Apostila de Redes I - Tripodfredsauer.tripod.com/ApRedI.pdf · 2006. 12. 5. · Professor Frederico Sauer – Direitos Reservados Página 1 de 51 Apostila de Redes de Computadores

Professor Frederico Sauer – Direitos Reservados

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Apostila de Redes de Computadores II Professor Frederico Sauer, M.Sc.

Livro-texto – Redes de Computadores e Internets – 2ª edição – Douglas Comer Atenção – este texto é apenas uma referência básica para o curso de Redes de Computadores I dos cursos de graduação em Tecnologia em Processamento de Dados e Bacharelado em Sistemas de Computação. É totalmente baseado no livro texto e não pretende esgotar o assunto, sendo necessária pesquisa complementar no próprio livro texto ou em outras referências de Redes de Computadores, de acordo com o assunto. A bibliografia recomendada é apresentada na ementa do curso. 1. Conceitos básicos

1.1. Conceitos básicos de Transmissão de dados

1.1.1. Sinais

Sinais são ondas que se propagam através de meios físicos diversos ou até mesmo pelo ar. O uso de ondas para transmitir sinais remonta a eras bastante antigas. Em 1863, Já,es Maxwell, um professor de física da Universidade de Cambridge, demonstrou teoricamente a existência de ondas eletromagnéticas. Em 1887, Henrich Hertz descobriu as ondas de rádio e sua origem eletromagnética. Daí para a transmissão dos sinais foi rápido, pois em 1895 Giuglielmo Marconi inventou o rádio, transmitindo sinais através de ondas.

1.1.2. Sinais Analógicos e Digitais

A natureza é intrinsecamente analógica. Imagens e sons apenas podem ser entendidos e produzidos pelo ser humano em forma analógica, uma vez que os aparelhos auditivo e vocal produzem sinais contínuos no tempo. A vantagem dos sinais digitais consiste na possibilidade da introdução de códigos redundantes (adicionais) para controle de erros e também a possibilidade de compactação sem perda da qualidade do sinal, capacidades impossíveis em sinais analógicos. Vamos entender a diferença entre um sinal analógico e um sinal digital.

1.1.2.1. Sinais analógicos.

Possuem variação contínua no tempo, ou seja, seu universo de valores é infinito, por poder ser dimensionado através de um número de casas decimais maior ou menor de acordo com o equipamento utilizado.


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Figura 1 - Sinal Analógico e Sinal Digital

Observe na figura 1 a imagem da esquerda. Qualquer instante de tempo que deseje amostrar possuirá um valor diferente do instante de tempo anterior e do posterior. Outro detalhe é que este valor poderá ser medido como 1 Hz, 1,01 Hz, 1,0100001 Hz ou qualquer número de casas decimais, conferindo a sua característica “contínua”.

1.1.2.2. Sinais Digitais

A figura da direita mostra um sinal digital. Possuem um conjunto finito de valores, que pode variar de acordo com o número de bits que se use para codificar cada amostra, mas ainda assim sempre será finito. No princípio da transmissão de dados, a cada instante de tempo se transmitia apenas um bit, e a taxa de transmissão dos modens era medida em bauds. Os modens atuais possuem a capacidade de codificar mais de um bit por intervalo de tempo (dibit, tribit, etc), então usamos atualmente para caracterizar a taxa de transmissão simplesmente bps (bits por segundo) e seus múltiplos (Kbps, Mbps, Gbps, Tbps, Pbps, ...).

1.1.3. Classificação da transmissão

As transmissões podem ser classificadas em: • Simplex – quando só existe transmissão em um sentido. Se não

houver outro meio físico disponível, apenas um poderá falar ou ouvir por vez (ex.: Sistema de fonoclama).

• Half-Duplex – é possível a transmissão nos dois sentidos, mas apenas um de cada vez (ex.: Walkie-talkie).

• Full-Duplex – é possível a transmissão simultânea em ambos os sentidos (ex: telefone, modens).

1.1. Histórico e evolução dos sistemas de comunicação

A tecnologia de Informática é relativamente nova, se comparada com outros setores, como o automobilístico e dos aviões. No entanto, sua evolução é meteórica e muitas vezes até inacreditável. Coisas que vimos em filmes de ficção a menos de 20 anos hoje estão disponíveis para todos e plenamente funcionais, como por exemplo, os celulares e os palm-tops. Em apenas duas décadas, os sistemas passaram de centralizados e com baixa capacidade computacional para distribuídos, plenamente interoperáveis e com capacidade computacional muitas vezes superior à demanda. As redes de computadores surgiram exatamente para prover essa interoperação,


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independentemente de limitações em termos de distância. As mais importante das redes foi a Arpanet, embrião da Internet, criada para satisfazer uma necessidade estratégica do Departamento de Defesa Americano, o DoD. A figura 2 apresenta um panorama da evolução da Arpanet (letra a – dez/69, b – jul/70, c – mar/71, d – abr/72, e – set/72).

Figura 2 - Evolução da Arpanet

Essa rede mostrou aos pesquisadores a necessidade da utilização de protocolos de comunicação padronizados, e em 1974 o modelo TCP/IP, que iremos estudar neste curso, surgiu no meio acadêmico. O governo americano propôs à Universidade de Berkeley a integração do TCP/IP ao Unix de Berkeley. Durante a década de 80 várias universidades se anexaram a Arpanet, possibilitando intercâmbio acadêmico e compartilhamento de recursos. Em paralelo, outro órgão americano a National Science Foundation – NSF resolveu desenvolver uma rede nos moldes da Arpanet, porém aberta a todos os grupos universitários, e não apenas aos que tivessem contratos estratégicos com o DoD, como a Arpanet. Surgia então a NSFNET, que em 1988 possuía a configuração apresentada na figura 3.

Figura 3 - NSFNET em 1988


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A Arpanet e a NSFNET se conectaram, continuaram a crescer, surgiram as redes européias EURONET e EBONE, e vários outros países criaram também suas infra-estruturas de redes, sempre se interligando ao já existente. No Brasil, uma das primeiras iniciativas foi a Bitnet, exclusivamente utilizada por pesquisadores. Hoje, totalmente integrada e disponível também para a comunidade comercial e para uso doméstico, é conhecida como Internet.

Figura 4 - Panorama da Internet Atual

Na figura 4 podemos ver a infra-estrutura que usamos para acessar outras redes, através da Internet. Como são onipresentes, as redes telefônicas são tipicamente utilizadas para permitir o acesso do usuário final à Internet através de um ISP (Internet Service Provider), mas, em função das limitações das taxas de transmissão alcançáveis através das linhas telefônicas, muito tem se desenvolvido para aumentar a capacidade deste trecho acessado diretamente pelo usuário, as chamadas tecnologias de “última milha”, como por exemplo o ADSL, Cable Modem, RDSI e várias tecnologias wireless (sem-fio), que serão apresentadas mais adiante. Outro fator de motivação para esse investimento é o crescimento exponencial do interesse pela Internet pelos usuários, conforme pode ser observado no gráfico da figura 5.


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Figura 5 - Crescimento da Internet

2. Topologias básicas:

2.1. Estrela, anel e barra. As redes são classificadas de acordo com a sua topologia. Essa topologia pode ser definida como o arranjo físico através do qual as máquinas são conectadas à rede (topologia física) ou então de acordo com a forma como as máquinas acessam o meio físico, como elas disputam a vez de transmitir e receber dados (topologia lógica). Em uma topologia de estrela, todos os computadores estão subordinados a um equipamento central. A figura 6 apresenta uma topologia de estrela. Esse equipamento central é responsável por receber os dados de todos os emissores e despachá-los para o destino. É um arranjo versátil, cuja administração é bastante simples em relação aos outros métodos. No entanto, possui a desvantagem de ter esse ponto único de falha (se o centro da estrela quebra, todos os clientes perdem a comunicação). Outro aspecto é que essa arranjo possui limites físicos (número de portas, por exemplo) e de performance, uma vez que um grande número de estações ligados através de uma única estrela terão seu desempenho tão pior quanto maior for o número de estações.


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Figura 6 - Topologia Estrela

A topologia de anel é tipicamente encontrada apenas em arranjos lógicos, uma vez que a obrigatoriedade de ligar os computadores em círculos fechados implicaria em dificuldades arquitetônicas. Imagine um prédio, por exemplo, onde há vários andares com várias máquinas horizontalmente dispostas. O arranjo físico em anel criaria um verdadeiro quebra-cabeça para o projetista, na definição dos caminhos (rotas) por onde os cabos deveriam passar. Ao invés disso, como ocorre nas redes token-ring, as topologias lógicas de anel são fisicamente implementadas como estrelas.

Figura 7 - Topologia Anel

A topologia de barramento é a mais importante no mundo das redes, uma vez que o padrão Ethernet foi criado para implementá-la. Inicialmente, as redes ethernet eram lógica e fisicamente construídas como barramentos. Apenas após o advento dos hubs é que as redes ethernet passaram a ser híbridas, com um backbone em barramento e redes departamentais em estrela, e atualmente, com o uso dos “backbones colapsados”, as redes são fisicamente estrelas com estrelas nas pontas. Um barramento nada mais é do que um meio físico compartilhado, que todos os usuários tem acesso, conforme a figura 8.


