aula 4 stefany

Prévia do material em texto

Comunicação de dados Comunicação de dados –– Aula 04Aula 04
Prof. Stéfany Mendes
Esp. Em Segurança em Redes de Computadores
Conceitos, Sinal Analógico e 
Digital
Introdução - Classificação
• Tantos os dados como os sinais que os
representam podem ser analálogicos ou então
digitais .
• Dados analógicos refere-se a informações que
são contínuas. Ex. ponteiros dos relógio
analógicos.
• Dados digitais correspondem a informações que
possuem estados discretos. Ex. relógio digital.
Introdução - Classificação
– Sinais Analógicos – Tem infinitamente muitos níveis de
intensidade ao longo de um período de tempo. O sinal
analógico corresponde a uma onda eletromagnética
gerada que pode assumir infinitos valores ao longo de
seu caminho;
Introdução - Classificação
– Sinais Digitais – pode ter apenas um numero limitado
de valores definidos. Embora cada valor possa ser um
número qualquer, geralmente ele é representado com
um nível lógico 1 ou 0.
Introdução 
Sinais Periódicos e Não Periódicos
• Os Dados Analógicos ou Digital, podem ser traduzidos e
convertidos para efeito de transmissão elétrica em
Sinais Analógicos ou em Sinais Digitais.
• Tanto os sinais analógicos quanto os sinais digitais
podem assumir uma das duas formas: periódicos e não
periódicos.
5
Introdução 
• Sinais Periódico: Completa um padrão dentro de um
período e esse padrão se repete, de forma idêntica, ao
logo dos outros períodos. Ao término de um padrão
completo é chamado de ciclo.
• Sinal não periódico: Muda sem exibir um padrão ou
ciclo que se repita ao longo do tempo.
6
Na comunicação de dados, usamos comumente sinais 
analógicos periódicos e sinais digitais não periódicos
SINAL ANALÓGICO PERIÓDICO
Sinal Analógico
Exemplo de sinal Analógico
Sinal Analógico
Sinais Analógico Periódicos
• Apresenta uma variação contínua ao longo do tempo, sendo as
informações geradas por variações contínuas de amplitude,
podendo ter características de amplitude e frequência bastante
variáveis.
Podem ser classificados como:
– Simples: formado por um único sinal (ex. senóide);
– Compostos: formado por vários sinais simples (ex. senóides).
Sinais Analógico Periódicos
• Ondas senoidal é um fluxo oscilante simples, sua
mudança ao longo do curso de um ciclo é suave e
consistente, um fluxo oscilante e contínuo. É a forma
mais fundamental de um sinal analógico periódico.
Sinal Analógico Periódicos
• Um sinal analógico simples pode ser representado
por uma onda senoidal (curva oscilante simples) que
possui as seguintes características:
– Amplitude (A) - Valor absoluto de maior intensidade (energia que
carrega). É medida em Volts;
– Período (T) - Tempo necessário para completar um ciclo, expresso em
segundos;
– Freqüência (f) – definimos freqüência como a quantidade de ciclos num
intervalo de tempo de um segundo. O período (T) é a razão inversa da
freqüência, ou seja: f = 1/ T. o período é formalmente expresso em
segundos, já a freqüência utiliza hertz (Hz);
– Fase (φ) – descreve a posição da forma de onda em relação ao tempo
zero. A fase é medida em graus ou radianos.
Sinal Analógico Periódicos – Fase
• A fase
descreve a
posição da
forma de
onda relativa
ao instante 0.
• É medida em:
– graus;
– radianos;
Sinal Analógico Periódicos – Amplitude
• Nas figuras ao
lado podemos
observar dois
sinais com a
mesma fase e
freqüência,
mas com
amplitudes
máximas
diferentes.
Sinal Analógico Periódicos
• Período = Quantidade
de tempo que um sinal
demora para completar
um ciclo;
• Frequência = é o
número de períodos em
1 s;
• Frequência e período são 
inversamente proporcionais
Sinal Analógico Periódicos 
Unidades de períodos e freqüências
Unidade de Período Equivalência Unidade de Frequência Equivalência
Segundos (s) 1 s hertz (Hz) 1 Hz
Millisegundos (ms) 10 3 s kilohertz (KHz) 103 Hz
Microsegundos (µs) 10 6 s megahertz (MHz) 106 Hz
Nanosegundos (ns) 10 9 s gigahertz (GHz) 109 Hz
Picosegundos (ps) 10 12 s terahertz (THz) 1012 Hz
Sinal Analógico Periódicos
Só para exercitar...
