Comunicação de dados e rede - Aula 2

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Comunicação de dados e redes de computadores
Aula 2: camada física
Apresentação
O modelo OSI é composto de 7 camadas, enquanto a arquitetura TCP/IP de�ne 4 camadas.
A camada inferior do TCP/IP é chamada de Intra-rede ou Acesso à Rede e corresponde às camadas 1 (Física) e 2 (Enlace)
do modelo OSI.
A partir deste ponto consideraremos um modelo híbrido composto de cinco camadas: Física, Enlace, Rede, Transporte e
Aplicação. Nesta aula, começaremos explicando a Camada Física.
Objetivo
Identi�car os tipos de meios físicos, diferenciando Codi�cação de Modulação;
Descrever as características da transmissão de um bit;
Reconhecer os equipamentos de camada 1.
Noções introdutórias
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A camada Física fornece os requisitos para transportar, pelo
meio físico de transmissão, o quadro da camada de
Enlace de Dados.
Essa camada aceita um quadro completo da camada de
Enlace de Dados e o codi�ca como uma série de sinais que
serão transmitidos para o meio físico local. Os bits que
formam um quadro são recebidos por um dispositivo �nal
ou por um dispositivo intermediário.
1
 Fonte: Shutterstock.
Atenção
A camada física entende o quadro como uma sequência de bits que são codi�cados e transmitidos como uma série de sinais. Ela
não “enxerga” o quadro.
A entrega de quadros pelo meio físico local exige os seguintes elementos da camada Física:
Meio físico e conectores ligados;
Representação de bits no meio físico;
Codi�cação de dados e informações de controle;
Modulação de sinal;
Circuito transmissor e receptor nos dispositivos de rede;
Transmissão de sinais no meio físico.
Para funcionar, a camada física segue uma série de padrões, pois é
necessário que os envolvidos na transmissão utilizem o mesmo tipo de
codi�cação, modulação e con�guração dos sinais transmitidos.
Vários órgãos estabeleceram estes padrões, e ao contrário dos protocolos das camadas mais altas, que são programas, este
são implementados diretamente no hardware de rede. Algumas dessas organizações são listadas na imagem a seguir:
https://estacio.webaula.com.br/cursos/go0364/aula2.html
 Organizações de padronização da camada Física.
Fundamentos de Sinal
Vamos inicialmente fazer a distinção de 4 conceitos:
1
Dado Digital
Aqueles armazenados em sistemas digitais como um
computador ou um smartphone.
2
Dado Analógico
Tudo aquilo que encontramos na natureza, um som, um cheiro,
uma imagem etc.;
3
Sinal Digital
A aquele codi�cado de forma a representar apenas dois
estados associados a 0 e 1.
4
Sinal Analógico
Possui uma variação contínua ao longo do tempo,
representando in�nitos estados possíveis.
Observe, na �gura a seguir, o sinal analógico e o digital:
 Sinal Analógico e Sinal Digital.
Não existe uma amarração entre analógico e digital, de forma que um sinal digital pode transportar um dado analógico e um
dado digital pode ser transmitido por meio de um sinal analógico.
 Relação Analógico / Digital.
A tabela abaixo resume a relação entre o Analógico e o Digital
Sinal analógico Sinal digital
Dados
analógicos
Sinal e dados no mesmo espectro ou sinal
em outra parte do espectro.
Dados são decodificados (por codec) para a
produção de uma sequência de bits.
Dados
digitais
Dados são codificados por um modem. Sinal binário ou codificado de outra forma.
Fisicamente os sinais são uma corrente elétrica em um cabo de cobre,
um pulso de luz em uma �bra ótica ou um sinal de radiofrequência se
propagando pelo ar.
Sinais Analógicos
Um sinal analógico é uma onda que circula pelo meio de transmissão sofrendo variação constante em seus níveis, podendo
assumir in�nitos valores, sendo usado em sistemas de telecomunicações há mais de um século.
A �gura a seguir mostra uma onda senoidal pura. As duas características importantes de uma onda senoidal são:
A sua amplitude (A) - altura e profundidade;
O seu período (T) - extensão de tempo para completar 1 ciclo.
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Atenção
Você pode calcular a frequência (f) - ondulação - da onda com a fórmula f = 1/T.
 Sinal Analógico.
Sinal Digital
Um sinal digital, ao contrário do analógicos, possui apenas dois níveis correspondente aos dois valores que podem ser
assumidos por um BIT (0 e 1), caracterizando-se com um conjunto de pulsos se assemelhando a uma onda quadrada.
