Redes de Computadores
Transmissão de Dados
Ely Edison Matos
[email protected]
ago2003
Transmissão de Dados
Dado e sinal
Comunicação envolve a transmissão de
informação de um ponto a outro:
Geração de uma idéia, padrão ou imagem na origem
Descrição dessa idéia por um conjunto de símbolos
Codificação destes símbolos em forma propícia a
transmissão em um meio físico disponível
Transmissão dos símbolos codificados ao destino
Decodificação e reprodução dos símbolos, com possível
perda de qualidade
Recriação da idéia transmitida
Dado: associado a idéia, padrão ou imagem
Sinal: materialização específica do dado, para
transmissão
Sinais
Ondas que se propagam através de um meio
físico
Podem ser representados como um função
do tempo
Os sinais transmitidos em uma linha de
comunicação são sinais elétricos preparados
de forma que a qualidade da linha pouco os
modifique
Podem ser classificados em
Sinais analógicos
Sinais digitais
Sinais Analógicos
Produzidos a partir de fenômenos que
apresentam variação contínua no tempo
Apresentam infinitos valores possíveis de
amplitude
Aplicação em telefonia, rádio e televisão
Parâmetros
Amplitude: valor instantâneo do nível do sinal
muito variável
Freqüência: quantidade de vezes que a forma de
onda se repete em uma unidade de tempo (KHz,
MHz ou GHz) com valores oscilantes de acordo
com a fonte geradora do sinal
Sinais Analógicos
+A
/2

2
---Frequência---A
3  /2
Sinais analógicos recebem a
influência de ruídos externos, ou
seja, novos sinais que são somados
aos sinais originais e que
eventualmente podem ser filtrados.
Sinais Digitais
 Produzidos a partir de fenômenos que apresentam apenas
alguns valores discretos (nível TTL) aos quais podemos
associar valores binários e por isto são chamados “digitais”
 Têm uma temporização e repetição previsíveis, podendo ser
codificados
 Aplicação em transmissão de dados
 Parâmetros
 Amplitude constante
 Freqüência constante em Hz normalmente
+A
--Frequência--
-A
Sinais Digitais
Sinal construído através de uma seqüência
de intervalos de tamanho fixo iguais a T
segundos: intervalo de sinalização
O bit pode ser mapeado na amplitude
bps – bits por segundo
bauds – num. de intervalos por segundo
Série de Fourier
 No Sec XIX o matemático francês Jean Fourier
demonstrou que qualquer sinal periódico pode ser
expresso através de uma função que varia no tempo
contendo uma soma (possivelmente infinita) de
cossenos e senos de diversas freqüências - Série de
Fourier


1
g t   a0   an sen2nft    bn cos2nft 
2
n 1
n 1
g = valor do sinal
an,bn = amplitude de cada componente
n = numero de ciclos de amostragem
f = freqüências amostradas do sinal
Série de Fourier
 Uma parte da equação retrata a freqüência
fundamental “f” equivalente a “1/t” e os sinais nas
freqüências intermediárias são conhecidos como
“harmônicos”- primeiro, segundo, quarto, oitavo,
etc.
