada conexão. Entre as 
principais modalidades podemos citar:
FDM (Multiplexação por Divisão em Frequência)
TDM (Multiplexação por Divisão no Tempo).
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2.10.1) Multiplexação FDM e TDM
FDM (TV e Rádio AM/FM)
frequência
tempo
TDM (Sistemas de Rádio)
frequência
tempo
4 usuários
Exemplo:
Cada conexão é transmitida em um intervalo de tempo diferente
Cada
conexão é
transmitida
em uma
frequência
diferente
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2.11) Comutação em uma Rede de dados
UMA QUESTÃO FUNDAMENTAL: Como os dados são transferidos entre os 
usuários em várias conexões simultâneas sem interferências entre elas ?
É através da COMUTAÇÃO. Essa técnica envolve duas etapas básicas:
. Estabelecimento da conexão entre os usuários envolvidos, utilizando os recursos 
disponíveis na rede;
. Liberação dos recursos no final da conexão, para utilização em novas conexões;
Basicamente existem duas modalidades:
 Comutação de circuitos:
Para um enlace formado por n canais multiplexados, é alocado um canal dedicado 
para cada conexão. Hoje em desuso. Ex: Rede de Telefonia Convencional;
 Comutação de pacotes:
Os dados são “empacotados” em estruturas bem definidas e enviados através dos 
enlaces dependendo dos recursos disponíveis na rede, normalmente na base 
FIFO. Hoje muito utilizada em redes de Dados, inclusive a INTERNET.
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2.11.1) Comutação de circuitos
 Os enlaces são formados por n canais multiplexados 
e cada conexão é alocada em um dos canais 
disponíveis; 
 Os Recursos fim-a-fim são reservados previamente 
por conexão e o caminho da comunicação é fixo;
 A taxa de transmissão por conexão é a capacidade 
de cada canal alocado nos comutadores;
 Os recursos são fixos e dedicados para cada 
conexão: não há compartilhamento;
 Desempenho análogo aos circuitos físicos (QoS –
Quality of Service garantido);
 Exige estabelecimento de conexão antes do envio 
dos dados (confiabilidade);
Conexão 1
Conexão 2
PROBLEMA: Como o recurso da rede é dedicado há DESPERDÍCIO. O recurso de um 
usuário inativo não utilizado não pode ser utilizado por outro usuário ativo.
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 A estrutura da informação nas redes digitais atuais é chamado de pacote 
(por analogia à um pacote entregue no Correio para despacho), formado pelo 
conjunto de dados a ser transmitido (conteúdo) e um identificador chamado 
de cabeçalho (endereços de origem/destino e outras informações); 
 O fluxo de dados fim-a-fim de cada conexão é dividido em pacotes 
(dados+cabeçalho) e os recursos da rede são compartilhados estatisticamente 
(existe probabilidade de perda); 
 Cada pacote usa toda a capacidade de transmissão disponível do enlace no 
momento da transmissão e o caminho de comunicação não é fixo; 
 Caso a demanda de tráfego exceder a capacidade disponível, haverá 
contenção de recursos para cada conexão, gerando filas para transmissão, 
aumento do tempo de envio e até possibilidade de perda de pacotes.
2.11.2) Comutação de pacotes
CabeçalhoPacote Dados
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2.11.2) Comutação de pacotes (cont)
Em cada enlace ocorre a Multiplexação Estatística pois não existe um padrão de 
sequência de pacotes, supondo as conexões A -> C e B -> D)
A
B
C
D E
multiplexação estatística
fila de pacotes esperando pelo 
enlace de saída
fila de pacotes
esperando pelo 
enlace de saída
Comutação de pacotes permite que mais usuários usem a mesma rede!
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2.11.3) Comutação por Circuitos ou por Pacotes ?
Comutaçãopor Pacotes é mais eficiente, pois oferece:
 Otimização: melhora a utilização e o compartilhamento de recursos;
 Rapidez: não há estabelecimento da conexão previamente;
Porém:
 Existe o congestionamento (atraso e possível perda de pacotes);
 Protocolos são necessários para transferência confiável e controle de 
congestionamento;
É possível tornar uma rede de pacotes com comportamento 
semelhante a de uma que opera por circuito físico?
 Garantias de taxa de transmissão são necessárias para aplicações de 
áudio/vídeo;
 Protocolos “inteligentes” que administrem os atrasos e as perdas de 
pacotes.
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2.12) Atraso total na Rede: valores envolvidos
O tempo para que os dados cheguem ao seu destino é chamado de Atraso e é um parâmetro 
importante no desempenho das redes. Seu valor é dado pela soma de vários atrasos:
1) Atrasoproc = tempo de processamento em cada nó. Processa os dados, verifica erros de 
bit e determina enlace de saída. Tipicamente poucos microsegundos;
2) Atrasofila = tempo de fila nos nós. O enfileiramento dos pacotes gera um tempo de espera 
no enlace de saída. Depende do congestionamento do roteador;
3) Atrasotrans = tempo de transmissão no enlace. Depende da taxa de transmissão do 
enlace; Atrasotrans = total de bits/taxa de transmissão do enlace (bps);
4) Atrasoprop = tempo de propagação. Tempo dos sinais se propagarem no meio físico do 
enlace. Atrasoprop = distância do enlace (km)/velocidade da propagação (km/s);
proptransfilaproc AtrasoAtrasoAtrasoAtrasoAtrasototal 
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Para a rede indicada abaixo, os dados são enviados através de um bloco com B Bytes
através de enlaces de taxa T bps. É considerado apenas o atraso gerado pela
transmissão do bloco.
Supondo que o comutador de dados opera no modo armazena-envia, ou seja, o bloco
de dados todo deve chegar no roteador antes que seja transmitido para o próximo
enlace. Assim, o atraso total (Atrasotransm) entre a origem e o destino é dado por:
T
B
Taxa
bits
Atrasotempo
tempo
bits
Taxatransm 
transm
transm
Supondo transmissão de uma só vez de um bloco de dados com B = 200 KBytes e
taxa T = 1,0 Mbps em cada enlace. Como são 3 enlaces iguais em sequencia, o atraso
total é:
2.12.1) Exemplo 1: Tempo na transmissão de 1 Bloco de Dados
s
bps
bits
Mbps
KBytes
T
B
Atrasotransm 8,46,13
100,1
810200
3
0,1
8200
33
6
3