Utilizados tipicamente na tecnologia digital, sua amplitude é �xa, embora a largura do pulso ou a sua frequência possam ser
alterados.
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 Sinal Digital.
Ritmo de Transmissão de Sinais
Em relação ao seu ritmo, a transmissão de sinais pode ser:
Síncrono
Referência única de tempo. Utiliza o NRZ
(um canal para o relógio e outro para o
sinal) ou codi�ca o sinal e o relógio em um
mesmo canal. 
Assíncrono
A referência de tempo do transmissor e do
receptor não é única. Só sincroniza o início
da transmissão e segue em �uxo contínuo
e constante.
Formas de Transmissão do Sinal
Veja, agora, as formas de transmissão do sinal e as suas características.
 Fonte: pixabay.
Transmissão em banda base (baseband)
Caracteriza a Sinalização Digital.
O sinal é colocado na rede sem qualquer tipo de modulação.
Neste tipo de transmissão, são usados sinais digitais em frequência constante e toda a capacidade do canal de
comunicação é usada para transmitir cada dado.
A frequência de transmissão caracteriza um canal de transmissão, pois a largura de banda varia com a frequência.
A Transmissão pode ser feita por meio de sinais elétricos ou de luz e pode também ser feita em uma ou duas direções
simultaneamente.
 Fonte: unsplash.
Transmissão em Banda Larga (broadband)
Caracteriza a Sinalização Analógica.
Utiliza multiplexação.
As transmissões são sempre unidirecionais.
Em cada cabo só pode haver transmissão em uma direção usando um mesmo canal (frequência).
Para conseguir transmitir em duas direções, pode-se usar a divisão de frequência: cada direção usa uma frequência
(canal) diferente ou par de cabos, com cada um transmitindo num sentido.
Representação de um bit no meio físico
Atualmente, as redes de computadores são totalmente dependentes dos sistemas digitais (binário, de dois estados). O
elemento essencial é o BIT ou pulo (dígito binário).
 Fonte: Shutterstock.
Em redes de cabeamento de cobre, o bit corresponde a um
sinal elétrico onde a voltagem baixa corresponde, de forma
simpli�cada, ao 0 e a alta ao 1.
Para permitir que esse esquema funcione corretamente, é
necessário que seja estabelecido um sinal terra de
referência. Para prover isso, foram projetados sistemas de
aterramento nas placas de circuitos, utilizando o gabinete
dos computadores como ponto comum de conexão.
O sinal terra de referência estabelece a linha de 0 volts nos grá�cos do sinal. Nos sistemas óticos a intensidade da luz serve
para representar os dois estados, o 0 correspondendo à falta de luz e o 1 à luz. Com sinais sem �o, o binário 0 corresponde a
um conjunto curto de ondas e o 1 a um conjunto longo.
 Representação de um bit.
Características que a transmissão de um bit pode apresentar
Vamos conhecer agora as características que a transmissão de um bit pode apresentar.
Clique nos botões para ver as informações.
Propagação é a característica representada pelo fato de um sinal digital se “deslocar” do transmissor para o receptor. A
velocidade de propagação é de�nida pelas características do meio de transmissão utilizado. O tempo que o sinal demora
para ir da origem ao destino e voltar denomina-se round trip time (RTT). Supondo que não exista nenhum outro atraso, o
tempo que um bit leva para trafegar por um meio até a extremidade é RTT/2.
Propagação 
 Propagação.
O sinal sofre resistência ao se propagar pelo meio sendo atenuado, ou seja, ocorre perda de intensidade do sinal. Se a
atenuação for muito grande, um sinal correspondente ao bit 1 pode sofrer uma perda muito grande de amplitude, o que
pode acarretar que não seja maispossível entendê-lo como 1 no receptor, sendo, portanto, considerado 0, causando um
erro na transmissão.
A atenuação acontece com sinais elétricos, ópticos e em redes sem �o. O uso de repetidores permite minimizar muito
esse problema. Existem repetidores para bits elétricos, ópticos e sem �o.
Atenuação 
 Atenuação.
A re�exão ocorre quando os pulsos (bits), devido a alguma característica do meio de transmissão, retornam à origem
como se fossem um eco. A re�exão pode ocorrer com sinais elétricos ou ópticos e pode causar problemas na sua rede.
Re�exão 
 Reflexão.
O ruído pode ser de�nido como sinal gerado no meio transmissão por fatores externos, que interagem com os sinais
transmitidos, destruindo-os, podendo, em casos extremos, paralisar a transmissão em rede. Os ruídos mais comuns
ocorrem em cabeamento de cobre a partir a indução de sinais por campos eletromagnéticos. A �gura 10 mostra cinco
fontes de ruídos que podem afetar um bit em um �o.