 Uma representação
mais realista da onda
de pulsos quadrados
t (seg)
-T/2
T/2
seria como no desenho:
-2/T -1/T
1/T 2/T
f (Hz)
Banda passante
Banda passante de um sinal
Intervalo de freqüências que compõe o sinal
Largura de banda do sinal
Tamanho da banda passante (diferença entre a
maior e a menor freqüência que compõe o sinal)
Banda passante
 Nenhum meio é capaz de transmitir sinais sem que ocorra
perdas de energia durante o processo e mesmo distorções
devidos a fatores externos (chamados ruídos de linha)
 Perdas significam redução na amplitude do sinal
 Se todos os sinais componentes fossem igualmente reduzidos
em amplitude, o sinal resultante seria todo reduzido mas não
distorcido
 Infelizmente a característica dos meios de transmissão é a de
provocar perdas nos diversos componentes do sinal em
proporções diferentes
 Cada meio influi de forma diferente no sinal transmitido, de
acordo com uma Curva de Ganho característica do material
 Uma determinada faixa de freqüências sofre pouca alteração e
outras faixas sofrem muita alteração podendo mesmo ser
eliminadas
Banda passante
O meio de transmissão atua como um filtro
sobre o sinal
Isto ocasiona distorções no sinal resultante
Estas distorções serão tão maiores quanto
maiores forem as perdas nas freqüências
mais significativas do sinal
Banda passante do meio físico
Faixa de freqüências que permanece
praticamente preservada pelo meio em uma
transmissão
Banda passante
Supondo-se que desejamos transmitir a
seqüência de bits “01100010” o resultado no
outro lado da transmissão seria
0 1 1 0 0 0 1 0
Sinal Original
1o harmônico
1o e 2o harmônico
1o, 2o e 4o harmônico
1o, 2o, 4o e 8o harmônico
Ruídos
 Em qualquer transmissão, o sinal recebido consiste
no sinal enviado modificado por várias distorções
provocadas pelo meio transmissor adicionadas às
distorções provocadas por sinais externos
indesejáveis chamadas RUÍDOS
 Os ruídos são classificados em
 Ruídos Térmicos
 Ruídos de Intermodulação
 Ruído Impulsivo
 CrossTalk (linha cruzada)
 Atenuação
 Eco
Ruídos Térmicos
São provocados pela agitação dos elétrons
nos condutores
Este ruído é distribuído em todas as
freqüências uniformemente (e por isto é
chamado Ruído Branco)
Resistência ao sinal
Fluxo de
energia elétrica
Elétrons
Ruído de Intermodulação
Quando sinais de diferentes freqüências
compartilham o mesmo meio de transmissão
este ruído é gerado
Ruído Impulsivo
Sinais irregulares na forma de pulsos não
contínuos mas de grande amplitude
provocados por distúrbios atmosféricos,
falhas nos equipamentos,
faiscamento, etc.
Em comunicação de voz este
ruído pouco interfere mas em
comunicação de dados é
a maior fonte de
danos a equipamentos
Crosstalk - Linha cruzada
Provocado pela interferência indesejada
entre condutores muito próximos que
induzem sinais uns nos outros
Eco e Reflexão de Sinal
O eco ocorre toda vez que há uma mudança
de impedância na linha de transmissão
Quando inserimos um dispositivo na linha para
ampliar o sinal, para fazer uma nova conexão ou
para inserir um novo ponto na rede
Este ponto funciona como uma parede
refletindo o sinal de volta
O sinal refletido interfere com o sinal original
A utilização de terminadores e transceptores
de alta impedância eliminam este problema
Atenuação
 A atenuação não chega a ser um ruído pois é
provocada pela perda de potência do sinal ao longo
do meio de transmissão
 É facilmente resolvido com o uso de repetidores que
podem regenerar o sinal de distância em distância
ao longo da linha de transmissão
Tipos de conexão
 Ponto-a-ponto
 Ligação direta entre dois dispositivos
 Normalmente associado ao uso de modems
 Multiponto
 Ligação entre três ou mais dispositivos
 Historicamente usada para conectar um mainframe aos terminais
 Atualmente em LAN significa a ligação de vários equipamentos,
dependendo da topologia da rede
Tipos de Transmissão
Transmissão em Paralelo
1
0
0
1
1
1
0
Transmissão em Série
start
1 1 0 1 0 1 0 1 paridade
stop
start ...