• Atividade
1 - Determine o período para o sinal elétrico
cuja a frequência seja de 60 Hz.
Sinal Analógico Periódicos
Domínios de tempo e da freqüência. 
- Domínio do tempo = mostra mudanças na amplitude
do sinal em relação ao tempo, a fase não é revelada
explicitamente em um gráfico de domínio do tempo.
- Domínio da freqüência = o domínio da freqüência se
preocupa apenas com o valor máximo e a freqüência.
Mudanças de amplitude durante um período não são
apresentadas.
Sinal Analógico Periódicos
Domínios de tempo e da freqüência. 
Sinal Analógico - Periódicos 
• Sinais Compostos – Segundo Fourier (matemático
Francês) um sinal composto é, na verdade, uma
combinação de ondas senoidais simples com
diferentes Freqüências, Amplitudes e Fases. Para
que seja estabelecido uma comunicação de dados
é necessário enviar um sinal composto ou seja
várias ondas senoidais simples.
Sinal Analógico - Periódicos 
Há dois tipos de sinal composto: periódico ou não 
periódico.
• Sinal composto periódico pode ser decomposto em
uma série de ondas senoidais simples com
freqüências discretas.
• Sinal composto não periódico pode ser decomposto
em uma combinações de um número infinito de
ondas senoidais simples com freqüências contínuas,
freqüências que possuem valores reais.
Sinal Analógico - Periódicos 
Sinal Analógico - Periódicos 
• Sinal composto pode ser o sinal criado por um microfone ou
por um telefone. Nesse caso, o sinal composto não pode ser
periódico, porque isso implica repetir a mesma palavra com
exatamente o mesmo tom. Um ser humano é capaz de criar
um intervalo contínuo de freqüência entre 0 a 4khz.
Figura mostra um sinal composto não periódico. Este sinal pode ser gerado por um microfone 
ou um por um telefone quando uma palavra é pronunciada.
Sinal Analógico - Periódicos 
– Largura de banda de um sinal composto é a diferença
entre a maior e a menor freqüência contida no sinal.
Por exemplo, se um sinal composto contiver freqüência
entre 1.000 e 5.000, sua largura de banda será 5.000 –
1.000, ou seja, 4.000.
SINAL DIGITAL
Sinal Digital
Exemplo de sinal digital
Sinal Digital
•Relógio digital:
•Fibra Óptica:
Sinal Digital
• É uma seqüência de dois níveis discretos de
impulsos de tensão ou de corrente, com
amplitude definida (altura do sinal), utilizando
a linguagem binária (dois níveis) “0” e “1” e
sucedendo-se a intervalos de tempo
regulares.
• A comunicação entre a fonte e o destino
através de pulsos de diferentes voltagens.
Sinal Digital
Amplitude
Tempo
Sinal Digital
• Dados binários (bits) podem ser representados por
sinais digitais:
– Codificação.
• Um sinal digital é um sinal composto de largura de
banda infinita:
– Perda de freqüências no meio;
– Relação direta entre a banda passante do meio e a
quantidade máxima de bits que o meio deixa
passar → “banda passante” digital.
Sinal Digital
• Um sinal digital pode ter mais de dois níveis. Neste caso é possível 
enviar mais de 1 bit por nível como mostrado na figura. Se um sinal 
tiver L níveis, cada nível precisa log2 L bits.
Formula: Nº de bits por segundo = Nº de pulso por segundo X logFormula: Nº de bits por segundo = Nº de pulso por segundo X log22 L.L.
Numero de bits por nível = logNumero de bits por nível = log22 LL
Sinal Digital
Atividades:
1. Um sinal digital tem oito níveis. Quantos bits são
necessários por nível?
2. Um sinal possui 2 níveis de codificação de dados, com
1ms de duração de pulso. Determine:
a) O numero de pulso.
b) O numero de bits por segundo.
Número de bits por nível = log2 8 = 3
Número de pulso por segundo = 1 = 1 pulsos/s
1 x 10³ s 
Número de bits por segundo = Número de pulso por segundo x log2 L
= 1 x log2 2 = 1 bps
Sinal Digital
• Taxa de Transferência – A maioria de sinais digitais é
não periódicas com isto a freqüência e período não são
características adequadas. Em sinais digitais a
freqüência é representada por taxa de transferência
que é o numerode bits enviados em 1s, expresso em bit
por segundo (bps).
• Comprimento de Bits – o comprimento de bits é a
distância que um bit ocupa no meio de transmissão.