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Figura 8 - Topologia Barramento

2.2. Topologia híbrida. As topologias podem ser usadas de acordo com as necessidades, vantagens e desvantagens de cada uma. Devido às arquiteturas de protocolos definidas pelos órgãos de padronização, é perfeitamente possível construir uma rede composta de várias topologias diferentes, e mesmo assim existir a interoperabilidade entre as estações. 2.3. Conceito de topologia lógica e topologia física. Conforme já dito anteriormente, as redes podem possuir um arranjo físico de acordo com uma topologia e as estações acessarem o meio físico de acordo com outra topologia. Dois casos típicos são a rede token-ring, cuja topologia lógica é de anel, mas a topologia física é de estrela, e a rede ethernet com hubs, cuja topologia física é de estrela, mas a topologia lógica é de barramento.

3. Comutação e Técnicas de Multiplexação

3.1. Comunicação Local Assíncrona

3.1.1. Transmissão de bits Conforme já dito anteriormente, é extremamente vantajoso digitalizar os sinais. Com a digitalização, transformamos um sinal impreciso, cujas perdas durante a transmissão no meio físico serão irrecuperáveis, em um sinal ainda sujeito aos ruídos, porém com a possibilidade do uso de técnicas que permitem a recuperação integral do sinal digitalizado. Em função disso, o mundo todo se encontra num processo de convergência digital, onde televisões, discos de música e telefones celulares já são capazes de receber (e, em alguns casos, transmitir) sinais digitais, para obter maior qualidade na reprodução. Para realizar isso, os sistemas computacionais usam tipicamente a corrente elétrica, onde uma tensão negativa pode significar um bit de valor 1 e uma tensão positiva significaria um bit 0. Em função da diferença diametralmente oposta entre estas tensões, é muito difícil confundir um bit 1 com 0, mesmo na presença de muito ruído. A figura 9 mostra como o sinal elétrico pode ser usado para uma transmissão digital.


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Figura 9 - Transmissão de dados em Bits

3.1.2. Padrões de Comunicação Obviamente, a coisa não é tão simples como pode parecer. Algumas questões são imediatamente observadas: Quanto tempo devo manter uma tensão positiva ou negativa para cada bit ? Como vou definir o valor dessa tensão ? Para que estas questões fossem precisamente definidas e equipamentos de diversos fabricantes possam se comunicar, foram criados os padrões de comunicação. Há vários órgãos de padronização envolvidos, cada um especialista numa determinada área específica. O ITU (International Telecommunications Union), lida com a área das telecomunicações. O EIA (Electronic Industries Association) se preocupa com detalhes eletrônicos, e o IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engineers) tem uma importância vital para o mundo das redes, pois é ele que define todos os protocolos da área física e da interligação entre as redes, o que chamamos de protocolos de enlace. Um dos padrões mais usados no mundo é o RS-232, criado pela EIA. Ele serve para comunicação serial, permitindo que teclados, mouses e modens sejam interligados a computadores, independentemente de seus respectivos fabricantes. Apesar de interfaces emergentes como a USB estarem crescendo em popularidade, toda máquina ainda vem e virá durante um bom tempo com pelo menos uma interface serial. A transmissão feita no RS-232 é assíncrona, ou seja, não há necessidade de ambos os pares da comunicação (emissor e receptor) estarem sincronizados. Ao invés disso, são usados identificadores de início e de fim dos dados transmitidos, conforme a ilustração da figura 10. Os caracteres são enviados um por vez, precedidos por um “start bit”. Durante a sua ociosidade, a interface RS-232 mantém no meio físico sempre uma tensão negativa constante, referente a um bit 1. Ao enviar um caractere, é inicialmente enviado um bit 0, correspondente a uma tensão positiva, e imediatamente após, os 7 bits referentes ao código ASCII. Ao término destes 7 bits, é enviado o stop bit, desta vez uma tensão negativa (bit 1), caracterizando o fim do caractere enviado. Entra em um período mínimo de ociosidade, iniciando logo em seguida a transmissão do bit seguinte.


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Figura 10 - Transmissão Assíncrona

3.1.3. Largura de Banda Qualquer sistema de transmissão possui limitações intrínsecas. Suas propriedades físicas e elétricas determinarão qual será a maior variação oscilatória da onda que transmite o sinal num determinado intervalo de tempo. Obviamente, quanto maior essa freqüência oscilatória, mais dados poderão ser representados, então maior será a taxa de transmissão. A largura de banda é medida em ciclos por segundo, ou Hertz (Hz)

Figura 11- Freqüência - Ciclos por segundo

Para calcularmos qual é a relação fundamental entre a largura de banda de um sistema de transmissão e a taxa em bits por segundo que esse sistema pode alcançar, usamos o Teorema de Nyquist, descrito na década de 20, que nos oferece um limite teórico dessa taxa máxima. Esse teorema é enunciado abaixo:

C = 2W log2L bps


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Onde C é a taxa em bits por segundo; W é o número de amostras por segundo, ou seja, quantas vezes por segundo a onda analógica correspondente é medida para obtenção do sinal digital correspondente; e L é o número de níveis de sinalização diferentes usados no sistema de comunicação. Esse número é dependente de quantos bits transmitiremos a cada intervalo de sinalização. Por exemplo, se a cada intervalo 3 bits são transmitidos, serão necessários 23 = 8 tensões diferentes para representar cada uma destas combinações de bits (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111). Um exemplo clássico é a digitalização da voz. A voz é transmitida numa largura de banda de 4000 Hz, e são usados 8 bits para representar cada amostra. A cada segundo, são retiradas 8000 amostras da nossa voz, no processo de digitalização. Em função disso, os canais de voz possuem taxas de transmissão de 64.000 bps, ou aproximadamente 64Kbps. 3.1.4. Efeito do ruído

Todo esse cálculo se abstrai de um efeito presente a qualquer meio de transmissão: o ruído. Esse ruído deteriora a qualidade da transmissão digital, fazendo que o limite teórico de Nyquist seja reduzido. A figura 12 mostra o efeito do ruído.

Figura 12 - Efeito do ruído

Em função disso, Claude Shannon descreveu em 1948 um teorema onde a fórmula de Nyquist é estendida para levar em conta esse ruído. O Teorema de Shannon é enunciado abaixo:

C = W log2(1 + S/N) bps

Onde, além das mesmas variáveis de Nyquist, surge a relação sinal/ruído (Signal/Noise – S/N), que é medido num meio físico qualquer através da divisão da potência média do sinal pela potência média do ruído. Como ambas possuem a mesma unidade, convencionou-se chamar a unidade de Decibel. Possui o prefixo “Deci” porque, em função da sua representação real, calculada por 10log10 (S/N), há a multiplicação por 10, e o nome “bel” em homenagem a Graham Bell, grande pesquisador nessa área. Como as nossas linhas telefônicas filtram os sinais em canais de largura de banda de 3000 Hz e as linhas tem tipicamente uma relação sinal/ruído de 30dB, equivalente a S/N = 1000, qual então é a maior taxa que podemos ter usando modens discados ?


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3.2. Comutação

Comutação é a tradução literal de switching, que em português significa “chavear”. Esse chaveamento é a decisão sobre que caminho despachar a unidade de informação. Essa função pode ser realizada por comutadores (switches), como os ethernet e ATM, ou, num nível mais alto, por roteadores. Esses últimos, na verdade, são chamados de roteadores porque executam uma estratégia qualquer para a escolha da rota a ser usada para despachar o pacote, para em seguida comutá-lo através da rede. A função de comutação em uma rede também se refere à alocação de recursos para a transmissão pelos diversos dispositivos conectados. A seguir, serão apresentadas as técnicas de comutação existentes. 3.2.1. Circuitos A comunicação via comutação de circuitos pressupõe a existência de um caminho dedicado entre as estações comunicantes. É usada nas comunicações telefônicas, por exemplo. A figura 13 ilustra uma comunicação via circuitos chaveados (comutados). No estabelecimento da conexão, um circuito é destinado para existir durante toda a comunicação, esteja ela usando o meio ou não. Esse circuito só é desfeito após o procedimento de desconexão. A figura 14(a) ilustra a progressão da comunicação entre duas estações. No estabelecimento da conexão, uma mensagem de controle é enviada ao destino. Conforme ela vai sendo roteada, um caminho vai sendo alocado. Quando ela atinge seu destino, Uma mensagem de controle de confirmação é enviada pelo destino, já usando o canal alocado, sem processamento nos nós intermediários. A comunicação entre as estações então é possível, até que uma delas encerre a conexão. A mensagem de desconexão vai provocando a liberação do circuito nos nós intermediários). Problemas: Como o caminho fica dedicado às estações, mesmo que o tráfego não seja constante e contínuo, há grande desperdício da capacidade de transmissão do meio. Isso é visível quando usamos a linha telefônica com modens dial-up para acessar Internet. Pagamos um valor de acordo com o tempo de utilização, e não pelos bytes transmitidos e recebidos, porque o circuito estabelecido estará à nossa disposição durante toda a conexão, independentemente de o usarmos ou não. Obs.: O caminho entre origem e destino pode ser: • Um caminho físico, com enlaces físicos. • Uma sucessão de canais de freqüência alocados em cada enlace (FDM); ou • Uma sucessão de canais de tempo alocados em cada enlace (TDM Síncrono), ou seja, a técnica de comutação não implica diretamente em uma ou outra técnica de multiplexação. A comutação de circuitos é bastante utilizada em sistemas telefônicos com certas vantagens, porque o tráfego de voz é tipicamente constante e contínuo. Os PBX usam esse sistema. Nos primeiros sistemas o chaveamento era manual; depois, com os relés, passou a ser automática; posteriormente, passaram a ser multiplexadas na freqüência, e mais recentemente, com a introdução das centrais digitais, TDM.