O sinal acima é colocado sobre outro sinal “portador”
Codificação
Codificação dos dados (bits) em sinais
digitais
Necessidade de manter a integridade
Codificações absolutas ou diferenciais
Métodos
NRZ (Non-Return to Zero)
NRZI (NRZ Invert)
Manchester
Manchester diferencial
Codificação
NRZ (Non-Return to Zero)
Mais simples
2 níveis de tensão para representar “0” e “1”
Um positivo e um negativo
Codificação
NRZI (Non-Return to Zero Invert)
Mais robusta - diferencial
Codificação
Manchester
Dados sinalizados por uma rampa
Subida indica um nível alto
Descida indica um nível baixo
Codificação
Manchester diferencial
Codificação no instante em que ocorre a troca de
dados
Se novo dado é nível “0”, ocorre uma rampa
Se novo dado é nível “1”, permanece imutável
Transmissão Serial
 Comunicação serial síncrona
 Os dados são transmitidos continuamente, seguindo uma
taxa estabelecida por um relógio que marca o tempo
necessário para cada bit
 Quando não há nada a ser transmitido, um padrão de bits
fica sendo repetido para marcar a presença da portadora
 Comunicação serial assíncrona
 Os dados somente são transmitidos quando existirem
 No início da transmissão a estação transmissora DTE envia
um bit de partida que alertar o outro lado DCE para que
aguarde os dados, em seguida são enviados os bits de
dados e por último um bit de término (bit de parada)
 Cada octeto deverá ser acrescido de bits de checagem
elevando a quantidade de dados transmitidos e também a
confiabilidade da transmissão.
Transmissão Serial
Síncrona
+A
-A
Sem
dados
Dados
Sem
dados
Dados
Dados
Dados
Assíncrona
+A
-A
Sem
dados
Dados
Sem
dados
Dados
Dados
Dados
Modo de operação
Transmissão SIMPLEX
A comunicação flui apenas em um único sentido
(por exemplo o rádio e a TV convencional)
Transmissão HALF DUPLEX
A comunicação flui em ambos os sentidos, uma
de cada vez (por exemplo a conversa telefônica entre pessoas educadas)
Transmissão FULL DUPLEX
A informação transita nos 2 sentidos ao mesmo
tempo (modems que permitem voz e dados ao
mesmo tempo)
Modulação
 Processo de representação dos dados em um sinal
analógico
 As características de uma onda, denominada
portadora, são alteradas em função de um sinal,
denominado modulador
 Técnicas de modulação da onda portadora
 Amplitude-shift keying (ASK)
Os dados binários são codificados através da variação da
amplitude da onda portadora
 Frequency-shift keying (FSK)
Os dados binários são codificados através da variação da
frequencia da onda portadora
 Phase-shift keying (PSK)
Os dados binários são codificados através da variação da fase
da onda portadora
Modulação
Onda Portadora
Sinal Digital
Sinal AM
Onda Portadora
Sinal Digital
Sinal FM
Onda Portadora
Sinal Digital
Sinal PM
}
}
}
ASK
FSK
PSK
Banda passante
 Capacidade do meio de transmissão
 Faixa de freqüências que podem ser transmitidas
 Canal: parte da banda passante
 Tipos
 Sinalização em banda base (baseband)
Toda a banda para um único canal
Não é usado qualquer tipo de modulação
Sinalização digital
 Sinalização em banda larga (broadband)
Múltiplos canais
Criados através de multiplexação
Suportam diversas transmissões simultâneas
Sinalização analógica
Multiplexação
 Processo que permite que canais múltiplos sejam
criados em um único meio de transmissão
 Possibilita agrupar vários canais de baixo tráfego
para preencher um meio de banda passante alta
 Também pode ser usada para transmitir um canal
digital de alta velocidade usando diversos canais
menos velozes
 O equipamento usado é chamado multiplexador ou
mux
Multiplexação
 Frequency-Division Multiplexing (FDM)
 São usadas freqüências separadas para estabelecer
múltiplos canais
 Usado em redes locais de banda larga para separar os
tráfegos de direções diferentes no cabo
 Time-Division Multiplexing (TDM)