• Transmissão de Sinal Digital – É possível transmiti um
sinal digital através das seguintes formas:
– Transmissão banda-base
– Transmissão banda larga (usando modulação).
Sinal Digital
• Transmissão Banda–Base: Significa enviar um sinal
digital por um canal sem mudá-la em um sinal analógico.
• Esta transmissão requer um canal passa – baixa, ou seja,
um canal com largura de barda que começa com 0.
Sinal Digital Largura de banda
• Largura de Banda – A largura de banda é a medida da 
quantidade de informação que pode ser transferida de 
um lugar para o outro em um determinado período de 
tempo. 
• Há dois usos comuns da expressão largura de banda: 
– um se refere a sinais analógicos
– o outro, a sinais digitais. 
• Trabalharemos com largura de banda digital, chamada 
simplesmente de largura de banda.
Sinal Digital Largura de banda
• Unidade de informação mais básica: bit. 
• Unidade básica de tempo: segundo. 
• Então, se estivermos tentando descrever a QUANTIDADE
de fluxo de informações em um intervalo de tempo
ESPECÍFICO, poderíamos usar as unidades "bits por
segundo" para descrever esse fluxo.
• Bits por segundo - é uma unidade de largura de banda. 
Sinal Digital Largura de banda
• É claro, se a comunicação se desse a essa taxa, 1 bit por 
1 segundo, ela seria muito lenta. Imagine tentar enviar o 
código ASCII do seu nome e endereço - levaria minutos! 
Dessa forma, utilizamos as unidades a seguir :
Sinal Digital Largura de banda
Sinal Digital Largura de banda
• Imagine que você tenha muita sorte e tenha um cable
modem (utilizado em redes de transmissão de TV por
cabo convencionais para transmitir dados em
velocidades que variam de 70 Kbps a 150 Mbps);
• Ou que a loja local tenha acabado de instalar uma linha
ISDN (redes de telefonia convencionais para transmitir
dados em alta velocidade que variam de 64 a 128 Kbps);
• Ou que sua escola tenha acabado de receber uma LAN
Ethernet de 10 Megabits.
Sinal Digital Largura de banda
• Imagine que aquele filme que você quer ver, ou a página
da Web que deseja carregar, ou o software do qual
deseja fazer download leve um tempo enorme para ser
recebido.
• Você acreditou que estava usando toda a largura de
banda anunciada?
• Há outro conceito importante que você devia ter levado
em conta, ele se chama throughput.
Sinal Digital Largura de banda
Throughput – é a medida da rapidez pela qual podemos
realmente enviar dados pela rede. Para calcular o
throuphput temos:
- Infelizmente, por muitas razões, o throughput é muito
menor que a largura de banda digital máxima possível
do meio que está sendo usado.
Sinal Digital Largura de banda
• Uma rede com largura de banda de 10Mbps é capaz de
transmitir 12.000 pacotes em média por minuto e cada
pacote possui, em média, 10.000 bits. Qual é o
throughput desta rede?
Sinal Digital Largura de banda
• Alguns dos fatores que determinam o throughput e 
a largura de banda estão listados abaixo:
– Dispositivos de internetworking;
– Tipos de dados sendo transferidos;
– Topologia;
– Número de usuários;
– Computador do usuário;
– Computador servidor;
– Falhas de energia ou induzidas pelo tempo.
Sinal Digital
• Um sinal digital é um sinal analógico composto
por largura de banda infinita.
Sinal Digital canal passa-baixa com 
largura de banda ampla
• A transmissão banda-base de um sinal que
preserve a forma do sinal digital é possível
apenas se tivermos um canal passa-baixa com
largura de banda infinita ou muito ampla.
Sinal Digital – Canal passa-baixa com 
largura de banda limitada
• Para fazermos uma aproximação do sinal
digital por meio de um sinal analógico. O nível
de aproximação depende da largura de banda
disponível.
- Aproximação Grosseira,
- Melhor aproximação,
Sinal Digital – Canal passa-baixa com 
largura de banda limitada
• Na aproximação grosseira, vamos pegar um sinal
digital com padrão de 3bits. Os caso ( 000 para 111)
são simulados com um sinal analógico de freqüência
f = N/2 e fases 180° para 000 e uma fase 0°. Os
outros quatro casos podem ser simulados apenas
por meio de um sinal analógico com f = N/4 e fases
180°, 270°, 90° e 0°. Em outras palavras, precisamos
de um canal capaz de tratar freqüências 0, N/4 e
N/2. Essa aproximação grosseira é conhecida como
usando a freqüência da primeira harmonia (N/2).
