Aula 01 Comunicação de dados

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Centro de Ciências Exatas e Tecnologia
Curso Superior de Tecnologia em 
Eletrotécnica Industrial
Infra-Estrutura de Redes 
Computacionais
Aula 01: Comunicação de dados
Prof. Frederico Silva Moreira
Visão Geral
 A comunicação é uma das maiores necessidades da sociedade 
humana.
 A comunicação de dados tornou-se parte fundamental da 
computação.
 Conforme as civilizações se espalhavam, a comunicação se 
tornava mais complexa.
Conforme as civilizações se espalhavam, a comunicação se 
tornava mais complexa.
 Sinais de Fumaça
 Pombos Correio
 Telégrafo
 Telefone
 Etc.....
Comunicação
 A otimização da comunicação se deu por conta da 
evolução dos equipamentos de processamento e 
armazenamento da informação.
 Processamento e Armazenamento Processamento e Armazenamento
 Revolucionaram o mundo, abrindo novas fronteiras
Evolução dos Sistemas de Computação
 Década de 50
 Máquinas grandes e complexas, operadas por pessoas altamente 
especializadas.
Evolução
 Década de 60
 Primeiro terminais interativos, permitia usuários acesso ao 
computador central, permitindo que várias tarefas de diferentes 
usuários ocupassem simultaneamente o computador central.
Evolução
 Década de 70
 Distribuição do poder computacional. 
Redes de Computadores
 É um conjunto de computadores capazes de trocar 
informação e compartilhar recursos, interligados por um 
sistema de comunicação.
 Sistema de comunicação é um arranjo topológico 
interligando vários computadores através de enlaces 
físicos (meios de transmissão) e de um conjunto de regras físicos (meios de transmissão) e de um conjunto de regras 
com o fim de organizar a comunicação (protocolos).
Tecnologias de transmissão 
(comunicação)
Em termos gerais, há dois tipos de tecnologias de 
transmissão em uso:
Links de difusão
Links ponto a pontoLinks ponto a ponto
Difusão
 Redes de difusão têm apenas um canal de comunicação,
compartilhado por todas as máquinas da rede. Mensagens
(pacotes) são enviados por qualquer máquina e são recebidas
por todas as outras. Existe um campo no “pacote” que indica
quem é o destinatário, onde somente a máquina receptora
irá responder.
Ponto a Ponto
 Para ir da origem ao destino, uma mensagem (pacote)
tem uma rota a ser seguida, onde normalmente tem
que visitar algumas máquinas intermediárias para
chegar ao destinatário.
 Como é possível haver várias rotas, 
encontrar a melhor rota é extremamente 
importante.
Classificação 
 Um critério para classificar as redes é sua escala.
Distância entre 
processadores
Processadores localizados 
no mesmo
1 m Metro quadrado
10 m Sala
Rede Pessoal
10 m Sala
100 m Edifício
1 km Campus
10 km Cidade
100 km País
1.000 km Continente
10.000 km Planeta
Rede Local
Rede Metropolitana
Rede Geograficamente 
Distribuída
Internet
LAN
 LAN (Local Area Network)
 Também conhecidas como redes locais.
 São redes privadas contidas em um único edifício ou
campus universitário, chegando até a alguns
quilômetros de extensão.quilômetros de extensão.
 São amplamente usadas para conectar computadores
pessoais e estações de trabalho em escritórios e
instalações industriais.
LAN – PRINCIPAIS FUNÇÕES
 Compartilhar recursos.
 Sistemas
 Banco de Dados
 Impressoras, etc...
 As redes LAN possuem três características:
 Tamanho
 Tecnologia de transmissão
 Topologia
LAN - Tamanho
 Tamanho restrito.
 Com isso o pior tempo de transmissão é limitado e
conhecido com antecedência.
 O conhecimento deste tempo permite a utilização de
determinados tipos de projeto, onde outras não seriamdeterminados tipos de projeto, onde outras não seriam
possíveis.
 Simplifica a complexidade do gerenciamento de rede.
LAN – Tecnologia de Transmissão
 Como se dá a ligação “física” entre os nós 
(computadores/processadores).
 Quase sempre por meio de cabos.
 LANs tradicionais funcionam em velocidades de 10 
Mbps a 100 Mbps.Mbps a 100 Mbps.
 Tem pouca perda de pacote.
 LANs mais modernas chegam a operar em 10 Gbps.
LAN – Topologia
 LANs de difusão admitem diversas topologias.
 Em uma rede de barramento, qualquer instante no 
máximo uma máquina desempenha a função de mestre e 
pode realizar uma transmissão.
