Redes - Camada Física

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FUNDAMENTOS DE 
REDES DE 
COMPUTADORES
Jeanine dos Santos Barreto
Camada física
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Diferenciar transmissão analógica de transmissão digital.
  Definir modulação, codificação e multiplexação.
  Descrever os modos de transmissão e a largura de banda.
Introdução
Na camada física, a transmissão de dados pode ser do tipo analógica, na 
qual o sinal é contínuo, ou digital, em que o sinal não é contínuo e varia 
no tempo e na amplitude. 
Uma informação que é gerada por sinais analógicos gera uma onda 
eletromagnética que pode ter diversos valores em um intervalo de tempo, 
mas a informação digital tem sua representação baseada em valores de 
zeros e uns. 
A transmissão de dados em rede era predominantemente analógica, 
mas já tem sua grande parte operando de maneira digital, o que traduz 
muito o comportamento das pessoas ao produzir e consumir informação, 
uma vez que a rapidez e a eficiência são cada vez mais obrigatórias.
Neste capítulo, você vai estudar a transmissão analógica e a transmis-
são digital, com detalhes sobre modulação, codificação, multiplexação 
e modos de transmissão e largura de banda. 
A transmissão analógica e a transmissão digital
Na camada física, a comunicação de dados é feita entre o emissor e o receptor 
a partir da troca de sinais eletromagnéticos entre eles. Uma das funções da 
camada física é fazer o roteamento de bits entre os nós. Como os bits fazem 
a representação dos dois valores possíveis que são armazenados na memória 
de um nó, eles não são passados diretamente para o meio de transmissão, seja 
ele um fi o ou mesmo o ar. Além disso, eles precisam ser transformados em 
sinal antes de serem transmitidos.
Nesse sentido, um dos principais objetivos da camada física é converter 
os bits em sinais eletromagnéticos da maneira mais eficiente possível. Para 
entender como essa tarefa da camada física funciona, é preciso começar en-
tendendo que os dados que trafegam podem ser classificados em analógicos 
ou digitais (FOROUZAN; MOSHARRAF, 2013).
Os dados analógicos fazem referência a informações contínuas, ou seja, 
de forma semelhante à voz humana, os dados analógicos assumem valores 
contínuos.
Quando uma pessoa fala, uma onda analógica se cria no ar. Esse sinal pode, então, 
ser captado por um microfone e convertido em sinal analógico, ou ainda pode ser 
amostrado e convertido em um sinal digital.
Outro caso é o do relógio analógico, que tem ponteiros que marcam horas, 
minutos e segundos, mostrando a informação de forma contínua, com movimen-
tos contínuos dos ponteiros. É importante observar que, se o relógio é digital e 
mostra horas e minutos, os minutos trocam de maneira repentina (FOROUZAN; 
MOSHARRAF, 2013).
Segundo Forouzan e Mosharaff (2013), os dados digitais assumem valores 
discretos, e isso pode ser exemplificado com o fato de que os dados são arma-
zenados no computador na forma de zeros e uns, e eles podem ser convertidos 
em um sinal digital modulado ou em sinal analógico a ser transmitido por 
um meio qualquer.
Da mesma forma como os dados que são representados, os sinais também 
podem ser classificados em analógicos ou digitais. Um sinal analógico 
apresenta um número muito grande de níveis de intensidade, em um deter-
minado período de tempo. Na medida em que a onda se move de um ponto 
a outro, ela pode assumir infinitos valores ao longo do caminho. Já o sinal 
digital apresenta um número limitado de valores que são bem definidos e, 
normalmente, são 0 e 1.
A Figura 1, a seguir, traz a representação do sinal analógico e do sinal 
digital, sendo que o eixo vertical representa o valor ou a força do sinal, e o 
eixo horizontal representa o tempo.
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Figura 1. Representação de ondas do sinal analógico e do sinal digital.
