Transmissao de dados e a comunicacao nas redes

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Técnicas de Negociação
Prof. Marcos Ferreira
Introdução à Negociação
Redes de Computadores
Prof. C. Magno
Transmissão de Dados e a Comunicação nas Redes
2) Transmissão de Dados e a Comunicação nas Redes 1
Redes de Computadores Emissão 2014Prof. 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, pag. 16 a 35.
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Redes de Computadores Emissão 2014Prof. C.Magno
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
Exemplo de Enlace: Sistema de Comunicação por Sinais Elétricos.
Fonte de 
Informação
Transdutor Transmissor Receptor Transdutor 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)
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2.3) Transmissão da informação – Aspectos Físicos (cont)
Fonte de Informações
É a origem das informações a serem transmitidas. Estas informações 
podem ser de natureza não elétrica (voz humana, por exemplo), devendo 
ser convertidas em sinais elétricos correspondentes;
Dados:
São as informações a serem transmitidas, podendo ser caracteres textuais, 
numéricos, especiais, imagens, sinais de áudio ou vídeo;
Mensagem
É a forma pela qual a fonte de informação fornece os dados a serem 
transmitidos.
Transdutor
É um conversor que transforma a mensagem em um sinal elétrico 
adequado (sinal de entrada) para ser manipulado no transmissor. Na 
recepção ocorre o processo inverso.
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2.3) Transmissão da informação – Aspectos Físicos (cont)
Transmissor
É um sistema que trata o sinal de entrada (sinal em banda base), tornando-o 
adequado para ser transmitido no canal. O sinal transmitido pode ser em banda 
básica (baseband) ou banda larga (broadband), ou seja sem ou com modulação 
respectivamente;
Canal de Comunicação
É o meio de transmissão, ou seja, é a mídia onde trafegará as informações a serem 
transmitidas;
Taxa de Transmissão
É a quantidade de informações (em bits) por unidade de tempo (em segundos) que é 
possível transmitir através do canal de comunicação. Chamada também de banda 
(não corretamente). A unidade é bps (bits por segundo);
Receptor
É um Sistema que processa o sinal recebido e procura recuperar o sinal transmitido 
originalmente, cancelando os efeitos gerados pelo transmissor e pelo canal (ruídos e 
distorções);
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2.3) Transmissão da informação – Aspectos Físicos (cont)
Atenuação
É a redução de potência do sinal enviado em função das perdas por radiação e 
geração de calor que ocorrem no processo de transmissão;
Distorção
São alterações sofridas pelo sinal transmitido, que são introduzidas pelo próprio 
canal de transmissão. Um exemplo seria a distorção na transmissão de uma onda 
quadrada ocasionada pelas diferentes atenuações em cada uma de suas 
componentes em frequência.
Fonte de Ruído Externo 
O ruído externo é um sinal gerado fora do canal de transmissão que, por algum tipo 
de interferência elétrica aleatória gera alteração no sinal transmitido. Como 
exemplo seriam as descargas elétricas atmosféricas, radiações solares e linhas de 
transmissão de alta tensão.
Ruído Interno 
Também de origem aleatória são ruídos originados pela movimentação dos elétrons 
nos materiais condutores e recombinações de portadores
que ocorrem em dispositivos eletrônicos.
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2.4) Informações Analógicas: Caracterização dos Sinais
 Tomando como exemplo a voz, trata-se de um tipo de onda chamado de analógico porque cria 
uma forma de onda análoga ao som que ela representa;
 As ondas analógicas, como a voz e os sons, 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
2.5) Informações Digitais: Caracterização dos Sinais
 Diferente dos sinais analógicos, os sinais digitais não ocorrem na natureza e foram 
idealizados pelo ser humano para uso nos sistemas eletrônicos em geral;
 Utilizados como um método de codificação da informação (inclusive analógica), 
chamado genericamente de digitalização, (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.
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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2.6) Taxa de Transmissão
 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: 
Calcular a taxa de transmissão do sinal digital indicado
kbps
s
bits
ms
bits
otransmissãdetempo
ostransmitidbitsn
Taxa 8108
101
8
1
8º
3
3













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2.7) Digitalização das Informações e seus Formatos
Caso as informações fossem transmitidas de forma analógica, como nos sistemas mais antigos, não seria 
possível atender hoje a demanda de tráfego de voz, dados e imagens. Por isso, o processo de digitalização foi 
inevitável e os formatos digitais mais comuns para as várias modalidades de informaçõessão:
 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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2.8) 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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2.9) Modos de Transmissão de sinais
 SIMPLEX:
Refere-se à transmissão unidirecional (Exemplos: Transmissão de TV ou
Rádio);
B
A B
ou
A B
 FULL-DUPLEX:
Refere-se à transmissão bidirecional simultânea em 2 canais (Exemplo:
telefonia).
 HALF-DUPLEX:
Transmissão bidirecional, mas não simultaneamente (Exemplo: rádio
amador);
A
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2.10) Meios físicos de transmissão
O enlace é um sistema formado por equipamentos de transmissão, 
o meio físico e equipamentos de recepção;
Através do meio físico são transmitidos os sinais elétricos, ópticos 
ou eletromagnéticos que transportam as informações. Tais meios 
podem ser:
 Meios guiados:
Os sinais se propagam confinados em um meio físico e com um 
caminho único: cabos coaxiais, cabos de par trançado, fibra óptica;
 Meios não guiados:
Os sinais (eletromagnéticos) se propagam através do ar no espaço 
livre ou em ambientes restritos. Exemplos: Transmissão de TV, 
Sistemas via Rádio, Satélites e redes locais Wireless.