 No momento que em uma maquina envia uma mensagem 
as demais são impedidas de enviarem uma mensagem.as demais são impedidas de enviarem uma mensagem.
LAN - Topologia
 É necessário criar mecanismos de arbitragem para 
resolver conflitos quando duas ou mais máquinas 
quiserem fazer transmissão simultaneamente.
 Ex.: Os computadores em uma rede Ethernet 
podem transmitir sempre que desejam, se dois ou 
mais pacotes colidirem, cada computador aguardará mais pacotes colidirem, cada computador aguardará 
um tempo aleatório e fará uma nova tentativa mais 
tarde.
LAN – Topologia
 Outro sistema de difusão bastante conhecido é o 
Anel.
 Cada bit se propaga de modo independente, sem 
esperar pelo restante do pacote ao qual pertence.
 Cada bit percorre todo o anel no intervalo de tempo Cada bit percorre todo o anel no intervalo de tempo 
em que alguns bits são enviados.
Lan – Topologia
 Assim como outros sistemas de difusão, existe a 
necessidade de se definir alguma regra para arbitrar os 
acessos simultâneos.
 Ex.: Fazer as máquinas trabalharem em turnos.
Redes de Difusão
 A alocação da rede pode ser feita de modo estático ou
dinâmico.
 Alocação Estática: O tempo é dividido em intervalos
discretos sendo utilizado um algoritmo de rodízio,
fazendo com que cada máquina transmitisse apenas nofazendo com que cada máquina transmitisse apenas no
intervalo de tempo que dispõe.
 Desperdiça a capacidade do canal.
Redes de Difusão
 Alocação Dinamica: Aloca o canal de transmissão de 
dados dinamicamente;
 A medida que é solicitado por um computador.
 A demanda de uma mensagem. (Tamanho)
Prioridade. Prioridade.
Redes de Difusão
 Métodos de alocação dinâmica de um canal pode ser
centralizada ou descentralizada.
 Centralizado: existe apenas uma entidade (master), ela
define quem irá transmitir. Assim para executar a
tarefa são enviados solicitações a mesma e em funçãotarefa são enviados solicitações a mesma e em função
do método adotado (algoritmo) elege-se a próxima
mensagem.
Redes de Difusão
 Descentralizado: Não existe nenhuma unidade central.
 Cada máquina decide quando a transmissão será realizada
 Imagina-se que isso leve ao caos, mas isso não ocorre 
devido a inteligência (algoritmo) em que cada máquina é 
controlada. 
MAN
 MAN (Metropolitan Area Network)
 Também conhecida como Rede Metropolitana.
 Ex.: A rede de televisão a cabo.
 Esse sistema cresceu a partir de antigos sistemas de  Esse sistema cresceu a partir de antigos sistemas de 
antenas comunitárias usadas em áreas com fraca 
recepção do sinal da televisão.
MAN
 Hoje é muito utilizado por redes de televisão a
cabo/internet, etc...
 Deve-se levar muito em consideração a
topologia em que se irá trabalhar sua rede.topologia em que se irá trabalhar sua rede.
Topologias
 Barras
Topologias
 Anel
Topologias
 Estrela
WAN
 WAN (Wide Area Network)
 Abrange uma grande área geográfica.
 Contém com conjunto de máquinas (hosts) cuja
finalidade é executar programas do usuário.finalidade é executar programas do usuário.
 São conectados por uma sub-rede.
WAN
 Ex.: Hosts são computadores pessoais e sub-rede é a 
operada por uma empresa de telefonia ou por um 
provedor de serviós da internet.
WAN
 A sub-rede consiste em dois componentes distintos:
 Linha de transmissão: transporta os bits entre as
máquinas, elas podem ser fomadas por fios de cobre,
fibra ótica, etc…
 Elementos de comutação: são maquinas
especializados que conectam três ou mais linhas deespecializados que conectam três ou mais linhas de
transmissão. Escolhe a linha de saída para
encaminhar os pacotes.
 Já foram chamados de muitos nomes, mas é mais
conhecido hoje como roteador. (Rooter, Doubter,
etc…)
WAN Geralmente os hosts estão conectados a uma LAN.
WAN
 Redes WANs, contém numerosas linhas de transmissão,
todas conectadas a um a roteadores.
 No entando, se dois roteadores que não compartilham a
mesma linha de transmissão desejam se comunicar?
 Isso se dará por meio de roteadores intermediários. Isso se dará por meio de roteadores intermediários.