Ruído 
 Ruído.
A temporização do bit é extremamente importante, pois é ela que de�ne o intervalo de tempo em que um bit é sinalizado
no meio físico. Três tipos de característica podem afetar a temporização:
Dispersão – ocorre quando o tempo é alongado ou encurtado, o que pode fazer com que 1s seja lido como 0s ou
vice-versa;
Latência – corresponde ao atraso da transmissão, ou seja, quando o tempo de um bit demora para ir da origem ao
destino. Toda transmissão sofre atraso, no melhor dos casos apenas de propagação que corresponde ao tempo
RTT/2. A latência, entretanto, pode ser afetada por buffer cheios em equipamentos ao longo do caminho, descarte de
pacotes etc.
Jitter - é caracterizado pela variação no atraso, ou seja, alguns bits se atrasam mais que outros, o que pode acarretar
que o receptor não enxergue determinados bits como sendo da mesma transmissão.
Temporização de Bit 
 Erro de temporização.
Quando em um meio half-duplex duas transmissões ocorrem ao mesmo tempo, em sentidos opostos, ocorre uma
colisão. No caso do cabeamento de cobre, os sinais elétricos se somam e geram um nível mais alto de voltagem que é
incompatível com esquema digital, e os bits são destruídos.
Colisão 
 Colisão.
 Exemplo de ruído na transmissão de bit
 Clique no botão acima.
Exemplo de ruído na transmissão de bit
Você deseja transmitir dados representados pelo binário 1011001001101. O equipamento de rede converterá o binário
em um sinal digital que possa ser transmitido no meio físico. A �gura a seguir mostra como é o sinal digital de
1011001001101.
Suponha, agora, que o cabo de transmissão passa próximo a uma tomada elétrica que, devido ao �uxo da corrente,
gera um campo eletromagnético, o qual induz no cabo um sinal elétrico que corresponderá ao Ruído Elétrico.
A �gura a seguir mostra como é o ruído elétrico.
Como o ruído foi induzido no cabo, o sinal original se combina com o ruído ao se propagar e quando chega ao destino
a resultante não corresponde mais ao sinal original, mas à combinação deste com o ruído.
A �gura a seguir mostra o que acontece ao sinal quando é combinado com esse ruído elétrico.
Ao invés de ler o sinal como 1011001001101, o computador o lê como 1011000101101, tornando os dados não
con�áveis (corrompidos).
 Sinal Original.
 Ruído Elétrico.
 Sinal Resultante.
Modulação e Codi�cação
Para se realizar uma transmissão em longa distância, temos que de�nir como representar os dados e qual método utilizar.
 Fonte: unsplash.
Codi�cação
Consiste em converter os dados binários para uma forma passível de trafegar em um link de comunicações físico. Dois
métodos para executar isso são as codi�cações NRZ e Manchester.
Observe essa relação na imagem a seguir.
 Codificação.
Modulação
Trabalhando em conjunto com a codi�cação temos a modulação, que altera as características de uma onda para que a
informação codi�cada possa ser transmitida no meio físico.
A �gura 17 nos mostra exemplos de modulação correspondentes às seguintes técnicas:
AM (modulação de amplitude) – conduz os dados alterando a amplitude, ou altura, da portadora;
FM (modulação de frequência) - conduz os dados alterando a frequência ou a oscilação da portadora;
PM (modulação de fase) - conduz os dados alterando a fase ou início e �m de dado ciclo da portadora.
 Modulação.
Meios Físicos de Transmissão
Diferentes meios físicos suportam a transferência de bits em velocidades diferentes.
 Fonte: pixabay.
A transferência de dados normalmente é discutida em termos de:
Largura de banda
É a capacidade de um meio transportar dados. Ela mede a quantidade de dados que pode �uir de um lugar para outro durante
um determinado tempo e normalmente é medida em quilobits por segundo (Kbps) ou megabits por segundo (Mbps).
Throughput
É a medida da transferência de bits pelo meio físico durante um determinado período. O throughput efetivo que você obtém em
uma rede normalmente é menor que a largura de banda disponível devido a fatores como volume de dados sendo trafegados e
congestionamento na rede.
Os meios físicos de transmissão podem ser classi�cados em duas categorias:
Meios Guiados (con�nados), cujo sinal é transmito dentro do limite físico do meio. Exemplo: cabeamento de cobre e �bra
ótica;
Meios não guiados (abertos), cujos sinais se espalham pelo ambiente. Exemplo: sinais de rádio e redes sem �o.