Sinal Digital – Canal passa-baixa com 
largura de banda limitada
Sinal Digital – Canal passa-baixa com 
largura de banda limitada
• Na melhor aproximação tem que fazer com que o
sinal analógico se pareça mais com a de um sinal
digital, assim, precisamos acrescentar mais
harmônica das freqüências.
Na transmissão banda-base, a largura de banda necessária é 
proporcional à taxa de transferência; se precisarmos enviar 
bits de forma mais rápida, necessitaremos de mais largura 
de banda.
Sinal Digital – Canal passa-baixa com 
largura de banda limitada
Sinal Digital – Canal passa-baixa com 
largura de banda limitada
Sinal Digital – transmissão Banda larga 
• Transmissão Banda–Larga (usando
modulação): Significa transformar o sinal
digital em sinal analógico para transmissão. A
modulação permite usa um canal passa-faixa
um canal com largura de banda que não se
inicie em 0.
Sinal Digital – transmissão Banda larga 
Se o canal disponível for um canal passa-faixa, 
não se pode enviar diretamente o sinal para 
o canal; é necessário converter o sinal digital 
em sinal analógico antes da transmissão. 
Sinal Digital – transmissão Banda larga 
Sinal Digital
• Perca na transmissão – As imperfeição
provoca perda de sinal, ou seja, o que é
enviado não é aquilo que é recebido.
Sinal Digital- Atenuação
• Atenuação – significa perda de energia. Parte
da energia elétrica no sinal é convertida em
calor . Para compensar essa perda, são
usados amplificadores para o sinal.
Sinal Digital- Atenuação
• A energia é perdida em qualquer meio. No cabo
metálico é dissipada em forma de energia térmica,
justificando o aquecimento do fio ao transmitir
informação.
• Para compensar essa perda, são usados
amplificadores.
• Unidade de medida de intensidade do sinal: decibel
(dB)
Sinal Digital - Decibel
• Decibel – mostra se um sinal está fraco ou
forte. Ele mede a intensidade relativas de dois
sinais ou um sinal em dois pontos diferentes,
caso seja negativo ele está atenuado, caso seja
positivo ele está amplificado.
As variáveis P1 e P2 são, respectivamente, as potências 
de um sinal nos pontos 1 e 2. 
Sinal Digital - Decibel
• A principal razão dos engenheiros utilizarem 
decibéis para medir mudanças de intensidade 
é o fato desses valores poderem ser somados 
ou subtraídos. Exemplo:
Resultado final:
Sinal Digital - Distorção
• Distorção – Significa que o sinal muda sua forma ou
formato. A distorção pode ocorrer em um sinal composto
formado por diversas frequências. Cada componente do
sinal tem sua própria velociadade de propagação por um
meio e, portanto, seu próprio retardo em atingir o destino
final.
Sinal Digital - Distorção
• A potência do sinal recebido diminui com a distância (atenuação)
• Em meios guiados, a atenuação varia exponencialmente com a
distância (medida em escala logarítmica; unidade: dB / km);
• A transmissão analógica requer amplificadores;
• A atenuação depende das características do meio;
• A atenuação aumenta com a frequência (distorção de amplitude);
• Potência do sinal recebido (detecção);
– Deve ser suficiente para ser detectado (sensibilidade do
receptor);
– A taxa de ocorrência de erros depende da relação sinal ruído;
• O sinal digital é regenerado com recurso a repetidores
Sinal Digital
• Ruído – nada mais é do que perda de sinal, onde, temos
vários tipos de ruído. São eles:
- Ruídos térmicos, - Ruídos linha cruzadas,
- Ruídos induzidos, - Ruídos de impulso,
Sinal Digital
• Ruídos térmicos – é a movimentação aleatóriade elétrons
em um fio que cria um sinal extra que não foi
originalmente enviado pelo transmissor.
• Ruídos induzidos – provém de fontes como motores e
aparelhos elétricos.
• Ruídos linha cruzadas – é o efeito de um fio sobre o outro,
onde, um atua com uma antena receptora e outro como
transmissora.
• Ruídos de impulso – é um pico de energia, proveniente de
cabos de força, relâmpagos e outros.
Sinal Digital - Ruído
• Características;
– É constituído por sinais eletrônicos aleatórios;
– Por serem aleatórios, não podem ser
completamente compensados;
– Adição adulterada ao sinal de informação que
tende a alterar seu conteúdo;
– É um sinal indesejável;
– É muito difícil de compensar, pois não pode ser
prognosticado, a não ser em termos de
probabilidade.