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Figura 13 - Comutação por Circuitos

Como conclusões, temos que o retardo é determinístico, pois o meio não é compartilhado, facilitando a recuperação do sinal. Mas o uso inadequado do meio pode provocar indisponibilidade de recursos para o estabelecimento dos circuitos. É mais adequado para tráfego contínuo, como voz, mas péssimo para o tráfego de dados (rajadas), porque não há como exceder o limite do canal para a transmissão de um pico de transmissão, havendo o desperdício durante os períodos de silêncio. 3.2.2. Mensagens Em função das características inadequadas da comutação de circuitos para o tráfego de dados, surgiu a comutação de mensagens, ilustrado na figura 14(b). Na comutação de mensagens, não é necessário o estabelecimento de um caminho dedicado, mas passa a ser necessário um esquema de endereçamento, para que a mensagem possa ser roteada1. Este é o sistema store-and-forward. Somente após o completo armazenamento local da mensagem é que a mesma será despachada para o próximo nó de comutação. Obs. esse caminho pode se encontrar ocupado recebendo outras mensagens, e ainda outras mensagens podem estar aguardando para serem transmitidas, sendo necessário o estabelecimento de uma fila, tipicamente FIFO (first IN, first OUT). O aproveitamento das linhas é maior, já que os canais podem ser plenamente compartilhados por várias mensagens ao longo do tempo. As mensagens são sempre transmitidas sob demanda.

1 Roteamento é a técnica usada para escolha de uma rota capaz de alcançar um destino pré-determinado, tipicamente baseada em uma ou mais métricas


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Quando o tráfego se torna muito intenso, diferentemente de uma rede de comutação por circuitos, onde a conexão é recusada, na comutação por mensagens a mesma é sempre aceita e colocada em uma fila para retransmissão ao próximo nó. Observe que há um gap entre as mensagens. Isso simboliza o retardo provocado pela inserção da mensagem em uma fila, mais o tempo de processamento, ou seja, de escolha de rota.

Figura 14 - (a) Circuitos, (b) Mensagens, (c) Pacotes

O trade-off a considerar aqui é a economia de meios com os possíveis atrasos na entrega das mensagens, em relação à comutação por circuitos.

3.2.3. Pacotes Para otimizar o esquema da comutação de mensagens, criou-se a comutação de pacotes, cuja diferença básica é que as mensagens são divididas em pedaços de tamanho ainda variável (como nas mensagens), porém com um limite máximo definido (pacotes). A figura 14(c) ilustra essa modalidade de comutação. Pacotes de uma mesma mensagem podem estar simultaneamente trafegando numa rede, e ainda por cima possivelmente por caminhos diferentes (na modalidade datagrama), sendo muito comum a recepção dos mesmos desordenados. Isso


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reduz sobremaneira o atraso da rede de comutação de mensagens, além de exigir menor capacidade de armazenamento (memória) dos nós intermediários. Também facilita a recuperação de erros pela retransmissão apenas do pacote danificado, ao invés de toda a mensagem. Pode ser do tipo circuito virtual ou datagrama, em função do estabelecimento ou não de uma determinada rota para transmissão dos pacotes.

3.2.3.1. Comutação de Pacotes – Circuito Virtual

A modalidade de Comutação por Pacotes através de circuitos virtuais é parecida com a Comutação por Circuitos comum, com a diferença fundamental de que o meio pode (e normalmente é) compartilhado. O que não muda é a rota. Os pacotes, neste caso, sempre chegam na seqüência em que foram enviados. Nesse caso, há o overhead das mensagens de controle para estabelecimento da rota e seu desestabelecimento posterior. A vantagem é o compartilhamento do meio, com alocação de recursos em cada nó de comutação.

3.2.3.2. Comutação de Pacotes – Datagrama

Na modalidade datagrama, há a grande vantagem de reduzir o overhead para estabelecer rotas prévias, além de possibilitar um maior volume de dados de uma mesma transmissão simultaneamente presente no meio de transmissão, mas é necessário um mecanismo de reordenação de pacotes no destino, além de informações de controle no cabeçalho, para roteamento particularizado para cada datagrama nos vários nós de comutação.

3.2.4. Células

A comutação de células é um caso particular da comutação de pacotes, modalidade circuitos, onde todos os pacotes possuem tamanhos fixos (53 bytes). Seu tamanho diminuto permite grande velocidade na comutação, e o fato de ser fixo permite que as verificações de erro sejam feitas por hardware, com velocidades muito superiores ao convencional. A tecnologia ATM, que será vista adiante, implementa a comutação de células. Backbones de alta velocidade vem implementando essa técnica, capaz de oferecer taxas de 155Mbps a 10 GBps, sem a necessidade de grandes alterações de arquitetura, como ocorre no padrão Ethernet, por exemplo.

3.3. Multiplexação

Supondo-se que temos um meio com banda passante disponível de 400 MHz, e a banda passante do nosso sinal é de apenas 40 MHz. Se esse canal for alocado para essa transmissão, haverá um desperdício de 360 MHz de banda. Supondo-se há três sinais a serem transmitidos, como ilustrado na figura 15. Com larguras de banda de 40 MHz, 40 MHz e 80 MHz, como se pode alocar esse canal para melhor explorá-lo? A técnica usada para isso é a multiplexação. Existem dois tipos fundamentais de multiplexação: na freqüência e no tempo.


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Figura 15 - Multiplexação de 3 fluxos num único meio físico

3.3.1. Na Freqüência

Num exemplo de multiplexação de sinais de voz, na figura 16 há três sinais de voz, representados pelos seus respectivos espectros, que inicialmente são submetidos à filtros para as respectivas faixas de freqüências desejadas, de forma que apenas permaneçam no sinal as freqüências adequadas para cada canal disponível no meio físico compartilhado, resultando nos gráficos mais à esquerda. Conforme já dito anteriormente, a faixa de freqüências necessária para voz é de 3 KHz, logo, 4 KHz (faixa padrão) permitirão sua recuperação sem perdas. Nos gráficos do centro, os sinais de voz foram modulados, ou seja, foram deslocados para uma outra faixa de freqüência, preservando todas as características necessárias para sua recuperação. É isso que os modens fazem. Na demodulação, é necessário conhecer a faixa de freqüências usada para a modulação, pois só assim a operação de demodulação será possível. Obs.: o valor desse deslocamento é sempre o da freqüência da portadora. Para fazer essa modulação, podem ser usadas, no caso de sinais analógicos, as técnicas AM, FM ou PM, e no caso de sinais digitais, ASK, FSK e PSK, que serão vistas na próxima seção. Importante: o FDM é a técnica usada para a banda larga, ou seja, para a transmissão analógica. Um sinal de voz, por exemplo, é simplesmente modulado para outra freqüência e transmitido. Um sinal digital também é modulado, através das técnicas FSK, ASK, etc e também transmitido analogicamente. Já o TDM é usado para transmissão em banda básica, sendo, portanto, sinais digitais. Assim, associa-se TDM, apresentada a seguir, à transmissão digital. A transmissão digital é vantajosa, pois permite a recuperação do sinal na presença de ruídos.


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Figura 16 - Multiplexação de três sinais, modulando em freqüências diferentes

3.3.2. Multiplexação no Tempo Síncrona

A Multiplexação por divisão no tempo (TDM – Time Division Multiplexing) se beneficia do fato que a capacidade em bits por segundo do meio de transmissão na maioria das vezes excede a taxa média de geração de bits das estações conectadas ao meio físico. Assim, vários sinais podem ser transportados por um único caminho físico, intercalando-se porções de cada sinal no tempo. A multiplexação no tempo pode ser síncrona ou assíncrona (estatística). Na figura 17, as estações 1, 2 e 3 compartilham o meio físico revezando-se nas suas transmissões. Um detalhe importante a observar é que mesmo que a estação não possua dados a transmitir, ainda assim um slot de tempo será disponibilizado ciclicamente para cada estação. Na figura 18, ilustra a alocação de slots em cada ciclo para 4 estações, de forma síncrona. Os slots não precisam necessariamente ter o mesmo tamanho (duração), permitindo a variação da taxa de transmissão de cada estação. Outro aspecto importante é que a taxa de transmissão durante o seu slot será a taxa nominal do canal, mas a taxa de cada estação dependerá da duração de seu slot, uma vez que durante os outros slots de cada ciclo a estação não transmite. A figura 19 ilustra a implementação de canais para tráfego de dados na infra-estrutura de comutação de circuitos implementada nos Estados Unidos, chamada de hierarquia T1. Observe que são 24 canais (slots), onde cada um oferece uma taxa de voz, ou seja, 64Kbps.