Ao longo dos anos foram utilizados vários tipos de cabeamento de cobre como coaxial e par trançado.
Par Trançado não Blindado
Atualmente, o tipo mais utilizado em redes locais é o UTP
(Unshielded Twisted Pair), em português denominado Par
Trançado Não Blindado com conectores RJ45, sendo
utilizado para interconectar dispositivos de rede (como os
computadores) e dispositivos intermediários (como switch
ou roteadores).
 Fonte: Shutterstock.
Para conectarmos o cabo UTP, devemos seguir os padrões estabelecidos pela norma TIA/EIA 568 que de�ne duas ordens
diferentes para os �os. Veja na imagem a seguir.
Padrão T568A 
Pino
1. branco de verde (Transmissão)
2. verde (Transmissão)
3. branco de laranja (Recepção)
4. azul
5. branco do azul
�. laranja (Recepção)
7. branco do marrom
�. marrom
Padrão T568B 
Pino
1. branco do laranja (Recepção)
2. laranja (Recepção)
3. branco do verde (Transmissão)
4. azul
5. branco do azul
�. verde (Transmissão)
7. branco do marrom
�. marrom
 Padrão T568.
Situações diversas podem exigir que os cabos UTP sejam conectados de
acordo com diferentes padrões de conexão de �os. Isso signi�ca que os �os
do cabo precisam ser conectados em uma ordem diferente para conjuntos
diferentes de pinos nos conectores RJ-45.
A seguir estão os principais tipos de cabo obtidos pelo uso de padrões especí�cos de conexão de �os:
Cabo Direto ou Straight-Through (Ethernet) – quando utilizamos o mesmo padrão nas duas pontas (T568A ou T568B). É
o tipo "normal" de cabo, usado para ligar os micros ao switch;
Cabo Cruzado ou Crossover (Ethernet) – quando utilizamos o padrão T568A em uma ponta e o T568B na outra. Permite
ligar diretamente dois micros, sem precisar de hub ou switch. Ele é uma opção mais barata quando você tem apenas dois
micros (�g20).
 Ligação de cabo cruzado.
Atenção
As interfaces de rede mais modernas se con�guram automaticamente, de forma que elas funcionarão também utilizando o cabo
direto ligando dois micros.
Par Trançado Blindado
Apesar da autoblindagem, o UTP é extremamente sujeito ao
ruído eletromagnético.
Quando se precisa de mais proteção, pode ser usado o STP
(Shielded Twisted Pair) que possui uma blindagem que
melhora a sua tolerância ao ruído eletromagnético.
 Fonte: shutterstock.
Saiba mais
Cabos UTP e STP
Cabo Coaxial
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O cabo coaxial é composto de dois condutores de cobre concêntricos, separados por um isolamento e envoltos por uma capa.
O condutor externo é uma malha que provê uma blindagem especial e um isolamento que os permite atingir altas taxas de
transmissão de dados.
Esse tipo de cabo é bastante utilizado em televisão a cabo e foi utilizado em redesnos anos de 1990, formando a topologia em
barramento. Os cabos coaxiais utilizavam conectores BNC. Veja na imagem a seguir.
 Cabo Coaxial.
Fibra Ótica
O cabo coaxial é composto de dois condutores de cobre concêntricos, separados por um isolamento e envoltos por uma capa.
O condutor externo é uma malha que provê uma blindagem especial e um isolamento que os permite atingir altas taxas de
transmissão de dados.
Esse tipo de cabo é bastante utilizado em televisão a cabo e foi utilizado em redes nos anos de 1990, formando a topologia em
barramento. Os cabos coaxiais utilizavam conectores BNC. Veja na imagem a seguir.
 Fonte: Shutterstock.
Segundo Keiser (2014), uma �bra ótica é constituída de
material dielétrico (geralmente sílica ou plástico), em forma
cilíndrica, transparente e �exível, de dimensões
microscópicas comparáveis às de um �o de cabelo.
Esta forma cilíndrica é composta por um núcleo envolto por
uma camada de material também dielétrico, chamada
casca. Esses elementos possuem, cada um, índices de
refração diferentes, fazendo com que a luz percorra o núcleo
re�etindo na fronteira com a casca.
Observe, na imagem a seguir, como se compõe a �bra ótica.
 Fibra Ótica.
Tipos de Fibra Ótica
A �bra ótica pode ser de dois tipos: monomodo (SM) e multimodo (MM).
