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COMUNICAÇÃO DE DADOS
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COMUNICAÇÃO DE DADOS
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Conteúdo Programático da disciplina
Conceitos e Características Básicas dos Sistemas de Comunicações. 
Arquiteturas de Redes. 
Sinais e Dados. 
Transmissão Digital. 
Transmissão Analógica. 
Utilização da Largura de Banda. 
Meios de Transmissão. 
Detecção e Correção de Erros. 
Introdução à Camada de Enlace de Dados. 
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Conteúdo das Aulas 
1 - Conceitos preliminares em comunicação de dados
2 - Conectividade em nível físico: meios físicos e sinais eletromagnéticos
3 - Transmissão analógica e modulação
4 - Transmissão digital e codificação de linha e de bloco
5 - Modos de transmissão e multiplexação
6 - A rede telefônica e a rede de TV a cabo
7 - Serviços da camada de enlace de dados
8 - Protocolos da camada de enlace de dados
9 - As redes locais Ethernet e a evolução do padrão
10 - Interconexão de redes locais
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Comunicação de Dados
Aula 6 A rede telefônica e a rede de TV a cabo
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Conteúdo Programático desta aula
 Compreender a evolução da rede telefônica tradicional para transmissão de voz e dados.
 Identificar os componentes macro da estrutura das redes telefônicas e suas funcionalidades.
 Caracterizar a comutação por circuito usada nas redes telefônicas.
 Diferenciar os padrões de modems e as tecnologias para acesso residencial em alta velocidade.
 Identificar a estrutura da rede de TV a cabo necessária para acesso residencial à Internet.
 Ilustrar, em situações reais, componentes da comunicação de dados.
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Componentes da rede telefônica 
 Loops Locais: ligam o assinante à central telefônica mais próxima através de cabo par trançado.
 Troncos: implementam a interligação de centrais telefônicas usando multiplexação através de fibra óptica ou link de micro-ondas
 Centrais de Comutação: conectam os vários canais e troncos e permitem a comunicação entre os assinantes.
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Componentes da rede telefônica 
 Loops Locais
 Troncos
 Centrais de Comutação
A interligação entre as operadoras ocorre através de uma central de comutação chamada POP (point of presence).
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Backbone Integração dos Sistemas Telefônicos
 As diversas operadoras de telefonia são integradas por canais WAN de natureza variada.
 O Backbone (espinha dorsal) é empregado para o estabelecimento de ligações particulares e públicas (internet)
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Redes de Telefonia Convencional
Na rede de telefonia convencional, os loops locais são analógicos, mas os troncos e suas interligações são digitais. 
Para acesso à Internet utilizando a infraestrutura da rede telefônica, faz-se necessária a conversão analógico-digital e digital-analógico. 
Por isso, as linhas telefônicas usam modems para transmissão de dados.
Para os modems discados, muitos padrões são baseados na série V, publicada pela ITU-T. 
Alguns exemplos populares desse padrão são: V.32, V.32bis e V.90.
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Tipos de Enlaces xDSL
A letra "x" pode representar uma das seguintes implementações:
 "I", de ISDN, Integrated Service Digital Network;
 "S", de Symmetric ou, ainda, de Single-line-high-bit-rate;
 "H", de High-bit-rate;
 "A", de Asymmetric;
 "V", de Very high bit rate.
O termo DSL refere-se à abreviação de Digital Subscriber Line (linha digital de assinante). 
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Funcionamento ADSL
O ADSL combina modulação QAM com multiplexação FDM.
A largura de banda emprega FDM e é dividida em:
 Canal para voz: um canal de 4kHz para voz.
 Canais para upstream: cerca de 25 canais para dados.
 Canais para downstream: cerca de 225 canais para dados
Para instalação do ADSL, é necessário haver, no cliente, um modem ADSL e, nas operadoras, um multiplexador DSLAM (digital subscriber line access multiplexer). 
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Rede de TV a Cabo
Essas redes de TV a cabo representam, atualmente, uma alternativa para o acesso residencial de alta velocidade à Internet. 
A largura de banda disponível é dividida usando FDM em três faixas: vídeo, dados em downstream, dados em upstream.
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Resumo da Aula 6
Nesta aula, você:
 Identificou os principais componentes da estrutura das redes telefônicas.
 Diferenciou padrões de modems e as tecnologias para acesso residencial em alta velocidade usando a rede telefônica.
 Estudou a comutação por circuito e seu uso nas redes telefônicas.
 Estudou a estrutura da rede de TV a cabo necessária na casa do assinante para acesso residencial à Internet.
 Mapeou, na rede de telefonia e na rede de TV a cabo, componentes da comunicação de dados. 
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Comunicação de Dados
Aula 7 Serviços da camada de enlace de dados
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Conteúdo Programático desta aula
Relacionar os principais serviços implementados na camada de enlace.