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Figura 17 - Multiplexação no Tempo

Figura 18 - Alocação Síncrona de slots entre 4 usuários

Figura 19 - Multiplexação T1 (americana)

Uma alternativa para reduzir o desperdício de banda do TDM síncrona é o TDM estatístico. Nele, não há alocação de canal nem estabelecimento de conexão. O slot de tempo é alocado sob demanda das estações. No TDM síncrono, o slot de tempo identifica a estação. Já no assíncrono é necessário um cabeçalho para identificar a fonte dos dados. O STDM (TDM estatístico) é a base para a


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implementação do ATM (Asynchronous Transfer Mode), uma técnica de alta performance e Qualidade de Serviço que será apresentada adiante. 3.3.3. Multiplexação no Tempo Estatística

Figura 20 - Multiplexação Estatística (STDM)

A figura 21 ilustra a Multiplexação Estatística (STDM – Statistical Time Division Multiplexing), que procura solucionar o desperdício do TDM alocando recursos de acordo com a definição dinâmica da necessidade de recursos para cada usuário. Tal procedimento é de grande complexidade e ainda é tema de pesquisa nos cursos de pós-graduação no mundo todo.

3.4.Técnicas de Modulação Analógica e Digital

3.3.4. Modulação

Desde muito tempo atrás, já se conhecia as propriedades das ondas eletromagnéticas (releia a seção 1). Tais ondas, de espectro conhecido e fixo, possuem a capacidade de alcançarem grandes distâncias, atravessarem obstáculos (dependendo da freqüência) e, principalmente, poderem ser geradas pelo homem. A modulação é a técnica de manipular estas ondas, chamadas de portadoras, para “portarem” os dados. Uma vez moduladas, estas ondas podem ser transmitidas no meio físico, e ao chegarem aos seus destino, serem demoduladas para que o sinal inserido possa ser recebido. A figura 22 ilustra uma onda portadora.


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Figura 21 - Onda Portadora

A natureza é intrinsecamente analógica. A voz, as imagens, sons, tudo é transmitido através de sinais analógicos, que são os únicos sinais cujos órgãos sensoriais humanos são capazes de “decodificar”, ou seja, de entender. Um gráfico representativo de uma fonte de sinais analógicos apresenta uma variação contínua de freqüência no decorrer do tempo. Se uma amostragem for realizada num instante qualquer, será obtida uma medida de freqüência. Porém, se esse mesmo instante de tempo for particionado em intervalos menores, certamente encontraremos valores diferentes de freqüência para cada amostra. Essa intensa e contínua variação torna o sinal analógico muito difícil de ser capturado por equipamentos de sua forma original (idêntico ao sinal gerado), ficando essa representação dependente da precisão dos circuitos do equipamento utilizado. Outra questão é que a complexidade do sinal o torna muito vulnerável a ruídos. É impossível a recuperação e a reprodução do sinal analógico, após uma transmissão, da forma rigorosamente idêntica a qual o mesmo foi originado. Para minimizar as perdas durante a transmissão, são usados os sinais digitais. Qualquer sinal analógico pode ser digitalizado e transmitido de forma digital. A grande vantagem é que os sinais digitais, diferentemente dos analógicos, possuem um conjunto finito de valores (conjuntos de zeros e uns), cuja representação em intervalo de tempo pré-determinado2 é sempre fixa. Mesmo na presença de ruídos, é possível a recuperação integral do sinal (obviamente, o mesmo sinal obtido após a sua digitalização inicial) após a transmissão do mesmo através de um meio ruidoso. É importante entender que qualquer tipo de informação, analógica ou digital, pode ser transmitida através de uma onda portadora. Por exemplo, um sinal de voz (analógico) pode ser amostrado, quantizado e o resultado dessa quantização ser codificado em um sinal digital. Por sua vez, as técnicas de modulação largamente empregadas permitem a introdução destes sinais digitais em ondas portadoras analógicas. Um exemplo é o Loop Local telefônico usado para acesso discado a provedores. A modulação pode ser Analógica ou Digital, dependendo do dado a ser transmitido.

2 Esse intervalo de tempo é chamado de intervalo de sinalização, que depende da tecnologia empregada. Quanto menor esse intervalo, maior é a taxa de geração (ou transmissão) dos dados.


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3.3.5. Modulação Analógica A Modulação analógica é a mais antiga técnica para transmitir sinais através de ondas, uma vez que o sinal é analógico, como a voz (rádio AM), música (rádio FM) e imagens + sons (TV), foram as primeiras necessidades do ser humano. Só posteriormente é que se pensou em enviar sinais em bits, devido às características de qualidade já citadas anteriormente. Uma estação de rádio, por exemplo, opera através de um sinal que oscila numa determinada freqüência. Essa freqüência, que usamos para identificar as rádios no dial, é a freqüência da onda portadora que a emissora foi autorizada pelos órgãos reguladores a usarem. Para que o sinal seja transmitido nessa onda portadora, ele deverá ser modulado. Todos os sinais trafegam simultaneamente através do ar, mas não há interferência porque cada emissora usa uma freqüência de onda portadora diferente. Quando desejamos ouvir uma determinada emissora, basta sintonizarmos a freqüência desejada, o que permitirá a demodulação dos sinais que desejamos. Para os sinais analógicos, são tipicamente usadas as modulações na freqüência (FM) ou na amplitude (AM). A modulação AM varia a força do sinal de saída em proporção do sinal a ser enviado. Já a modulação em freqüência faz alterações na freqüência da onda portadora, de forma que o sinal original possa ser obtido.

Figura 22 - Modulação Analógica AM


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Figura 23 - Modulação Analógica FM

3.3.6. Modulação Digital

Quando os sinais são bits, as modulações em freqüência e em amplitude também são usadas, mas outra forma é empregada: a modulação em fase. Na modulação em freqüência, também conhecida como FSK (Frequency Shift Keying), ilustrada na figura 24, são usadas freqüências diferentes para diferenciar o zero do um. Na modulação em Fase, a onda portadora é deslocada de forma sistemática 0 ou 180 graus em intervalos uniformemente espaçados, como pode ser visto na figura 25. Caso se deseje transmitir dois bits a cada intervalo de sinalização, pode-se usar o PSK (Phase Shifh Keying – Modulação por deslocamento de Fase) com deslocamentos de 45, 135, 225 ou 315 graus, permitindo a representação dos valores 00, 01, 10 e 11. A Modulação em Amplitude (ASK – Amplitude Shift Keying) usa duas amplitudes diferentes para representar o zero e o um. A figura 26 apresenta todos estes tipos de modulação digital comparados, ASK(b) , FSK(c) e PSK(d).


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Figura 24 - Modulação na Freqüência (FSK)

Figura 25 - Modulação em Fase (PSK)


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Figura 26 - (a) sinal digital, (b) ASK, (c) FSK, (d) PSK

Agora vamos discutir um assunto muito interessante, que todos tem curiosidade de saber: Qual é o limite real de transmissão através dos modens convencionais ? Se você teve a curiosidade de buscar os subsídios para calcular a capacidade para transmitir bits nas linhas telefônicas, que são ruidosas, você usou o teorema de Shannon. E chegou à conclusão de que nunca poderemos transmitir muito mais do que 30.000 bps. Porque são então vendidos modens de 56Kbps ? A explicação é a seguinte: Os modens atuais, antes de qualquer ciosa, testam a qualidade da linha e apenas usam a taxa máxima de acordo com o nível de ruído. Por outro lado, eles compactam os dados antes de transmiti-los, visando aumentar a taxa nominal de transmissão. Todos os modens atuais são full-duplex, ou seja, permitem tráfego em ambos os sentidos. O limite teórico de Shannon, de aproximadamente 33Kbps, considera ligações através de linhas telefônicas entre dois usuários finais. Na prática, estamos conectados a ISPs que, conforme a figura 4, estão diretamente ligados a uma infra-estrutura menos sujeita à ruídos, por usar fibras óticas. Nesses enlaces, podem-se alcançar taxas de 70Kbps. Pelo Teorema de Nyquist, poder-se-ia convencionar então o valor de 64Kbps, mas como os EUA usam um bit para controle, a taxa padrão para esses enlaces de boa qualidade ficou em 56Kbps. Os modens de 56Kbps, na verdade, só funcionarão com taxas superiores às alcançadas pelos modens de 33Kbps


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se os provedores usarem linhas digitais com as companhias telefônicas. Os modens 56K podem operar segundo dois padrões: no V.90, pode-se chegar até 33,6 Kbps de upstream (para o ISP) e até 56Kbps de downstream (para o usuário), mas esses limites são teóricos e dependentes do ruído na linha. O V.92 usa uma codificação diferente, capaz de transmitir até 48 Kbps upstream, sem alterar o downstream, por já estar no limite máximo teórico.