BlocoDeDadosDados Dados
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Neste caso a transmissão é feita
através de pacotes. Os bits que
compõe o Bloco de dados a ser
transmitido são inseridos em
pacotes e o número total de
pacotes (n) é calculado como
sendo:
2.12.2) Exemplo 2: 
Tempo na transmissão 
através de pacotes
Tempo
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
epapordadosdebitsdeTotal
transmitirabitsdeTotal
snecessárioespatotaln
cot
cot


123...
Pacote
Bloco 
de 
Dados
n
n
n
n
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Intervalo 
entre 
pacotes
No destino, a partir da chegada do
1º pacote (1), os demais chegarão
em um intervalo constante, até
último pacote (n). O tempo total de
transmissão dependerá do nº de
pacotes
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Blocos de dados: 200 KBytes,
pacotes: 1100 Bytes (1000 Bytes de
dados e 100 Bytes de cabeçalho) e 3
Enlaces de 1 Mbps cada um:
O tempo total de transmissão é:
2.12.3) Exemplo Numérico: 
transmissão por pacotes
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
123...
Pacote
Bloco 
de 
Dados
200
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Intervalo entre 
pacotes
(8,8 ms)
O tempo do 1º Pacote chegar no
destino será:
200
200
200
mss
bps
bits
Mbps
Bytes
T ePa
4,260088,03
101
8800
3
1
81100
3
6cotº1






Tempo
(ms)
O tempo total para transmissão será de:
esDemaisPaePaTotal TTT cotcotº1 
 
smsmsms
esPaentreIntervalonmsTTotal
78,16,777.18,8)1200(4,26
cot14,26


0
8,8
17,6
26,4
35,2
CONCLUSÃO: O tempo de transmissão por pacotes é bem menor: (1,78s < 4,8s)
44,0
O total de pacotes (n) é dado por:
espa
bits
bits
Bytes
KBytes
n cot200
108
106,1
81000
8200
3
6







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2.13) Roteamento nas Redes
Características:
 Seleção das melhores rotas: existem vários algoritmos de
seleção de caminhos;
 O endereço de destino constante no cabeçalho determina o
próximo salto (passagem através de um roteador);
 É como “dirigir perguntando o caminho” ;
CabeçalhoPacote Dados
 As rotas podem mudar em uma mesma conexão, em função de ocorrências na rede
(congestionamento ou falhas);
 Como cada pacote pode seguir por uma rota diferente, os atrasos podem variar para
cada pacote. Na conexão A -> G, duas rotas podem ser utilizadas ( e ), por
exemplo.
A
B
G
D
E
c
F
O roteamento nas redes de dados pode ser definido como a movimentação dos pacotes entre
roteadores a partir da origem até o destino através dos caminhos mais adequados.