Compreender os principais esquemas de codificação para verificação de erros nas redes de computadores. 
Diferenciar os esquemas de verificação de erro: paridade, CRC e checksum. 
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A Camada de Enlace
Comunicação de dados host-a-host com transferência de quadros (frames) entre nós adjacentes através de um link.
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Serviços da Camada de Enlace
Seus principais serviços são:
 Definir o formato dos quadros trocados entre os nós nas extremidades do enlace
 Definir as ações dos nós para enviar e receber este quadros
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A Camada de Enlace
Os protocolos de enlace podem oferecer diferentes serviços, como: 
 enquadramento, 
 acesso ao enlace, 
 entrega confiável 
 controle de fluxo entre nós adjacentes, 
 detecção e correção de erros, 
 transmissão half-duplex e full-duplex.
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Métodos de Detecção de Erro
Alguns exemplos de métodos de detecção são: 
 teste de paridade, 
 teste de redundância cíclica (cyclic redundant check - CRC), 
 checksum.
Para correção de erros, algumas técnicas podem ser utilizadas como: a retransmissão dos dados ou, ainda, a correção de erros em rajada. 
A correção de erros é mais difícil que a detecção, precisamos de muito mais bits redundantes. 
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Detecção de Erro
Teste de Paridade
O código de verificação de paridade simples é apenas para detecção de erros de bit (um só bit), ele não é capaz de corrigi-los. 
Um bit extra, denominado bit de paridade, é inserido e selecionado de forma que o número total de bits 1s nos bits transmitidos seja par (ou ímpar). 
Um método mais eficiente é a verificação de paridade bidimensional.
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Correção de Erro - Paridade Bidimensional
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Detecção de Erro
CRC
No CRC, a palavra de dados é uma sequência de coeficientes de um polinômio (D)
A partir de um polinômio gerador , divide-se (módulo 2) a palavra de dados (D, aumentada com n - m bits 0s) por G. 
O quociente da divisão é descartado. 
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Detecção deErro
CRC
Acrescenta-se o resto (R) a D 
A nova sequência <D,R> é divisível por G. 
           
O receptor (que conhece G) recebe a sequência <D,R> e a divide por G.
 
Caso o resto seja diferente de zero, então o erro foi detectado.
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Detecção de Erro
Checksum
Bits a enviar
10101001 00111001
Somando
10101001 
00111001
--------
11100010
O complemento
é o Checksum
00011101
Bits enviados incluindo o Checksum
10101001 00111001 00011101
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Resumo da Aula 7
Nesta aula, você:
Identificou os principais serviços implementados na camada de enlace.
Estudou os principais esquemas de codificação para verificação de erros nas redes de computadores.
Diferenciou os esquemas de verificação de erro: paridade, CRC e checksum. 
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Aula 8 Protocolos da camada de enlace de dados 
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Conteúdo Programático desta aula
Compreender as principais tarefas realizadas pelos protocolos na camada de enlace. Diferenciar os protocolos HDLC e PPP. Identificar os campos inseridos pelo PPP e as fases de uma conexão deste protocolo. Compreender o contexto de uso dos protocolos de acesso compartilhado. Identificar os protocolos de acesso ao meio compartilhado, conforme a classificação: particionamento do canal, acesso aleatório e revezamento.
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Controle de Enlace de Dados
A camada de enlace de dados pode ser dividia em duas subcamadas: 
 controle do enlace de dados (Logical Link Control – LLC) e 
 controle de acesso ao meio (Media Access Control – MAC)
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Controle de Enlace de Dados
As diferenças existem devido à variedade de tipos de enlaces sobre os quais os protocolos podem operar. 
Os enlaces dividem-se em dois grandes grupos:
 enlace ponto a ponto tem um único transmissor e um único receptor e 
 enlace multiponto é compartilhado por muitos transmissores e receptores.
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Controle de Enlace de Dados
Enquadramento
O enquadramento é necessário porque a camada de enlace precisa empacotar os bits em quadros (frames) de forma que cada quadro seja distinguível um do outro. 
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Controle de Enlace de Dados
Endereçamento
A inserção de endereços de origem e de destino a esses quadros ajuda a determinar para onde o quadro deve ser encaminhado e, em caso de resposta, o receptor poderá identificar o transmissor.
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Controle de Enlace de Dados
Tamanho dos Quadros
Os quadros encaminhados, em geral, não possuem tamanho fixo. 
A delimitação de início e fim do quadro são necessários para entrega à camada física para transmissão. 
Dois métodos podem ser usados para isso: 
 protocolo orientado a caractere e 
 protocolo orientado a bit.
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Enlaces Ponto a Ponto
Os enlaces ponto a ponto possuem normalmente uma quantidade de problemas reduzido quando comparado aos enlaces multiponto.