4. Meios de Transmissão

4.1. Meios físicos de transmissão (cabos, rádio, satélites, luz)

4.1.1. Cabos de cobre

A razão pela maior quantidade de cabos existente é muito simples: são os mais baratos e fáceis de instalar. O cobre, sempre usado nas ligas que formam os fios, é o metal que apresenta a melhor combinação entre disponibilidade na natureza e baixa resistência à corrente elétrica. Essa corrente, que conduzirá os dados, gera um campo eletromagnético ao seu redor, que pode ser induzido em outros cabos. Outras fontes, como motores elétricos, por exemplo, podem induzir corrente num cabo, representando o que chamamos de ruído indutivo. Quanto mais paralelos estiverem os fios, mais indução ocorre. Daí, quando há a necessidade inevitável de rotear um fio cruzando por outro, ambos devem estar perpendiculares. Para minimizar esses efeitos do ruído, os cabos são blindados ou trançados. No caso dos blindados, o melhor exemplo é o cabo coaxial, ilustrado na figura 27. Esse cabo possui uma manta metálica que isola o meio circundante do fio de cobre, buscando que ele absorva as induções que ocorram. É bastante eficaz, desde que essa manta metálica seja adequadamente aterrada.

Figura 27 - Cabo de Cobre Coaxial

Os cabos de par trançado têm a seguinte característica: cada helicóide feita entre dois cabos gera um campo eletromagnético de proteção, desde que não sejam muito intensos. Na figura 28 (a) é ilustrado um par trançado cat 3, que possui um número de helicóide menor que o CAT 5 (b). Isso implica diretamente numa melhor qualidade e proteção do par, permitindo que o mesmo suporte maiores freqüências, e conseqüentemente, maiores taxas de transmissão. A figura 29 ilustra a acomodação de 4 pares trançados num único cabo, padrão usado para transmissões até Gigabit Ethernet.


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Figura 28 - Par Trançado. (a) CAT 3, (b) CAT 5

Figura 29 - Cabo de pares trançados

Os cabos de par trançado ainda podem ser também blindados, aumentando bastante a sua resistência aos ruídos.

4.1.2. Cabos óticos

Os cabos óticos são totalmente imunes à interferências eletromagnéticas. Como são feitos de sílica, um composto relativamente maleável do vidro, permite a passagem da luz, mesmo que o cabo não esteja totalmente alinhado. Obviamente, quanto mais “curvas” o cabo fizer, maiores serão as perdas. A figura 30 ilustra um cabo com um único filamento de sílica (a) e um cabo que acomoda 3 filamentos (b). Atualmente, em função da utilização de transmissões full-duplex (um TX e outro RX), os cabos são vendidos com pares de filamentos.

Figura 30 - Cabos óticos. (a) uma fibra, (b) três fibras

Há dois tipos de cabos óticos: os monomodo e os multimodo. Os monomodo são assim chamados porque o feixe de luz criado é tão delgado que não há reflexão nas paredes internas do filamento. Com isso, são alcançadas grandes distâncias. O pequeno diâmetro do filamento, no entanto, torna muito complexa a sua conectorização, que é microscópica. Os cabos óticos mais usados são os multimodo, cujo diâmetro é aproximadamente 10 vezes maior que o monomodo, tornando mais fácil a sua confecção e a sua conectorização. Em conseqüência, ocorrerá reflexão do feixe de luz no interior do filamento, provocando perda da energia do mesmo. Com isso menores distâncias podem ser alcançadas. A figura 31 ilustra um cabo ótico multimodo.


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Figura 31 - Transmissão da luz através da fibra. (a) ângulo do feixe, (b) reflexões na fibra

Para geração do feixe de luz, são usados LED’s (menores distâncias) ou Laser semicondutor, para distâncias mais longas e maiores taxas de transmissão.

4.1.3. Ondas

Elétrons, quando se movimentam, geram ondas eletromagnéticas que podem se propagar pelo espaço livre, e até mesmo pelo vácuo. Esse efeito é interessante para transmissão de dados, pois como vimos em seções anteriores, essas ondas assumem forma e função de ondas portadoras, que podem, uma vez moduladas, conduzir altas taxas de dados a longas distâncias, dispensando a passagem de cabos e todas as obras de infra-estrutura correspondente. As ondas criadas, de acordo com a freqüência, assumem características próprias. Em função disso, os estudiosos definiram o espectro eletromagnético, de forma que as freqüências pudessem ser adequadamente utilizadas ser que um sinal interfira no outro. A figura 32 ilustra o espectro eletromagnético.

Figura 32 - Espectro Eletromagnético

Deste espectro, é de especial interesse as faixas de rádio, pois as mesmas são fáceis de gerar, tem penetração em superfícies sólidas e podem alcançar longas distâncias. São também omnidirecionais, ou seja, viajam em todas as direções ao mesmo tempo, bastando uma antena transmissora para todo um diâmetro de alcance. As propriedades específicas dependem da freqüência.


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Em freqüências mais baixas, as ondas atravessam obstáculos com mais facilidade, porém o alcance é menor (a potência diminui muito rapidamente com o afastamento da fonte do sinal). Em freqüências mais altas, por sua vez, as ondas tendem a viajar em linha reta e refletir em obstáculos. Nas bandas VLF, VF e MF, as ondas de rádio de propagam perto do solo, como na figura 33 (a). Os rádios AM usam a faixa MF, tendo com isso um baixo alcance. Já nas faixas HF e VHF, as ondas que se propagam perto do solo são absorvidas. Já as ondas que alcançam a ionosfera, que fica entre 100 a 500 Km da terra, ricocheteiam nela e voltam para a superfície da terra. Essas faixas são usadas pelos operadores de radio amador e por militares.

Figura 33 - (a) VLF, VF e MF, (b) HF

Além destes tipos, convém ressaltar a transmissão por microondas, extensamente utilizada para interligar prédios no mundo todo. Acima de 100 MHz, as ondas trafegam praticamente em linha reta. É o que chamamos de visada direta, pois as antenas de emissão e recepção devem estar alinhadas. Apesar de alcançarem distâncias muito longas, são necessários repetidores, não por causa da perda de potência em si, mas principalmente pela curvatura da terra, que pode ficar entre as antenas. Torres com 100 metros de altura, por exemplo, necessitam de repetidores a cada 80 Km. Tem a capacidade de alcançar taxas altíssimas, na faixa dos muitos megabits, mas quanto maior a freqüência mais suscetíveis a interferências as ondas são. Gotas de chuvas por exemplo, absorvem ondas de freqüências superiores a 4GHz.

4.1.4. Bandas ISM

Como se pode perceber pela figura 32, todo o espectro eletromagnético é “dividido” entre várias aplicações diferentes. Além disso, já está todo tomado. Como o uso de qualquer freqüência deste espectro demanda autorização para uso, fiscalizado rigorosamente por órgãos governamentais, criou-se uma exceção à regra: Algumas faixas foram alocadas para que, com o uso de baixas potências, pudessem ser usadas para aplicações específicas. Essas aplicações são conhecidas como ISM, de Industriais, Científicas e Médicas. Aparelhos telefônicos sem-fio, controles remotos, brinquedos e alarmes usam freqüências desse tipo, sem a necessidade de um licenciamento especial. A figura 34 apresenta as bandas ISM nos EUA (adotadas no Brasil).


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Figura 34 - Bandas ISM nos EUA

4.1.5. Satélites

Antes do advento dos satélites, na década de 60, a idéia era usar balões metalizados para refletir as ondas e permitir maiores alcances com menos antenas. A Marinha americana, então, idealizou um sistema que usava a lua como satélite para transmissões. O problema da lua é que ela opera passivamente, introduzindo grande perda na potência do sinal. Visualizou-se então a necessidade da amplificação do sinal antes de sua retransmissão para a terra, e para isso seriam necessários satélites artificiais. Outro aspecto é que, com satélites artificiais, poderiam ser usados diferentes dispositivos chamados transponders, que lidam com faixas de freqüências diferentes, o que permite um melhor aproveitamento do espectro. Os satélites foram categorizados em três categorias (e características) diferentes. Os satélites GEO (de geo-estacionários) ficam tão alto (35.000 Km da terra) que se encontram numa órbita cuja velocidade angular é a mesma de rotação da terra. Com isso, tem-se a impressão que o mesmo está parado acima das nossas cabeças. Isso é útil porque permite que uma antena possa ficar permanentemente apontada para ele (como acontece nas TVs DirecTV e Sky), mas são necessários foguetes muito potentes para colocá-los na órbita correta. Tem como outras vantagens terem uma ampla visibilidade da terra, de forma que apenas três satélites são necessários para alcançar qualquer receptor. Imagine, no entanto, as dificuldades e custos para sua manutenção. Em função disso, os satélites são tipicamente propriedade de governos com a participação de consórcios com várias empresas. A figura 35 ilustra as características dos satélites GEO. Os satélites MEO ficam em altitudes mais baixas, de forma que tem uma cobertura menor da terra do que os GEO, necessitando de um maior número para oferecer seus serviços. Sua órbita não é geo-estacionária, de forma que existe o procedimento de handoff3. São pouco usados, mas um importante exemplo atual deve ser citado. Os aparelhos de GPS (Global Positioning Systems) usam 24 satélites na órbita MEO.

3 Handoff – procedimento em que uma estação móvel tem o seu atendimento passado de um transmissor para outro, sem prejuízo para a comunicação. Típico nas comunicações por celulares.