 O pacote é recebido integralmente em cada roteador
intermediário, onde é armazenado até a linha de saída
solicitada a ser liberada, para então ser encaminhada.
WAN
 Quando um processo em algum host tem uma
mensagem para ser enviada a um processo em algum
outro host, primeiro o host que irá transmitir divide a
mensagem em pacotes, cada um contendo seu número
na sequência.
Esses pacotes são injetados na rede um de cada vez em Esses pacotes são injetados na rede um de cada vez em
rápida sucessão.
 Os pacotes são transportados individualmente pela
rede e depositados no host receptor.
WAN
Linhas de Comunicação
 Ligações físicas podem ser:
 Ligações ponto-a-ponto - presença de apenas dois pontos de 
comunicação, um em cada extremidade do enlace ou ligação,
 Ligações multiponto - presença de três ou mais dispositivos de 
comunicação podendo utilizar o mesmo enlace.
Linhas de Comunicação
 A forma de comunicação através do meio físico pode ser tipo:
 Simplex - o enlace é utilizado apenas em um dos dois possíveis 
sentidos de transmissão.
 Half-duplex - o enlace é utilizado nos dois possíveis sentidos de 
transmissão, porém apenas um por vez.
 Full-duplex - o enlace é utilizado simultaneamente nos dois  Full-duplex - o enlace é utilizado simultaneamente nos dois 
possíveis sentidos de transmissão.
Topologias
 Vimos até agora uma estrutura geral de uma rede de
computadores.
 Hoje estudaremos as topologias para integração dos
processadores (computadores).
Topologia Anel
 Estações conectadas através de um caminho fechado.
 Por motivos de confiabilidade.
 O anel não interliga as estações diretamente, mas consiste em 
uma série de repetidores.
Topologia Anel
 Teoricamente, capaz de transmitir e receber dados em
qualquer direção. Porem as configurações mais usuais são
tratadas de forma unidirecional.
 Simplifica o projeto dos repetidores e tornar menos
complexa os protocolos de comunicação que asseguram acomplexa os protocolos de comunicação que asseguram a
entrega da mensagem.
 Repetidores são em geral projetados para transmitir e
receber dados simultaneamente, diminuindo assim o
retardo de transmissão.
Topologia Anel
 Quando a mensagem é enviada por um nó, ela
entra no anel e circula até ser retirada pelo nó de
destino ou até voltar ao nó de origem.
 É necessário um retardo na informação!!!!
Topologia Anel
 Permite mensagens de difusão, um pacote é enviado
simultaneamente para múltiplas estações.
 Endereçamento promíscuo ou modo espião:
 Se caracteriza, por exemplo, em desenvolver Se caracteriza, por exemplo, em desenvolver
programas para observação do tráfego dos canais,
construir matrizes de tráfego, fazer análise de
carregamento, realizar isolamento de falhas e
protocolos de manutenção, etc.
Topologia Anel
 Nesta topologia requer que cada nó seja capaz de
remover mensagens da rede ou passá-las à frente.
 Isso requer um repetidor ativo em cada nó.
 Uma quebra em qualquer dos enlaces entre os
repetidores vai fazer com que toda a rede pare,repetidores vai fazer com que toda a rede pare,
até o problema ser isolado ou um novo cabo
instalado.
Topologia em Anel
Topologia em Anel
 Possui três modos ou estados de funcionamento.
Topologia anel
 Estado de Escuta: Cada bit que chega ao repetidor é 
retransmitido com o menor retardo possível, o suficiente 
para realizar algumas funções:
 Análise do fluxo de dados para procura de 
determinados padrões de bits.
Em caso de pacotes endereçados à estação e  Em caso de pacotes endereçados à estação e 
detectados.
 Modificação de bits do fluxo de entrada para 
retransmissão, necessária em certas estratégias de 
controle.
Topologia Anel
 Estado de transmissão: Estação adquire o direito
de acesso à rede através de algum esquema de
controle e tem dados a transmitir.
 Durante este período pode receber um fluxo de Durante este período pode receber um fluxo de
bits do anel, exigindo dois tratamentos distintos,
para duas situações diferentes.
Topologia Anel
 Estes dois estados são suficientes para a operação
do anel. Porém existe um terceiro estado, modo
Bypass, ele aumenta o desempenho através da
eliminação do retardo introduzido na rede por
estações que não estão ativas.estações que não estão ativas.
Algumas melhores que podem ser feitas
 Utilizar concentradores: HUBS
 Isolamento de falhas se torna mais simples já que existe
ponto de acesso central para o sinal, evitando busca por
todo o anel.