Os protocolos ponto a ponto têm maior detalhamento na sub camada LLC onde são implementados as regras de detecção de erros.
Na sub camada MAC é necessário apenas definir a comunicação half ou full duplex pois há apenas um transmissor e um receptor.
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Enlaces multiponto ou 
de acesso múltiplo
Os enlaces multiponto dão ênfase aos problemas de controle de acesso ao meio.Existem vários métodos empregados para gerenciamento do uso dos canais. 
Podemos resumir os protocolos multiponto em três grandes grupos:
 Particionamento do canal
 Acesso aleatório
 Revezamento
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Endereçamento na camada de enlace
Cada adaptador possui um endereço único atribuído na sua fabricação chamado MAC Address.
Um endereço MAC é composto por 48 bit e é expresso em 12 caracteres hexadecimais agrupados em 6 duplas.
Exemplo: 64 – 27 - 37 – CD – F5 – D8
Verifique o seu com o comando “ipconfig /all” no windows ou “ifconfig” no linux, o MAC é o endereço físico.
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Endereçamento de quadros numa rede
O endereço MAC é inserido no campo endereço de destino no quadro, mas só tem validade dentro de um segmento de rede.
Para enviar um quadro para outro segmento através de um roteador o endereço MAC inserido é o do gateway (porta do roteador)
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HDLC - high-level data link control
HDLC é um protocolo orientado a bit para comunicação de dados, utilizando links ponto a ponto ou multiponto. 
Ele também realiza retransmissões de dados em caso de detecção de erros.
O HDLC pode ser usado em diferentes modos e configurações e com diferentes tipos de quadros. Por isso, o formato do quadro e a utilização dos campos variam conforme o tipo de quadro.
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HDLC 
Formato do quadro
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Quadros HDLC
Os tipos de quadro HDLC são: 
 frames de informação (I-frames), 
 frames de supervisão (S-frames) e 
 frames não numerados (U-frames). 
Cada tipo de quadro serve para encapsular diferentes tipos de mensagens.
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PPP
O PPP é o protocolo para acesso ponto a ponto mais comum atualmente. Usado principalmente para conectar computadores pessoais ao servidor de um provedor de acesso.
A maioria dos usuários que utilizam esses computadores pessoais está ligada à modems (ADSL, por exemplo) e são conectados à Internet por uma linha telefônica que fornece os serviços de camada física.
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PPP
No formato do quadro, estão presentes os campos: flag, endereço, controle, protocolo, a carga (payload), FCS . 
O flag de início e fim do quadro PPP é 01111110. 
Embora seja o mesmo do HDLC, a grande diferença é que o flag é tratado como um byte já que o PPP é orientado a byte.
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PPP
Uma conexão PPP passa por diferentes fases:
 
 repouso (link inativo), 
 estabelecimento, 
 autenticação (opcional), 
 rede (negociação entre adaptadores), 
 aberto (transferência de dados), 
 encerramento . 
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Métodos de Acesso múltiplo
São características comuns a todos os protocolos:
 Broadcast na transmissão
 Quadro com endereço MAC
 Todos recebem e apenas o real destinatário repassa o pacote para a camada de rede, os demais rejeitam
 Não são suportadas colisões
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Acesso Múltiplo por particionamento do canal
No método de acesso múltiplo de particionamento do canal, a largura de banda disponível é dividida em slots de tempo, faixas de frequência ou por código entre diferentes estações. 
São exemplos desse método: a multiplexação por divisão do tempo (FDM) e a multiplexação por divisão do tempo (TDM)
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Métodos de Acesso Aleatório
No método de acesso aleatório, o canal não é dividido, e podem ocorrer colisões. Não existe uma regra que especifica qual estação deve ser a próxima a transmitir.  Exemplos: 
 Aloha puro e slotted Aloha, 
 CSMA (Carrier Sense Multiple Access), 
 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), 	
 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).
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Métodos de Revezamento
No método de acesso por revezamento, uma estação não pode transmitir a menos que tenha sido autorizada por outra (as). 
São exemplos de protocolos que usam este método: 
 polling e 
 passagem de permissão (token).
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Resumo da Aula 8
Compreendeu as principais tarefas realizadas pelos protocolos na camada de enlace. Diferenciou os protocolos HDLC e PPP. Identificou os campos inseridos pelo PPP e as fases de uma conexão deste protocolo. Compreendeu o contexto de uso dos protocolos de acesso compartilhado. Identificou os protocolos de acesso ao meio compartilhado, conforme a classificação: particionamento do canal, acesso aleatório e revezamento.
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Aula 9 As redes locais Ethernet e a evolução do padrão 
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Conteúdo Programático desta aula
Conhecer a evolução do padrão de redes locais Ethernet.
Diferenciar as especificações dos padrões Ethernet.