Fonte: Forouzan e Mosharraf (2013, p. 537).
A transmissão digital
Normalmente, uma rede de computadores é projetada com a missão de enviar 
informações de um ponto a outro da rede. Para que sejam transmitidas, essas 
informações precisam ser convertidas em um sinal analógico ou digital. Se 
os dados forem digitais, será preciso fazer uma conversão digital-digital, 
utilizando métodos que convertam os dados digitais em sinais digitais. Caso 
os dados sejam analógicos, será preciso, então, fazer uma conversão analógico-
-digital e métodos que convertam dados analógicos em digitais.
A transmissão digital envia sinais digitais, pelo canal de comunicação, com 
um nível de amplitude que geralmente varia entre 0 e 1. Esse tipo de transmissão 
pode precisar de sincronização a cada período de tempo determinado, o que 
significa dizer que o emissor e o receptor precisam enviar sinais que devem 
ser conhecidos e compartilhados pelos dois. 
A conversão de dados digitais em sinais digitais utiliza três técnicas, que 
serão descritas a seguir com base em Forouzan e Mosharaff (2013).
  Codificação de linha: é o processo que converte dados digitais em 
sinais digitais. Os dados podem ser textos, números, imagens, áudios, 
vídeos ou qualquer meio, mas sempre serão armazenados na memória do 
computador na forma de sequência de bits. Dessa forma, a codificação 
de linha serve para converter uma sequência de bits em um sinal digital. 
No emissor, os dados digitais são codificados em um sinal digital; 
no receptor, os dados digitais são recuperados pela decodificação do 
sinal digital. Os esquemas para codificação de linha mais comumente 
encontrados podem ser do tipo polar, em que o nível de tensão oscila 
entre um valor positivo e um valor negativo; ou bipolar, no qual existem 
tensões do tipo positivo, negativo e zero.
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  Codificação de bloco: fornece um desempenho melhor do que a codi-
ficação de linha, pois provê a redundância necessária para possibilitar 
a sincronização e, ainda, um mínimo de detecção de erros no código. 
Na codificação de bloco, um bloco de bits é transformado em um outro 
bloco de bits, maior do que o bloco inicial. Geralmente, a codificação 
de bloco consiste nas etapas de divisão, em que uma sequência de bits 
é dividida em grupos de bits; substituição, na qual um grupo de bits é 
substituído por outro grupo de bits; e combinação, quando os grupos 
de bits são recombinados para formar um fluxo de bits, que tem um 
número maior de bits do que o grupo de bits original.
  Embaralhamento: é utilizado quando é preciso substituir longos pulsos 
de nível zero por uma combinação de outros níveis, fornecendo sincro-
nização. Diferentemente da codificação de bloco, o embaralhamento 
é executado ao mesmo tempo da codificação, ou seja, é preciso que o 
sistema insira os pulsos necessários com base nas regras de embara-
lhamento definidas. 
A transmissão analógica
Esse tipo de transmissão de dados consiste na circulação de informações, de 
um ponto a outro, utilizando um suporte físico de transmissão na forma de 
onda. A transmissão de dados pela onda portadora transporta os dados pela 
modifi cação de uma das suas características, que pode ser a amplitude, a 
frequência ou a fase (FOROUZAN; MOSHARRAF, 2013).
Por causa disso, a transmissão analógica também recebe o nome de trans-
missão por modulação de onda portadora e, dependendo do parâmetro da 
onda portadora que vai ser modificado, é possível classificar a transmissão 
analógica por modulação de amplitude, por modulação de frequência ou por 
modulação de fase, que serão discutidas na sequência.
A transmissão analógica pode transmitir dados analógicos ou dados digi-
tais. Na transmissão analógica de dados analógicos, existe um esquema em 
que os dados que devem ser transmitidos são passados diretamente, de forma 
analógica, ou seja, sem sofrer modificação. Dessa forma, para que esse sinal 
seja transmitido, é preciso que o equipamento terminal do circuito de dados 
alterne, de maneira contínua, o sinal que deve ser transmitido e também a 
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onda portadora. Com isso, a onda que vai transmitir deve ser formadapela 
combinação da onda portadora e do sinal que deve ser transmitido.