 Modularidade é grande já que se pode adicionar novos
nós sem a parada da rede.nós sem a parada da rede.
Aneis Duplos
Topologia Anel
 bridges (pontes) - interligação de vários aneis com uma
ponte, formando sub-redes. A ponte encaminha os
pacotes de dados de uma sub-rede a outra com base
nas informações de endereçamento.
 Cada sub-rede pode operar de forma independente.
Uma falha no anel só afeta a sub-rede. Uma falha na
ponte não afeta a operação intra rede.
Topologia Anel
Topologia Anel
 Redes em anel têm vulnerabilidade a erros e
pouca tolerância a falhas.
 Caso de perda do controle de acesso leva a um Caso de perda do controle de acesso leva a um
difícil controle e decisão de qual nó deva
recuperar.
Topologia em barra
 Nas redes em topologia de barra comum, todas as
estações se ligam ao mesmo meio de transmissão.
Diferente das outras topologias, tem configuração
multiponto. Cada nó conectado à barra pode ouvir
todas as informações transmitidas.todas as informações transmitidas.
Topologia em Barra
 Os mecanismos de acesso ao meio podem ser :
Centralizados - o direito de acesso é determinado
por uma estação especial da rede. Oferece os
mesmos tipos de problemas de confiabilidade da
rede em estrela.
Descentralizados - a responsabilidade se distribuiDescentralizados - a responsabilidade se distribui
entre os nós. Apresenta o mesmo problema de
confiabilidade da rede em anel.
Topologia em Barra
 Topologias em barra podem usar interfaces passivas, cujas
falhas não param todo o sistema, nem aumentam o
retardo.
 Estações se ligam ao meio através
de transceptores (transmissor/receptor) que transmitem ede transceptores (transmissor/receptor) que transmitem e
recebem sinais e reconhecem a presença de sinais no
meio.
 O transceptor interfere o mínimo nas características
elétricas do meio. Este deve terminar, em ambos os
extremos, com cargas iguais à sua impedância
característica, para evitar reflexões.
Topologia em Barra
Topologia em Barra
 Distância máxima e número máximo de nós
dependem do meio de transmissão usado, da taxa de
transmissão e quantidade de ligações ao meio.
 Pode-se usar repetidores, que se tornam ponto de
diminuição da confiabilidade.diminuição da confiabilidade.
 O uso de Hubs facilita a localização e isolação de
falhas, alé de facilitar a inserção de novas estações
sem parar o sistema.
Topologia em Barra
Topologia em Barra
 Hubs podem ser interconectados como forma de
expansão da rede
Topologia em Estrela
 Cada nó é interligado a um nó central (mestre),
por onde passam todas as mensagens. Nó central é
o centro de controle da rede, interligando os
outros nós (escravos). Pode haver comunicações
simultâneas, se estações envolvidas foremsimultâneas, se estações envolvidas forem
diferentes.
Topologia em Estrela
 Arranjo em estrela é a melhor escolha se a
comunicação necessária na rede puder ser
suportada por esta topologia.
 Nó central com função única de chaveamento
entre estações é denominado comutador ou switch.
Topologia em Estrela
 O nó central pode ter funções de:
 Gerenciamento da comunicação,
 Processamento de informaçõessupridas pelos nós
"escravos",
 Compatibilizar velocidade de comunicação entre Compatibilizar velocidade de comunicação entre
transmissor e receptor,
 Converter protocolos,
 Fornecer proteção à rede,
 Realizar operações de diagnóstico da rede.
Topologia em Estrela
 Redes em estrela podem também atuar por difusão
(broadcasting), onde só o nó destino copia a
mensagem. Caso contrário, um nó apenas se
comunica com um outro através do nó central.
 Gerenciamento pode ser do tipo: chaveamento de
pacotes, de mensagens ou mesmo ATM
(AssynchronousTransfer Mode)
Topologia em Estrela
 Problemas principais de redes em estrela são:
Confiabilidade - falhas no nó central podem
parar o sistema.
Modularidade - configuração só se expande até
os limites do nó central.os limites do nó central.
Desempenho - limitado pela capacidade de
processamento do nó central.
Meios de transmissão
 Transmitir um fluxo bruto de bits de uma máquina
para outra.
 Existem vários meios físicos de transmissão de dados.
 Características Características
Largura de banda
Retardo
Custo
Facilidade de instalação
Manutenção
Meios de Transmissão
 Meio de transmissão guiado
Fios de cobre, fibras óticas, etc...