Sinal Digital
• Relação Sinal/Ruído (SNR)– é a razão daquilo que é
desejado (sinal) por aquilo que não é desejado (ruído).
Um SNR alto significa que o sinal é menos afetado pelo 
ruído e um SNR baixo significa que o sinal é mais 
prejudicado pelo ruído.
Sinal Digital
• Limites na taxa de dados – é a rapidez com que 
podemos enviar os dados, em bits por segundo, 
através de um canal. Isso depende de três 
fatores:
– A largura de banda disponível,
– O nível dos sinais usados,
– A qualidade do canal (o nível de ruído).
Sinal Digital – Taxa de dados segundo 
Nyquist
• Canal sem ruído: Taxa de transferência de
Nyquist – define a taxa de transferência teórica
máxima.
onde:
L = número de níveis do sinal usados para representar dados
Desta forma segundo Nyquist, aumentar os níveis 
de um sinal reduz a confiabilidade do sistema.
Sinal Digital – Capacidade segundo 
Shannon
• Canal com ruído: Capacidade de Shannon –
define a taxa de dados teórica máxima para um
canal com ruído.
Nesta fórmula não existe nenhuma indicação do
nível de sinal, o que significa que, independentemente de
quantos níveis tivermos, não podemos atingir uma taxa
de dados maior que a capacidade do canal.
Sinal Digital
• Canal com ruído: Capacidade de Shannon –
define a taxa de dados teórica máxima para um
canal com ruído.
Nesta fórmula não existe nenhuma indicação do
nível de sinal, o que significa que, independentemente de
quantos níveis tivermos, não podemos atingir uma taxa
de dados maior que a capacidade do canal.
Sinal Digital
• Desempenho – depende de vários fatores tal como:
Throughput – é a medida da rapidez pela qual já
vimos anteriormente.
Latência (Retardo) - é quanto tempo leva para uma
mensagem inteira chegar de forma completa no seu
destino, desde o momento em que o primeiro bit é
enviado da origem.
Latência = tempo de propagação + tempo de transmissão + tempo de fila + retardo 
de processamento
Sinal Digital
Tempo de propagação – mede o tempo necessário para
um bit trafegar da origem ao seu destino.
Tempo de transmissão – é a forma como o primeiro bit
pode levar um período igual o tempo de propagação
para chegar ao seu destino.
Sinal Digital - Calculo tempo p/ 
transferência de arquivo
Sinal Digital - Calculo tempo p/ 
transferência de arquivo
T = 1,5 x 10243 x 8 = 122,88 s
100 x 10242
Supondo que um arquivo tenha 1,5GB de tamanho e
seja transferido em uma rede, onde a taxa de
transmissão seja 100Mbps. Em quanto tempo este
arquivo será transferido?
Sinal Digital
Tempo de fila – é o tempo necessário para cada
dispositivo intermediário ou terminal manter a
mensagem antes de esta ser processada.
Produto largura de banda-retardo – é o numero de bits
capaz de preencher o enlace.
Jitter – é um problema, caso pacotes de dados diferentes
encontrem retardos diferentes e a aplicação que
estiver usando os dados no receptor for sensível ao
tempo.
Sinal Digital
• Fatores importantes:
– É finita;
– Pode economizar dinheiro;
– Avaliar o desempenho e o projeto da rede;
– Analisar e compreender a real necessidade da
– Internet;
– Demanda cresce constantemente.
Sinal Digital - Vantagens
• Facilidade de regeneração, em comparação com sistemas
analógicos;
• Maior imunidade à distorção e à interferência (o sinal digital só
tem 2 estados);
• Com circuitos analógicos até uma pequena perturbação pode
tornar o sinal distorcido de forma inaceitável;
• Os circuitos são mais confiáveis;
• As técnicas digitais são mais apropriadas ao tipo de
processamento de sinal que protege contra interferências;
• Tipos diferentes de sinais digitais – dados, telegrafia, telefone,
televisão – podem ser tratados como sinais idênticos na
transmissão e na comutação.
Sinal Digital - Desvantagens
• A comutação digital requer maior largura de banda;
• Geralmente necessita de sincronização. 
VÍDEO
Comunicação de Dados.
Prof. Stéfany Mendes
Esp. Em Segurança em Redes de Computadores
Contato:
smsstefany@gmail.com
smsstefany@hotmail.com
(62) 9665-5473
(62) 3269-1210