A transmissão analógica surgiu antes mesmo dos dados digitais, por isso, 
foi preciso elaborar uma maneira de transmitir dados digitais de maneira 
analógica. Para solucionar esse problema, foi criado um dispositivo chamado 
modem, que tem a função de converter dados digitais em sinais analógicos 
no momento da emissão e converter sinal analógico em dados digitais no 
momento da recepção dos dados.
Modulação, codificação e multiplexação
A modulação, a codifi cação e a multiplexação se relacionam com a transfor-
mação dos dados e a forma de enviá-los pelo meio, do receptor ao emissor.
Modulação e codificação
Independentemente de qual seja o meio utilizado para fazer a transmissão de 
dados entre computadores, seja por cabos ou por ondas no ar, ela será sempre 
feita por ondas que codifi cam os bits, ou seja, sempre haverá codifi cação. 
A codifi cação se vincula à forma como os sinais são introduzidos no meio 
físico que será utilizado para a transmissão e ao formato em que eles serão 
transmitidos no meio físico (COMER, 2016).
Existem diferentes tipos de codificação:
  codificação polar: a tensão oscila entre valores positivos e negativos;
  codificação bipolar: existem três níveis de tensão, que são o positivo, 
o negativo e o zero;
  codificação multinível: apresenta envio de mais bits a cada variação 
do sinal.
Enquanto a codificação é utilizada em sistemas digitais, fazendo a trans-
formação de dados analógicos e digitais em sinais digitais, a modulação é 
utilizada em sistemas analógicos, fazendo a conversão de dados analógicos e 
digitais em sinais analógicos (MORAES, 2010) (Figura 2). 
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Figura 2. Modulação e codificação.
Fonte: Adaptada de Moraes (2010).
É preciso que as interfaces que fazem a ligação dos computadores em rede 
tenham circuitos que consigam codificar os sinais que precisam ser emitidos 
e decodificar os sinais que são recebidos.
O processo de hardware que recebe uma sequência de bits de dados e faz 
a modulação para a onda portadora é chamado de modulador, e o processo de 
hardware que recebe uma onda portadora modulada e reconstrói a sequência 
de bits de dados que foi utilizada na modulação da portadora é chamado de 
demodulador. 
Isso quer dizer que, para que os dados sejam transmitidos, é preciso um 
modulador em uma das pontas e um demodulador na outra ponta, mas, como 
a maior parte dos sistemas de comunicação da atualidade é full-duplex, em 
ambas as pontas, é desejável que se tenha um dispositivo que seja capaz de 
fazer a modulação e a demodulação. Por isso, a maior parte dos fabricantes 
combinam, em um mesmo dispositivo, mecanismos capazes de fazer a mo-
dulação e a demodulação.
Um sistema de comunicação é chamado de half-duplex quando existe um dispositivo 
emissor e outro receptor, e cada um pode transmitir e receber dados, desde que isso 
não aconteça de maneira simultânea.
Um sistema de comunicação full-duplex é aquele em que existe um dispositivo 
emissor e outro receptor, e ambos podem receber e transmitir dados de maneira 
simultânea e em ambos os sentidos, ou seja, a transmissão de dados é bidirecional.
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O termo modulação é utilizado para fazer referência às alterações que são 
feitas na onda portadora, com base na informação que está sendo enviada. A 
modulação precisa de duas entradas, uma portadora e um sinal, e sua saída é 
uma portadora modulada.
O emissor dos dados deve fazer a alteração de uma das características 
da onda, que pode ser a amplitude, a frequência ou o deslocamento de 
fase, o que resulta nos três tipos principais de modulação (COMER, 2016), 
mostrados a seguir.