 O uso do canal é divido em pequenos intervalos de tempo
 Cada intervalo é alocado para um “canal virtual”
 Usado em sistemas de banda base
 Statistical Time-Division Multiplexing (StatTDM)
 O uso do canal é divido em pequenos intervalos de tempo
 Cada intervalo é alocado dinamicamente, com base em
ordem de chegada ou prioridade
Comutação
Comutação ou chaveamento (switching)
refere-se a alocação de recursos da rede
para a transmissão pelos diversos
dispositivos conectados
Em redes os recursos são compartilhados e é
necessário uma forma para adotar este
compartilhamento
Formas de comutação
Comutação de circuitos
Comutação de mensagens
Comutação de pacotes
Comutação de circuitos
Pressupõe a existência de um caminho
dedicado de comunicação entre dois pontos
Envolve 3 fases
Estabelecimento do circuito
Um circuito fim-a-fim é estabelecido
Um canal é alocado e permanece dedicado
Transferência de dados
Desconexão do circuito
Por um dos pontos ou por timeout
Recursos devem ser liberados em cada enlace
Comutação de mensagens
Não é estabelecido um caminho dedicado
A estação de origem adiciona um “endereço
de destino” à mensagem, que será
transmitida de nó em nó
Processo store-and-forward
Aproveitamento maior das linhas de
comunicação
Com tráfego alto, pedidos de novas
conexões podem ser recusados
Comutação de pacotes
Semelhante à comutação de mensagens
Diferença: as mensagens são quebradas em
unidades menores denominadas pacotes
Pacotes de uma mesma mensagem podem
estar em transmissão simultaneamente pela
rede em diferentes links
Requerem nós de comutação com menor
capacidade de armazenamento
Mecanismos de recuperação de erros são
mais eficientes
Técnicas de Detecção de Erro
 Vários fenômenos podem interferir em uma
transmissão
 É impossível eliminar totalmente os ruídos e erros
em uma linha de transmissão
 São adotados vários métodos de conferência que forçarão a
retransmissão da informação ou se possível a reconstrução
do dado original
 As técnicas de detecção de erro são baseadas na
inserção de bits extras juntos aos bits originais que
estão sendo transmitidos
 Estes bits são informação redundantes e podem ser
calculados tanto na origem quando no destino
 Na origem eles são agregados aos dados e no destino eles
são lidos e comparados com os valores ai calculados
 Ocorrendo diferença, um erro foi detectado e o dado será
retransmitido
Paridade
 Escolhe-se um valor de forma que a soma de todos os bits
incluindo o bit de paridade seja um número par (paridade par)
 Assim, se tivermos os bits “01010001” a soma de bits em “1” é
“3”
 Acrescenta-se um bit de valor “1” e o valor total transmitido passa
a ser “4”, que é par
 Ao receber o dado, o receptor soma os bits e o resultado deve ser
um número par, senão o dado deve ser retransmitido
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
Soma de bits = 3 (impar)
1
Acrescentar +1(par)
1
Sinal a transmitir
CRC
 CRC – Cyclic Redundancy Check
 Um quadro de k bits é representado por um polinômio em X,
de ordem (k-1) onde o coeficiente do termo Xi é dado pelo
(I+1)-ésimo bit da seqüência de k bits
 Assim o octeto “1 0 1 1 0 0 0 1” teria a representação
 X7 + X 5 + X 4 + 1
 No transmissor o polinômio de ordem (k-1) é dividido em
aritmética módulo 2, por um polinômio gerador de ordem n,
tendo como resultado um quociente e um resto de ordem (n-1)
 São transmitidos os k bits originais seguidos dos n bits
correspondentes ao polinômio obtido como resto da divisão
 O receptor divide o polinômio correspondente aos k bits pelo
mesmo polinônimo gerador
 O resto da divisão é comparado com os últimos n bits
 O polinômio gerador mais usado é o CRC-32
 CRC-32 = X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 +
X10 + X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + X + 1