Ilustrar em situações reais componentes da comunicação de dados.
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Padrão Ethernet
Criado por Robert Metcalfe na década de 70
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Redes Ethernet
As redes locais Ethernet representam atualmente o padrão mais utilizado para redes locais cabeadas. Além da Ethernet padrão, suas evoluções incluem: 
 Fast Ethernet, 
 Gigabit Ethernet, 
 10 Gigabit Ethernet.
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Quadro Ethernet
Uma responsabilidade importante da subcamada MAC é a implementação do método de acesso ao meio. A Ethernet padrão usa como método de acesso o CSMA/CD (estudado na aula 8).
O quadro Ethernet possui sete campos.
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Ethernet - Padrão
A Ethernet Padrão com taxa de 10Mbps define três principais especificações de camada física: 10Base5, 10Base2, 10Base-T.
Para sinalização digital (banda-base – aula 4), é utilizado o método Manchester para codificação (no transmissor) e decodificação (no receptor).
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Fast Ethernet 
O padrão Fast Ethernet com taxa de 100Mbps, define duas principais especificações de camada física: 100Base-TX, 100Base-FX.
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Gigabit Ethernet 
O padrão Gigabit Ethernet com taxa de 1Gbps define três principais especificações de camada física: 1000Base-T, 1000Base-SX, 1000Base-LX.
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10 Gigabit Ethernet Base-S
A implementação 10GBase-S usa fibra multimodo, com comprimento máximo de 300m, enquanto a implementação 10GBase-L usa fibra óptica monomodo e sugere-se comprimento máximo de 10km. A implementação 10GBase-E usa fibra óptica monomodo e sugere-se comprimento máximo de 40km. O padrão 10 Gigabit Ethernet opera apenas no modo full-duplex.
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Resumo da Aula 9
Nessa aula, você:
Estudou a evolução do padrão de redes locais Ethernet.
Identificou as especificações de camada física dos padrões Ethernet.
Verificou a aplicação em situações reais de componentes da comunicação de dados.
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Aula 10 Interconexão de redes locais 
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Conteúdo Programático desta aula
Ao final desta aula, você será capaz de:
Diferenciar os tipos de dispositivos utilizados para conexão de estações em uma rede local. 
Identificar as arquiteturas de backbones utilizados para interconexão de redes locais.
Identificar os conceitos de comunicação de dados aplicados ao funcionamento dos dispositivos de redes locais Ethernet.
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Camadas e Dispositivos
A análise dos dispositivos levam em conta conceitos como: 
 regeneração de sinal, 
 segmentação de LAN, 
 acesso ao meio, 
 filtragem e aprendizado, 
 conexão ponto a ponto.
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Repetidor
O repetidor é um dispositivo de camada física cujo objetivo é regenerar o padrão original de bits de um sinal quando ele já sofreu atenuação. 
O repetidor estende o comprimento de uma LAN, recebendo um sinal fraco e encaminhando a todos um sinal regenerado.
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Hub
O hub pode ser considerado um repetidor multiportas, usado para interligar dispositivos em uma topologia estrela. Assim, o sinal recebido por uma porta é propagado por todas as outras portas, também regenerado. 
Ele pode ser utilizado nas redes Ethernet, por exemplo, de forma hierárquica (cascateado), o que elimina as limitações de distâncias entre dispositivos no padrão 10Base-T .
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Ponte
As pontes (bridges) operam na camada física e na camada de enlace. 
Na camada física, sua tarefa é também regenerar o sinal. Já na camada de enlace, sua tarefa é analisar os endereços físicos que fazem parte do quadro.
A análise dos endereços físicos é realizada para fins de filtragem. 
A ponte possui uma tabela que associa endereços físicos a portas. Uma ponte tem duas portas. 
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Switch
Switches viabilizam a alocação de um host por porta, o que significa que não existe disputa entre hosts, menos colisão, ou nenhuma colisão.
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Roteador
Um roteador é um dispositivo de camada três e direciona pacotes com base em seus endereços lógicos (endereçamento host-a-host). 
Esses dispositivos são utilizados para interligar LANs e WANs na Internet e utilizam tabelas de roteamento para tomar as decisões de encaminhamento, ou seja, a escolha da interface de saída do pacote.
Roteadores possuem componentes de hardware e software iguais aos encontrados em outros computadores: CPU, RAM, ROM, sistema operacional. Além disso, incluem portas para LANs, portas USB, portas auxiliar e console, e slots para interfaces WAN.
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Resumo da Aula 10
Nessa aula, você:
Diferenciou os tipos de dispositivos para conexão de estações em uma rede local ou para interconexão de redes locais.
Identificou as arquiteturas de backbones para interconexão de redes locais.
Aplicou conceitos de comunicação de dados no funcionamento dos dispositivos de redes locais Ethernet.
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