  Modulação em amplitude: nesse tipo de modulação, existe uma 
variação da amplitude de uma portadora, de maneira proporcional 
à informação enviada, ou seja, variando com um sinal. A portadora 
vai continuar oscilando em uma frequência fixa, mas a amplitude da 
onda vai variar. Na modulação em amplitude, somente a amplitude, 
ou a magnitude, da onda senoidal recebe modificações. O gráfico do 
tempo de uma portadora modulada vai ter uma forma semelhante à do 
sinal que foi utilizado (Figura 3).
Figura 3. Modulação em amplitude.
Fonte: Loureiro et al. (2014, p. 156).
  Modulação em frequência: quando esse tipo de modulação é utilizado, 
a amplitude da portadora vai permanecer inalterada, mas a frequência 
vai se modificar de acordo com o sinal. Pode-se dizer que, quando o 
sinal for forte, a frequência da portadora vai aumentar, e quando o sinal 
for fraco, a frequência da portadora vai diminuir. A modulação em 
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frequência (Figura 4) é mais difícil de ser observada, porque pequenas 
alterações na frequência não são visíveis de maneira muito clara. 
Figura 4. Modulação em frequência.
Fonte: Loureiro et al. (2014, p. 156).
  Modulação por deslocamento de fase: esse tipo de modulação en-
volve o deslocamento de um tempo de referência na onda senoidal. A 
modulação por fase é possível, mas apenas na teoria, pois raramente 
se utiliza esse tipo de modulação em um sinal analógico. Isso acontece 
porque, se a fase mudar após um ciclo, a próxima onda senoidal vai 
começar um pouco depois, e qualquer atraso vai fazer a modulação 
ficar parecida com uma alteração na frequência. É por isso que a mo-
dulação por deslocamento de fase (Figura 5) pode ser confundida com 
a modulação em frequência. 
Figura 5. Modulação em fase.
Fonte: Loureiro et al. (2014, p. 156).
Camada física8
Multiplexação
A multiplexação é a técnica que permite que mais de um sinal seja transmitido 
por um mesmo meio físico. Nesse sentido, a capacidade de transmissão de 
cada meio físico é dividida em canais, a fi m de transportar informações de 
diferentes equipamentos.
Na multiplexação, o principal objetivo é partilhar, de maneira física, um 
meio de comunicação entre várias conexões independentes e simultâneas 
em um mesmo espaço de comunicação. A multiplexação envolve a divisão 
da capacidade de transmissão de um meio ou da banda passante desse meio 
em porções menores, a fim de obter canais lógicos menores e independentes, 
mas sempre no mesmo meio (CARISSIMI; ROCHOL; GRANVILLE, 2009).
O canal lógico é um elemento físico, tem caracterização física e não pode 
ser confundido com o conceito de circuito ou canal virtual de rede. A divisão 
em que a multiplexação consiste pode ser implementada por divisão de frequ-
ência ou por divisão de tempo, conforme demonstrado na Figura 6, a seguir.
Figura 6. Multiplexação em frequência e multiplexação em tempo.
Fonte: Carissimi, Rochol e Granville (2009, p. 133).
Quando a transmissão de dados passou a ser algo importante, as fontes de 
informação eram praticamente todas analógicas, como o rádio, a televisão e 
a telefonia. Dessa forma, era muito utilizada a forma de multiplexação em 
frequência, que tem como principais características (COMER, 2016):
9Camada física
  ser o tipo mais antigo de multiplexação;
  aplicar-se muito bem a sinais analógicos;
  ser pouco eficiente, pois necessita de muita banda de resguardo;
  precisar de um determinado hardware para cada canal lógico;
  ter uma implementação complicada e de custo alto.
Com o passar do tempo, as fontes de informação foram tornando-se predomi-
nantemente digitais e, então, a multiplexação em tempo passou a ser mais comum. 