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Figura 35 - Satélites LEO, MEO e GEO

Os satélites de baixa órbita (LEO) estão em uma órbita tão baixa que os equipamentos não precisam usar baterias enormes para emitir seus sinais. Sua principal utilização consiste nos sistemas de celulares mundiais, como o Iridium e o GlobalStar. Por estarem muito perto da terra, precisam viajar com uma grande velocidade, de forma a não sofrerem atração gravitacional que os puxe para a superfície da terra. Com isso, são necessários vários satélites para cobrir toda a terra, como pode ser visto na figura 35.

Figura 36 - Bandas de operação dos satélites

Como os feixes de ondas dos satélites podem interferir com as microondas terrestres, foram criadas bandas especiais apenas para os satélites. As características destas bandas estão ilustradas na figura 36. Um caso especial da utilização dos satélites é o VSAT (Very Small Aperture Terminal). Esse sistema, ilustrado na figura 37, usa pequenos terminais,, com antenas diminutas e de baixa potência. Como estas estações tem potencia baixa, não conseguem se comunicar diretamente, então são usados dois elementos intermediários: um satélite que recebe os sinais da primeira antena, e uma estação retransmissora na terra, chamada de hub, capaz de amplificar bastante esse sinal. Com isso, antenas diminutas podem receber os sinais emitidos por antenas igualmente diminutas.


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Figura 37 - Sistema VSAT

4.1.6. Luz

Imagine que sua empresa, instalada na Avenida Rio Branco, resolve ampliar suas instalações. No prédio onde ela está situada, não há mais salas disponíveis, mas no prédio em frente, há uma sala disponível. Você acha que a prefeitura autorizaria a interrupção do trânsito nessa avenida, para que você pudesse cavar uma vala onde seria instalado um cabo ótico ? Claro que não. Em situações desse tipo, uma das alternativas mais viáveis e baratas seria a interconexão através da luz. Dependendo da distância, poderiam ser usados os baratos dispositivos de raios infravermelhos, que tem como desvantagem um baixo alcance (alguns poucos metros) e a impossibilidade total de atravessarem superfícies sólidas. Para distâncias maiores, como a citada acima, a opção mais interessante é o Laser. Como desvantagens, pode-se citar que o laser é altamente direcional, de forma que ao aumentarmos muito as distâncias, a recepção do feixe (1 mm de diâmetro) é muito difícil e suscetível a interrupções por pouso de pássaros, ventos e outros fatores. Para contornar esse problema são usadas lentes para “desfocar” o feixe, aumentando artificialmente o seu diâmetro. Outro aspecto é a vulnerabilidade à chuva e neblina, bem como o calor. Ondas de calor emitidas pela laje dos prédios provocam um desvio do feixe de laser, fazendo com que o mesmo não “acerte” mais o fotodetector. A figura 38 ilustra essa situação.


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Figura 38 - Transmissão Laser

4.2. Redes sem fio

É muito simples observar as vantagens do uso de tecnologias sem fio. Não há necessidade de obras, passagem de cabos, acabam-se os mal-contatos e, no caso dos fios de cobre, a enorme suscetibilidade às interferências eletromagnéticas causadas por motores elétricos e reatores. Há, no entanto, preocupações importantes: a segurança é uma delas. Uma vez que os dados estão trafegando pelo ar, teoricamente qualquer um que esteja naquela localidade poderá capturar os dados. Em meados da década de 90, quando a tecnologia já estava disponível, o IEEE iniciou um esforço de padronização que pudesse garantir interoperabilidade entre os dispositivos wireless, que gerou alguns padrões.

4.2.1. IEEE 802.11

A série de padrões gerados pelo comitê 802.11 destina-se à formação de Lans sem fio. Naquela época, já estavam disponíveis alguns dispositivos wireless, porém não interoperáveis. Esse padrão estabeleceu, inicialmente que dois tipos de modos deveriam ser passíveis de funcionamento: na presença de uma estação rádio-base (acess-point - AP) ou sem. Nesse último caso, as redes estabelecidas chamariam-se redes ad-hoc. A figura 39 ilustra essas duas configurações.


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Figura 39 - (a) Redes wireless com AP, (b) Wireless ad-hoc

Tais redes deveriam ser plenamente compatíveis com o padrão mais usado na época, o Ethernet (802.3), e o uso de uma infra-estrutura sem-fio deveria ser totalmente transparente às aplicações. Em 1997, o primeiro padrão 802.11 foi proposto. Esse padrão previa taxas de 1 a 2 Mbps, o que não satisfez os usuários, que acharam o padrão lento. Em 1999 dois novos padrões surgiram: a versão 802.11a, que opera a 54Mbps em freqüências largas e distâncias mais curtas, e o 802.11b, que opera na mesma faixa que o padrão original (802.11), porém com um tipo especial de modulação que permite taxas de 11Mbps e um alcance mais longo. Curiosamente, esses dois padrões (a e b) não são interopeáveis. Pouco tempo depois, é lançado um novo padrão, o 802.11g, que opera na faixa de freqüências do 802.11b, mas usa a modulação do 802.11a, alcançando as vantagens de ambas (maior alcance com a maior taxa). Além disso, é compatível com as duas técnicas anteriores. O mundo comercial tomou a sua iniciativa também, criando o comitê Wi-fi (wireless Fidelity), destinado a rotular produtos que fossem compatíveis. Foi tomado como base para padronização Wi-fi a especificação IEEE 802.11b. Nas configurações típicas, é comum a interligação de APs wireless através de redes ethernet, com a criação de “células” nas redes locais, conforme ilustrado na figura 40. Todas as modalidades de Lans wireless 802.11 operam em faixas ISM.

Figura 40 - Rede 802.11 multicelular

4.2.2. IEEE 802.16 Podemos imaginar então que o problema de implementar uma infra-estrutura global via wireless está resolvido. Na verdade, o 802.11 não é abrangente o suficiente para todas as situações. O 802.11 foi projetado para suportar mobilidade, ou seja, permitir que as estações se movimentem, daí o suporte ao handoff e a transmissão omnidirecional. Como deve suportar pequenas redes, como as domésticas, por


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exemplo, não suportam comunicações full-duplex, visando o barateamento dos rádios. Outra questão é que, para facilitar sua implementação, usa faixas ISM, e com isso o número de usuários por célula é limitado, e os alcances relativamente pequenos. Em suma, a especificação 802.11 foi projetada para ser a Ethernet móvel. O 802.16 visa atender a uma situação diferente. É projetado para enlaces wireless entre pontos não-móveis, como prédios. Com isso, pode-se usar uma faixa de freqüências bem mais alta, de 10 a 66 GHz, cujas ondas são direcionais. Como as conexões prediais são compartilhadas entre vários usuários, o custo é menos importante que no 802.11, então é oferecido o tráfego full-duplex. As ondas milimétricas da banda 802.16 possuem alcances bem maiores que o 802.11, alcançando vários quilômetros e atendendo a um número muito maior de usuários e com taxas de transmissão capazes de trafegar telefonia e multimídia. Em resumo, o padrão 802.16 foi projetado para ser uma rede de televisão a cabo sem-fio, mas estacionária. Para permitir longos alcances, o padrão 802.16 usa três tipos de modulação diferentes, fazendo com que as estações mais próximas possam ter taxas mais altas, da ordem de 150 Mbps, em QAM-64. Em QAM-16 pode-se alcançar 100Mbps e QPSK algo como 50Mbps, como se pode ver na figura 41. O 802.16 vem sendo considerada a solução ideal para a implementação das MANs.

Figura 41 - Faixas independentes numa área 802.16

4.3. Bluetooth

Em 1994, por iniciativa da Ericsson, um grupo de 5 empresas (Ericsson, Intel, IBM, Nokia e Toshiba) formaram um consórcio para desenvolver um padrão para criar uma interface wireless entre dispositivos de computação e de comunicação, que pudesse suportar restrições como baixa potência e baixo custo, em distâncias curtas. Não é destinado a implementar redes de comunicação, e sim apenas possibilitar a transmissão de dados ponto a ponto entre tais dispositivos, via rádio. O Nome Bluetooth foi dado em homenagem a um Viking que unificou a Dinamarca e a Noruega, que assim se chamava. Há alguns detalhes interessantes a considerar. O primeiro deles é que o Bluetooth opera na banda ISM de 2,4 GHz, interferindo eletricamente com o 802.11. Arquiteturalmente, o Bluetooth permite a construção de uma Piconet (uma “rede” diminuta, com alcances máximos inferiores a 10 metros). Essa estrutura pode ter até sete nós escravos ativos (e até 255 inativos) e um nó mestre. Várias piconets podem ser interligadas através de uma Scatternet, como ilustrado na figura 42. Para interligar as Piconets é necessário um escravo “ponte”.


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Suas principais aplicações são: substituir portas seriais (modens, mouses, teclados, etc.); Telefonia sem-fio; Intercomunicadores em ambientes pequenos; fones de ouvido; interface de sincronização de PDAs (Palmtops e celulares) com computadores, entre outras.