 Meio de transmissão não-guiado
Ondas de rádio, raios laser transmitidos pelo ar, Ondas de rádio, raios laser transmitidos pelo ar, 
etc...
Meios Magnéticos
 Uma das formas mais comuns de se transportar 
dados.
 Consiste em gravar e passar a mídia ao destino.
Parece ser uns dos piores 
procedimentos.
Meios Magnéticos
 Método muito eficaz sobre o ponto de vista financeiro.
= = 1,6 Pentabits= = 1,6 Pentabits
 Uma caixa de fitas pode ser entregue em qualquer parte 
do país em 24 horas.
 Taxa de transmissão 19 Gbps.
Meios Magnéticos
 E se for um caminhão!!!!
 Nunca subestime a largura de banda de uma caminhonete 
cheia de fitas “voando” na estrada.
Par Trançado
 Embora a largura de banda da fita magnética
sejam excelentes, as características de retardo são
ruins.
 O tempo de transmissão é medido em horas ou
minutos não em milissegundos.minutos não em milissegundos.
 Muitas aplicações precisam de uma conexão on-
line.
 O Par trançado é o meio de transmissão mais
antigo e ainda mais comum.
Par Trançado
 Os fios são enrolados de forma helicoidal, assim como
uma molécula de DNA.
 O trançado do fio faz com que tenha menor
interferência.
Par Trançado
 A aplicação mais comum do par trançado é o sistema
telefônico.
 Podem ser usados para transmissão de sinal analógico ou
digital.
 A largura de banda depende da espessura do fio e da A largura de banda depende da espessura do fio e da
distância percorrido.
 Devido ao custo e ao desempenho obtido, os pares
trançados são usados em larga escala.
 Isso deve permanecer por alguns anos.
Par Trançado
 Existem diversos tipos de cabeamento de pares
trançados.
 Categoria 3: Consistem em dois fios encapados
cuidadosamente trançados.
 Em geral, quatro desses tipo são agrupados dentro de Em geral, quatro desses tipo são agrupados dentro de
uma capa plástica protetora.
 Eram muito usados até 88, onde a maioria dos prédios
tinham um cabo da categoria 3 ligando cada um dos
escritórios a um armário de fiação.
Par Trançado
 Em 1988 foram lançados o pares trançados
categoria 5, mesma idéia dos categoria 3 porém
continham mais voltas fazendo com que tivessem
menos interferência.
 Com isso diminuiu a incidência d elinhas cruzadas Com isso diminuiu a incidência d elinhas cruzadas
e um melhor sinal a longas distâncias, isso os
tornou ideais para comunicação de computadores
de alta velocidade.
Par Trançado
 Existem hoje em dia os cabos de categoria 5E,
categoria 6 e categoria 7.
Categoria 6 Categoria 7
Cabo Coaxial
 Meio de transmissão comum.
 Tem melhor blindagem que os pares trançados,
assim podem estender por maiores distâncias.
Cabo Coaxial
 Comum ser utilizado em transmissões digitais.
 Usado com frequência nas transmissões analógicas e de
televisão a cabo.
 A construção e a blindagem do cabo proporcionam a ele
uma boa combinação de alta larguara de banda euma boa combinação de alta larguara de banda e
excelente imunidade a ruído.
 Eram muito usados no sistema telefônico em linhas de
longa distância, porém estão sendo substituídos por
fibras ópticas.
Fibra Óptica
 O IBM PC original (1981) funcionava com um
clock de 4,77 MHz, Vinte anos depois, os PCs
podiam chegar a 2 GHz, um aumento de 20 vezes
por década.
 Porém no mesmo período, a comunicação de Porém no mesmo período, a comunicação de
dados geograficamente distribuída passou de 56
Kbps para 1 Gbps, isso chega a marca de 125
vezes mais rápida por década.
Fibra Óptica
 Possui três componentes fundamentais
Fonte de luz;
Meio deTransmissão;
Detector
Fibra Óptica
 Por convenção o pulso de luz indica um bit 1, a
ausência de luz representa um bit zero.
 O meio de transmissão é uma fibra de vidro ultra
fino.
 O detector gera um pulso elétrico quando entra em O detector gera um pulso elétrico quando entra em
contato com a luz.
Fibra Óptica
 Quando é instalado uma fonta de luz em uma
extremidade de uma fibra ótica e um detector na
outra, temos um sistema de transmissão de dados
unidirecional
 Converte o sinal e o transite por pulsos de luz, Converte o sinal e o transite por pulsos de luz,
depois na extremidade de recepção, a saída é
reconvertida em um sinal elétrico.