As principais características desse tipo de multiplexação são (COMER, 2016):
  aplicar-se muito bem a sinais digitais;
  ser muito eficiente e não necessitar de quase nada de tempo de resguardo;
  poder ser implementado por software ou por hardware, de modo que 
a implementação é mais fácil;
  o custo é mais baixo.
Os modos de transmissão e a largura de banda
O termo modo de transmissão é utilizado quando se faz referência à forma 
como os dados são enviados de um ponto a outro. Normalmente, os modos 
de transmissão são divididos em dois tipos: a paralela e a serial (COMER, 
2016) (Figura 7).
A transmissão paralela é o tipode transmissão em que vários bits são 
enviados de uma só vez, e a transmissão serial é o tipo de transmissão em que 
um bit é enviado por vez. Na transmissão serial, existe uma categorização de 
acordo com o tempo de transmissão.
Figura 7. Representação dos modos de transmissão.
Fonte: Comer (2016, p. 134).
Camada física10
Transmissão paralela
Esse tipo de transmissão é aquele em que vários bits de dados são trans-
mitidos de cada vez, por meios de transmissão separados, geralmente 
envolvendo meios com fi os independentes. Os sinais em todos os fi os são 
sincronizados, isto é, cada bit trafega em cada um dos fi os exatamente ao 
mesmo tempo.
Além dos fios paralelos que transportam os dados, uma interface para-
lela possui outros fios, que vão permitir que o emissor e o receptor sejam 
coordenados. Outra característica importante é que os fios de um sistema de 
transmissão paralela ficam em um único cabo físico. Dessa forma, apenas um 
cabo físico conecta o emissor e o receptor, e não um conjunto de fios físicos 
independentes um do outro.
As principais vantagens na utilização da transmissão paralela são as se-
guintes (COMER, 2016):
  alta banda passante: como é possível enviar vários bits ao mesmo tempo, 
então pode-se dizer que um sistema de transmissão paralela pode enviar 
vários bits enquanto um sistema de transmissão serial envia apenas 
um bit;
  semelhante ao hardware: se for observado internamente, o hardware 
de comunicação utiliza circuitos paralelos, ou seja, um sistema de 
transmissão paralela corresponde ao hardware interno.
Transmissão serial
Esse tipo de transmissão é considerado uma alternativa à utilização da trans-
missão paralela, pois envia apenas um bit de cada vez. Apesar de parecer um 
absurdo optar pela transmissão serial, principalmente em termos de velocidade 
de transmissão, uma grande parte dos sistemas de comunicação utiliza esse 
modo de transmissão. Essa preferência se dá, principalmente, por três motivos 
(COMER, 2016):
  o sistema de transmissão serial custa bem menos do que o sistema 
de transmissão paralela, pois são necessários menos fios físicos e os 
componentes eletrônicos utilizados são bem mais baratos;
  os sistemas de transmissão paralelos exigem que cada fio tenha o mesmo 
comprimento, pois uma diferença de alguns milímetros já pode gerar 
problemas na transmissão;
11Camada física
  os sinais nos fios paralelos podem causar ruídos eletromagnéticos que 
vão causar interferência com os sinais em outros fios, sempre que as 
taxas de dados forem extremamente elevadas.
Para utilizar a transmissão serial, o emissor e o receptor dos dados devem 
ter um módulo de hardware que faz a conversão dos dados da forma paralela 
utilizada no dispositivo para a forma serial utilizada no fio.