Monomodo (SM)
Possui as seguintes características:
Diâmetro Da Fibra Reduzido A Um Comprimento De Onda Da Luz;
Utilizam Laser (mais caras);
Maiores distâncias sem repetidores;
Diâmetro do Core: 8 a 9 mícrons.
Multimodo (MM)
Possui as seguintes características:
Refere-se à possibilidade de vários feixes em diferentes ângulos de incidência se propagarem através de diferentes
caminhos pela �bra;
Problema: dispersão modal, interferência entre pulsos consecutivos, limita a taxa de transmissão.
Saiba mais
Qual a diferença entre �bras multimodo e monomodo?
Sem �o (Wireless)
O meio físico sem �o conduz sinais eletromagnéticos nas frequências de rádio que representam os dígitos binários de
comunicação de dados. Como um meio de rede, não é restrito aos condutores ou caminhos, como é o meio físico de cobre.
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 Fonte: Shutterstock.
As tecnologias de comunicação de dados sem �o
funcionam bem em ambientes abertos, entretanto, em
ambientes fechados, têm sua cobertura prejudicada por
determinados materiais de construção utilizados em
prédios e estruturas sendo, ainda, suscetível à interferência
de telefones sem �o, lâmpadas �uorescentes, fornos micro-
ondas entre outros equipamentos.
Além disso, pelo fato de a cobertura da comunicação sem
�o não exigir acesso físico ao meio, os dispositivos e
usuários que não são autorizados a acessar a rede poderão
ter acesso à transmissão. Portanto, a segurança de rede é o
principal componente da administração de uma rede sem
�o.  
Fonte: Shutterstock.
O Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE) e os
padrões da indústria de telecomunicações para a comunicação de
dados sem �o abrangem as camadas Física e Enlace de Dados.
Os padrões de comunicação de dados comuns que se aplicam ao meio físico sem �o são:
Padrão IEEE 802.11 - Geralmente conhecido como Wi-Fi, é uma tecnologia Wireless LAN (WLAN) que utiliza a contenção
ou sistema não determinístico com o processo de acesso ao meio físico Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance
(CSMA/CA).
Padrão IEEE 802.15 - padrão Wireless Personal Area Network (WPAN), conhecido como Bluetooth, utiliza um dispositivo
de processo em pares para se comunicar a distâncias entre 1, 10 ou 100 metros dependendo da classe do equipamento.
Equipamentos de Redes de Camada 1
Os equipamentos de redes são classi�cados quanto a camada em que atuam. Na camada 1 temos dois equipamentos
básicos:
Clique nos botões para ver as informações.
Sua �nalidade é gerar os sinais da rede novamente e os retemporizar no nível do bit para que eles trafeguem em uma
distância maior nos meios. Os repetidores são dispositivos de porta única de "entrada" e de "saída";
Repetidores 
É um concentrador, equipamento central de uma topologia em estrela. É considerado um repetidor multiportas, já que
pode gerar e retemporizar os sinais da rede, a nível de bit, para muitos hosts (4, 8 ou até 24) usando um processo
conhecido como concentração. Atualmente está em desuso, pois foi substituído pelo switch.
HUB 
Atividade
1. Como funciona a codi�cação Manchester? Faça uma pesquisa na internet a respeito desse assunto para auxiliá-lo na resposta.
2. Acesse o link
<https://media.pearsoncmg.com/aw/ecs_kurose_compnetwork_7/cw/content/interactiveanimations/transmission-vs-
propogation-delay/transmission-propagation-delay-ch1/index.html> disponível no site do livro de Kurose e realize a simulação
interativa correspondente ao atraso de transmissão versus a propagação. Comente sobre a simulação realizada.
3. Acesse o site do livro de Kurose e realize a simulação interativa correspondente ao en�leiramento e perda disponível. Clique
aqui para acessar o site.
Notas
Quadro1
Quadro é o nome da PDU da camada de Enlace de Dados.
Referências
BRAGA, N. C. Codi�cação Manchester para Radio Comunicações (TEL140). Disponível em:
https://www.newtoncbraga.com.br/index.php/telecom/10143-codi�cacao-manchester-para-radio-comunicacoes-tel140.
Acesso em: 21 nov. 2019.
FOROUZAN, B. A. Comunicação de dados e redes de computadores. 4. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2008.
KEISER, G. Comunicações por �bras ópticas. Porto Alegre: AMGH, 2014.
KUROSE, J. F.; ROSS, K. W. Redes de Computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 4. ed. São Paulo: Addison Wesley,
2009.
TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores. 5. ed. Rio de Janeiro: Campus, 2007.
Próxima aula
Camada de enlace de dados
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