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2.10.1) Meios físicos de transmissão guiados
Cabo Coaxial: Sinais Elétricos
 Formado por um núcleo de fio metálico (D) para o sinal, isolado por um 
plástico interno (C), envolvido por uma blindagem metálica anti-ruído (B) e 
protegido por uma capa plástica externa (A);
 Utilizado em redes de até 10 Mbps;
 Hoje em desuso (caro e de difícil manuseio).
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2.10.1) Meios físicos de transmissão guiados (cont)
Twisted Pair (TP) ou Par Trançado: Sinais Elétricos
 Formado por 4 pares de fios de cobre isolados entre si e trançados ao 
longo do cabo para evitar interferências;
 Cada par é identificado por cores e podem 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) 
Cabo UTP
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2.10.1) Meios físicos de transmissão guiados (cont)
Cabo de fibra óptica: Sinais Ópticos
 Cilindro composto 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 transportadas por meio de pulsos de luz gerados por LED´s ou LASER´s que 
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.
Núcleo
Casca
LUZ
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2.10.2) Meios físicos de transmissão não guiado
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
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2.11) Multiplexação e o compartilhamento do meio
 Cada enlace utiliza um meio de transmissão para envio das informações. Normalmente 
o meio de transmissão possui uma capacidade de transmissão, ou também chamada de 
largura de banda W (em hertz) e seria um desperdício utilizar um enlace para transmitir 
apenas pacotes de uma única conexão por vez;
 Uma solução para aumentar a capacidade do enlace seria permitir o compartilhamento 
do meio de transmissão por outras conexões simultâneas, dividindo assim a banda total 
W desde que fosse possível transmitir os dados das várias conexões de forma 
independente e sem interferência entre eles. Assim: 
A divisão da capacidade de enlace em segmentos é conhecida por 
MULTIPLEXAÇÃO e cada segmento dá a idéia de um canal independente de 
comunicação. Como exemplo, podemos citar as emissoras de rádio e TV, a 
comunicação via telefone celular, entre outros. Existem duas modalidades:
FDM (Multiplexação por Divisão em Freqüência)
TDM (Multiplexação por Divisão no Tempo).
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2.11) Multiplexação e o compartilhamento do meio (cont)
FDM
frequência
tempo
TDM
frequência
tempo
4 usuários
Exemplo:
Cada usuário transmite em um intervalo de tempo diferente
Cada usuário
transmite em
uma
frequencia
diferente
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2.12) Comutação em uma Rede de dados
Uma questão fundamental:
Como os dados são transferidos entre os vários usuários através da rede em várias 
conexões simultâneas ?
Éatravés da COMUTAÇÃO. O processo de comutação 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 dois processos:
 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” e enviados em blocos discretos através do enlace em 
função da disponibilidade de recursos e da situação do tráfego na rede, normalmente 
na base FIFO. Hoje muito utilizada em redes de Dados, inclusive a INTERNET.
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2.12.1) 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;
 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);
 PROBLEMA: Há DESPERDÍCIO, pois o recurso 
de um usuário inativo não utilizado não pode ser 
utilizado por outro usuário ativo.
Conexão 1
Conexão 2
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 A estrutura de transporte 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; 
 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.
2.12.2) Comutação de pacotes
CabeçalhoPacote Dados
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2.12.2) 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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2.12.3) Comutação por Circuitos ou por Pacotes ?
Comutação por Pacotes é mais eficiente, pois:
 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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2.13) Atrasos na transmissão: valores envolvidos
1) Tproc = atraso de processamento nodal. Verifica erros de bit e determina enlace de 
saída. Tipicamente poucos microsegundos;
2) Tfila = atraso de fila nos nós. O enfileiramento dos pacotes gera um tempo de espera 
no enlace de saída para transmissão. Depende do congestionamento do roteador;
3) Ttrans = atraso de transmissão no enlace. Depende da taxa de transmissão do enlace; 
Ttrans = tamanho do pacote (bits)/taxa de transmissão do enlace (bps);
4) Tprop = atraso de propagação. Tempo gasto para os sinais se propagarem no meio 
físico do enlace. De alguns poucos microssegundos a centenas de milissegundos.
Tprop = distância do enlace (km)/velocidade da propagação no enlace (km/s);
proptransfilaproc TTTTTtotal 
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Para a rede indicada abaixo, supor envio dos dados através de um pacote com B bits
através de enlaces de taxa T bps. São desprezados os tempos de processamento, fila e
propagação.
Supondo que o comutador de pacotes opera no modo armazena-envia, ou seja, o
pacote todo deve chegar no roteador antes que seja transmitido para o próximo enlace.
Assim, o atraso total (Ttotal) é dado por:
T
B
TTTTTTtotal  3transproptransfilaproc
Supondo L = 7,5 Mbits e R = 1,5 Mbps, O atraso total é dado por:
2.13.1) Atrasos na transmissão: Exemplo
s
Mbps
Mbits
T
B
Ttotal 15
5,1
5,7
33 
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2.14) Roteamento nas Redes
O roteamento nas redes de dados pode ser definido como a
movimentação dos pacotes entre roteadores a partir da origem
até o destino. 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
A
B
G
D
E
c
F
 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 ).