Em um sistema de transmissão serial, os mecanismos podem ser divididos 
em três tipos, dependendo de como as transmissões ficam divididas ao longo 
do tempo (COMER, 2016):
  transmissão assíncrona: é o tipo de transmissão que pode ocorrer a 
qualquer tempo, tendo uma espera aleatória entre as transmissões dos 
itens de dados. Esse tipo de sistema permite que o meio físico fique 
inativo por um tempo indeterminado entre as transmissões. Esse é o 
tipo de transmissão ideal para quando as aplicações geram dados de 
forma aleatória, sem um espaço definido de tempo entre elas. Um bom 
exemplo é quando existe um usuário que está lendo notícias na internet 
e, a cada vez que ele finaliza a leitura em um site, ele clica no link de 
outro para ler uma nova notícia, mas não se sabe precisar de quanto em 
quanto tempo ele irá para outro link. A maior desvantagem desse tipo de 
transmissão é que o emissor e o receptor perdem a coordenação entre 
eles, pois não se pode determinar por quanto tempo o meio ficará inativo;
  transmissão síncrona: caracteriza a principal alternativa ao tipo de 
transmissão assíncrona, e é o tipo de transmissão que acontece de 
forma contínua, sem nenhum intervalo de tempo de espera entre as 
transmissões dos itens de dados. Nesse tipo, finalizada a transmissão 
do último bit de um byte de dados, o emissor transmite um bit do 
próximo byte de dados, o que avisa ao receptor que a transmissão vai 
continuar. A principal vantagem desse tipo de transmissão é que o 
emissor e o receptor ficam sincronizados o tempo todo, não perdem a 
coordenação entre eles;
  transmissão isócrona: é o tipo de transmissão que acontece com um 
intervalo de tempo fixo entre as transmissões dos itens de dados. Ele 
pode ser visto como uma variação do tipo de transmissão síncrona, e 
foi elaborado para oferecer um fluxo contínuo de bits, utilizado em 
aplicações de voz ou de vídeo, pois a entrega de dados desse tipo, a uma 
taxa constante, é o elemento mais importante, uma vez que atrasos não 
são bem-vindos. Nesse sistema de transmissão, não é preciso que existam 
Camada física12
dados para serem transmitidos, uma vez que a rede é concebida para 
receber e enviar dados de forma ritmada e em intervalos fixos de tempo.
Largura de banda
A largura de banda consiste na faixa de frequências ocupada pelo sinal mo-
dulado e pode fazer referência tanto à transmissão de dados analógica quanto 
à transmissão de dados digital (COMER, 2016). Veja, a seguir, os tipos de 
largura de banda de sinal analógico e digital.
  Largura de banda de sinal analógico: esse tipo de largura de banda 
pode ser definido como a diferença entre as frequências mais altas e 
mais baixas das partes integrantes do sistema. Para o cálculo, utiliza-
-se a análise de Fourier para saber as frequências maiores e menores. 
Como exemplo, pode-se imaginar um sistema que produza sinais de 1 
e 2 Hertz, o que, nesse caso, significa que a largura de banda de sinal 
analógico é de 1 Hertz.
  Largura de banda de sinal digital: esse tipo de largura de banda 
também utiliza a análise de Fourier para encontrar as ondas senoi-
dais integrantes do sistema e, assim, poder verificar as frequências. 
Quando esse tipo de análise é aplicado em uma onda quadrada, como 
é o sinal digital, é produzido um conjunto infinito de ondas senoidais, 
que seguem até o infinito. Nesse sentido, é possível compreender que 
a largura de banda de um sinal digital é infinita, pois as frequências 
crescem até o infinito.
CARISSIMI, A. S.; ROCHOL, J.; GRANVILLE, L. Z. Redes de Computadores. Porto Alegre: 
Bookman, 2009.
COMER, D. E. Redes de Computadores e Internet. Porto Alegre: Bookman, 2016.
FOROUZAN, B. A.; MOSHARRAF, F. Redes de computadores: uma abordagem top-down. 
Porto Alegre: AMGH, 2013.
LOUREIRO, C. A. H. et al. Redes de computadores III: níveis de enlace e físico. Porto Alegre: 
Bookman, 2014.
MORAES, A. F. Redes de computadores: fundamentos. Sã o Paulo: É rica, 2010.
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