Figura 42 - duas "piconets" formando uma "scatternet" bluetooth

4.4. Cabeamento estruturado Cabeamento estruturado é um conjunto de padrões e técnicas utilizadas para planejar, implantar e certificar cabeamento para instalações. Não trata apenas a parte de dados gerados pelos computadores, mas sim uma integração entre fluxos de voz (telefonia), imagens (circuitos fechados, distribuição de sinal de TV aberta), e outros, como sistemas de administração prediais (alarmes, controle de acesso, etc). Consiste de uma arquitetura aberta, meios de transmissão e interfaces padronizados, e principalmente aderência a regras nacionais e internacionais. O aspecto da integração das necessidades de transmissão pode reduzir custos em até 30%. Já a observância estrita às regras e padrões garante melhor performance ao sistema, por evitar fontes de ruído e interferência, bem como ser dimensionado para atender às demandas de transmissão. Outro aspecto é que permite uma escalabilidade mais econômica, garantindo vida mais longa ao investimento feito. As normas principais de cabeamento estruturado, para os interesses do nosso curso são: NBR 14565 da ABNT (brasileira); ANSI/TIA/EIA 568-A (americana) e ISO/IEC 11.801 (européia).

4.4.1. Certificação de rede Um dos pontos mais importantes da implementação do cabeamento estruturado é a certificação da rede. Nesse processo, alguns parâmetros da rede são aferidos através de equipamentos apropriados. Dentre estes, os mais importantes são os seguintes:

4.4.1.1. Atenuação

O sinal elétrico utilizado para conduzir os bits sofre um efeito chamado de atenuação, causada pela resistência à passagem da corrente elétrica. Essa resistência provoca perda de potência, limitando o alcance máximo possível


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para cabos. A atenuação é medida em decibéis, e é um dos parâmetros importantes de serem aferidos numa rede, no seu processo de certificação.

4.4.1.2. NEXT

Near End Crosstalk – O NEXT é uma interferência entre condutores próximos, que induzem sinais entre si. Quanto mais baixa for esta interferência, mais confiável será a transmissão.

4.4.1.3. Freqüência

A freqüência é outro parâmetro de especial importância quando testamos a sua qualidade. Quanto maior a freqüência suportada, maiores serão as taxas de transmissão através do cabo. Convém ressaltar que, por sua vez, quanto maiores as freqüências utilizadas, maior será a suscetibilidade às interferências com outros dispositivos. Outro aspecto é que, para maiores freqüências, maior será a exigência de qualidade no processo de fabricação dos condutores. A freqüência máxima não é medida diretamente, mas há valores esperados de atenuação máxima e NEXT para cada categoria de cabo, que por sua vez deverá ser capaz de permitir o tráfego numa determinada freqüência máxima. Um exemplo de parâmetros esperados para um cabo CAT 5, para transmissões em 100 MHz, é uma atenuação máxima de 24dB e NEXT de 27,1dB.

4.4.2. Cabos de par trançado

Os cabos de par trançado são os meios de transmissão mais usados no mundo, devido à facilidade de instalação, baixo custo e grande flexibilidade, podendo suportar taxas desde 10Mbps até Gigabit. Tem como grande desvantagem a suscetibilidade ao ruído (crosstalk), mas com cuidados básicos no procedimento de cabeamento estruturado pode-se alcançar excelentes resultados. Uma das formas de atenuar esse efeito já é fornecida junto com o cabo. São as “tranças” do cabo, cuidadosamente calculadas para que os pares anulem as interferências que porventura ocorram. Há algumas categorias de cabos, que daterminam um conjunto de características próprias para o alcance de um desempenho esperado. A tabela abaixo demonstra essas categorias: CAT 1 Sistemas de telefonia, com freqüências inferiores a 1 MHz CAT 2 Sistemas de baixas taxas de transmissão com freqüências de

até 4MHz CAT 3 Freqüências de até 16MHz, taxas de até 10Mbps CAT 4 Freqüências de até 20MHz, taxas de até 16Mbps CAT 5 Freqüências de até 100MHz, taxas de até 100Mbps, podendo

chegar a 1Gbps em situações especiais. CAT 5e Freqüências de até 100MHz, taxas de até 1Gbps CAT 6 Freqüências de até 250MHz, taxas de 1Gbps ou superior CAT 7 Freqüências de 500MHz a 1GHz, taxas muito altas (tráfego

multimídia. Conectores e cabos blindados. O funcionamento desses cabos dependam diretamente de uma correta conectorização, uma vez que cada fio exerce uma função específica (transmissão e recepção). Para garantir uma uniformidade no procedimento de


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conectorização, o EIA/TIA padronizou dois tipos de conectorização, o 568A e o 568B. Para ligações entre estações e hubs (ou switches) usa-se o 568A nas dua pontas, e para ligar duas máquinas diretamente, ou ligar um hub a outro, usa-se o 568A numa ponta e 568B na outra. É o chamado cabo “crossover”. A figura 43 ilustra esses padrões.

Figura 43 - Padrões 568A e 568B

Os cabos de par trançado têm comprimentos máximos limitados de acordo com padrões. Em situações onde haja grande interferência por ruído ou a necessidade de maiores alcances, pode-se usar as fibras óticas. As figuras 44 e 45 ilustram, respectivamente, padrões para 100Mbps e Gigabit Ethernet. Padrão Meio Físico Comprimento

Máximo100BaseT4 Par Trançado Categoria 3 100 m100BaseTX Par Trançado Categoria 5 100 m

Half-duplex

412 m100BaseF Fibra Ótica MM

Full-duplex 2 km

Figura 44 - Padrões para 100Mbps


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Padrão Meio Físico Comprimento

MáximoFibra Ótica MM 62,5 µm

500 Mhz.km 550 m

400 Mhz.km 550 m500 Mhz.km 550 m

Fibra Ótica MM 50 µm

2000 Mhz.km 550 m

1000BaseLX

Fibra Ótica SM 5 km160 Mhz.km 220 m200 Mhz.km 275 m

Fibra Ótica MM 62,5 µm

220 Mhz.km 300 m400 Mhz.km 500 m500 Mhz.km 550 m

1000BaseSX

Fibra Ótica MM 50 µm

2000 Mhz.km 550 m1000BaseCX Cabo Par Trançado Blindado

de 150ohm 25m

Figura 45 - Padrões para Gigabit Ethernet

4.5. Modelo OSI

4.5.1. Apresentação do modelo

O modelo OSI surgiu no início da década de 80 como a solução para a interconexão de sistemas heterogêneos. Para que isso fosse possível, qualquer sistema deveria seguir tal modelo nas suas implementações, caracterizando-se como um “Sistema Aberto”. Seu nome é RM-OSI, que significa “Reference Model for Open Systems Interconnection”. Sua estratégia foi dividir o problema das comunicações em camadas, onde cada camada tem funcionalidades específicas. É fortemente baseado no modelo da IBM, chamado SNA, cuja principal diferença para o OSI é “amarrar” a solução de cada camada com produtos e softwares desenvolvidos pela IBM, ou seja, proprietários. Como o modelo OSI é aberto, qualquer um que deseje poderá implementar o seu próprio sistema e garantir interoperação com outros sistemas que tenham sido construídos segundo esse padrão. Um exemplo disso são os hubs e switches, que seguem as especificações OSI, e podem ser usados em redes independentemente de fabricante, havendo plena comunicação. A figura 46 ilustra o modelo OSI.


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Figura 46 - Modelo OSI

4.5.2. Detalhamento das camadas e suas funcionalidades

Na criação deste modelo, há uma abstração onde cada camada se comunica com a mesma camada no nó de destino, através de um protocolo de comunicação. Esse protocolo é precisamente definido através de especificações disponíveis, contendo regras e formatos de mensagens capazes de oferecer algum serviço através da comunicação entre entidades “pares”. Um exemplo de protocolo de comunicação é o FTP (File Transfer Protocol), usado para transferência de arquivos. Apesar de haver vários elementos de rede intermediários (modens, switches, centrais de comutação), tudo isso é abstraído e para o usuário existe a “impressão” que a conversação é feita diretamente com o servidor onde os arquivos a serem “baixados” estão disponíveis. A figura 47 apresenta a abstração da comunicação entre camadas de protocolos.


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Figura 47 - Protocolos de Comunicação

Outro aspecto interessante a ressaltar é que os elementos intermediários farão processamento das unidades de dados nas respectivas camadas de protocolo, mas, após esse processamento, destinado a permitir a chegada do dado até o seu destino, a unidade de dados que chega até o usuário de destino é a mesma que foi enviado pelo origem. Os elementos intermediários implementam tipicamente apenas até a camada de rede, porém, há um caso especial (Gateways) onde todas as camadas estão presentes. Esse elemento será apresentado mais adiante. Algumas funcionalidades do modelo OSI são as seguintes: Camada 1 – Física – especificações de hardware necessárias para criação e interpretação de um bit. O RS-232 é um exemplo; Camada 2 – Enlace de dados – Os bits são agrupados em quadros (ou frames), o que já permite o uso de endereços físicos, por exemplo. Verificação de erro é uma funcionalidade desta camada. Camada 3 – Rede – Responsável pelos endereçamentos de redes e seus respectivos elementos, independentemente de questões físicas. Roteamento é uma importante função. Camada 4 – Transporte – Segmentação de mensagens, controle de fluxo e multiplexação são exemplos. A confiabilidade da transmissão é tratada neste nível. Camada 5 – sessão – logins em equipamentos ou ambientes remotos e autenticação são exemplos. Camada 6 – apresentação – representação de dados, criptografia e compactação de dados. Camada 7 – aplicação – Interface com o usuário.

As comunicações fim-a-fim são compostas de uma agregação de vários segmentos nó-a-nó. Estes segmentos, no seu trecho intermediário, são compostos de vários elementos de comutação, responsáveis por


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permitir que os dados enviados por um emissor sejam corretamente destinados aos seus respectivos receptores. Estes elementos, tipicamente implementados por roteadores, fornecem as soluções para que os melhores caminhos para alcançar os destinos sejam indicados. A figura 48 apresenta essa comunicação fim-a-fim, e no próximo período estudaremos mais profundamente as relações entre os nós fim-a-fim e os elementos intermediários.

Figura 48 - Elementos Intermediários

5. Arquiteturas, Padrões e Métodos de Acesso

As arquiteturas fornecem a base para a interoperação entre as plataformas heterogêneas. Algumas delas, no entanto, tornaram-se mais populares e implementadas no mundo todo. Entre elas, a mais popular é a Ethernet, que define uma forma de acesso ao meio físico que é o mais implementado no mundo todo. A seção a seguir apresentará as formas de acesso ao meio físico mais discutidas na teoria de comunicação através e redes. 5.1. CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA e Token Passing.

O grande apelo dos protocolos mais populares do mundo é o aceso compartilhado ao meio físico. Isso é chamado de acesso múltiplo, e há vários protocolos para


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implementar esta forma de compartilhamento. Esta seção discutre algumas das estratégias mais populares na área de redes: 5.1.1. CSMA – Carrier Sense Multiple Access Acesso múltiplo por detecção de portadora. A verificação do meio físico antes da transmissão é básico para evitar colisões. O procedimento é muito simples. Antes de iniciar uma transmissão, o nó verifica se o meio está livre, evitando colisões óbvias. O CSMA pode ter várias configurações, de acordo com o tempo que há nova tentativa de retransmissão. O CSMA teórico tem várias opções que apresentam performances diferentes, apresentadas na figura 49.

Figura 49 - CSMA

5.1.2. CSMA/CD

Este é o meio de acesso mais importante de tosos, pois é o mais usado no mundo (ainda). A estação de destino envia os seus dados, mas continua “escutando” o meio físico durante a sua transmissão. Este procedimento garante que, mesmo na presença de colisões, as mesmas sejam detectadas e um mecanismo de reenvio seja acionado, evitando que haja congestionamento, pois, a cada colisão, o tempo de espera para acesso ao meio físico aumenta exponencialmente. A figura 50 apresenta os 3 possíveis estados de uma estação no CSMA/CD (transmissão, contenção e desocupado).


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Figura 50 - 3 Estados do CSMA/CD

O objetivo básico do CSMA/CD é o controle do nível de colisões numa rede. As configurações de rede half-duplex ethernet, de uma maneira geral, implementam o CSMA/.CD. A evolução natural das redes indica a necessidade da implementação do Full-Duplex, encerrando a existência de colisões.

5.1.3. CSMA/CA

O CSMA-CA é especialmente importante para a tecnologia sem-fio. CA significa Collision Avoidance, ou seja, evitar colisões. Para que isso seja possível, é necessário um controle permanente sobre as transmissões. A estação transmissora envia um pacote de controle, e esta mensagem é inicialmente respondida pelo receptor antes da emissão dos pacotes propriamente ditos. Isso garante que toda a vizinhança dos dois nós saibam que este par está necessitando de comunicação, fazendo com que os mesmo aguardem um tempo até tentar novamente a comunicação.

5.1.4. Token-Passing O Token-passing é uma das formas mais eficientes de acesso ao meio físico. É o único meio de acesso que garante fairness, ou seja, justiça no acesso ao meio físico. O esquema foi idealizado de forma que, a cada ciclo de passagem da ficha (token) pelo anel, o emissor libere o uso da ficha para que o próximo possa emitir sua mensagem, mesmo que o emissor anterior ainda tenha algo a transmitir.O tokenring implementa o token-passing, de forma lógica. É importante frisar que a topologia física de uma rede token-ring é de estrela. A figura 51 ilustra o modelo.


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Figura 51 - Token-Ring

5.2. Ethernet

O padrão Ethernet é o mais usado no mundo. Ethernet é, na verdade, um nome fantasia usado pela Xerox para caracterizar sua implementação do método de acesso CSMA/CD, que ficou popular e hoje em dia é sinônimo de rede. Suas origens estão nas redes de cabos coaxiais, que evoluíram até os cabos de fibras óticas, também suportadas neste padrão. A tabela 52 apresenta algumas das implementações possíveis.

Figura 52 - Alguns Padrões Ethernet

Tais redes evoluíram de uma combinação entre cabos grossos formando backbones e finos permitindo a anexação de estações, como ilustrado na figura 53 (a) e (b), até os cabos de par trançados atuais (c).


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Figura 53 - Coaxiais grossos (a), finos (b) e par trançado (c)

Uma das características mais importantes do padrão Ethernet é a capacidade de transmissão de dados sem a necessidade de uma referência de tempo única entre emissor e receptor. Isso é possível graças ao mecanismo da codificação de bits Manchester, onde cada bit é segmentado em duas metades, que variam de voltagem alta para baixa ou baixa para alta de acordo com o seu valor. O grande detalhe desta técnica é que se garante sempre a existência de uma transição de um bit para o outro, tornando as transmissões independentes do clock de cada estação. A figura 54 apresenta um sinal binário qualquer (a), e a sua codificação Manchester (b). Observe que, mesmo na presença de sinais iguais (como a seqüência de zeros logo após o primeiro um), há transições que permitem a clara identificação dos mesmos, independentemente de quanto tempo dura a emissão de um único bit. Na mesma figura, aind é apresentado o Manchester diferencial, usado no FDDI(c).

Figura 54 - Codificação Manchester

A transmissão de dados através do padrão Ethernet é caracterizada pela transmissão de quadros. Quadros (ou frames) são as unidades de dados da camada de enlace do modelo OSI. Tais quadros, que originalmente possuíam o formato apresentado na figura 55 (a), hoje ainda tem o mesmo tamanho (b), mas tem algumas alterações na sua constituição. Tem um preâmbulo que serve apenas para identificar o seu início,


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composto de 8 bytes, cada um com o conteúdo 10101010. Essa seqüência longa e alternada de bits permite a sincronização entre os clocks do emissor e do receptor, usando a codificação Manchester. Os endereços de origem e destino usam 6 bytes para identificação dos mesmos, e o tamanho máximo da unidade de dados a ser transmitida (um pacote) é de 1500 bytes.

Figura 55- Quadro Ethernet

As transmissões de quadros em redes Ethernet CSMA/CD tem como principal característica a detecção de colisãoes. Isso significa que, mesmo na presença das mesmas, há garantias da manutenção do tráfego, pois os quadros danificados pelas colisões podem ser retransmitidos. A figura 56 demonstra a detecção de uma colisão no pior caso, ou seja, quando uma estação (B) tenta transmitir num infinitésimo de tempo antes que o quadro enviado por (A) chegue até ele. Há uma colisão, que destrói os dois quadros. B detecta a colisão e interrompe a sua transmissão, e A também a detecta antes de encerrar o seu procedimento de transmissão.

Figura 56 - Detecção de Colisões

5.2.1. Ethernet Comutada

As colisões deterioram a qualidade das redes, uma vez que há a necessidade de retransmissão dos quadros. Os Hubs, que são dispositivos de repetição de bits, ao receberem um sinal correspondente a uma colisão, a retransmitem para todas as suas portas. Isso é muito prejudicial à qualidade da rede, uma vez que as estações não envolvidas com a colisão receberão a mesma. Outro aspecto a citar é que com hubs, estações que estejam enviando quadros para uma outra estação qualquer terão este


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quadro repetido para todas as portas do hub, tornando o tráfego desnecessariamente intenso. Para melhorar isso foram desenvolvidos os switches, que são equipamentos da camada de enlace do modelo OSI. Isso significa que esses equipamentos podem identificar endereços, e com isso, é possível associar cada porta de um switch a um endereço físico de estação, melhorando assim o tráfego. Outro aspecto é que, como os quadros apenas serão comutados após a verificação do endereço de destino, colisões não serão propagadas causando deterioração de tráfego. A figura 57 ilustra a organização interna de um switch.

Figura 57- Ethernet Comutada - Um switch

5.2.2. Fast Ethernet

O padrão Ethernet tradicional, de 10 Mbps já não atendia as demandas de tráfego dos usuários, quando surgiu o padrão Fast Ethernet. Esse Padrão possibilita o tráfego a 100 Mbps, sendo que, para redes legadas em cabos de CAT 3 são usados quatro pares trançados. Já em CAT 5 (100BaseTx) são usados apenas dois pares trançados, operando em Full-Duplex. Para Fibras óticas, o padrão 100BaseFx possibilita distâncias de até 2000m operando em full-duplex, à 100Mbps. A figura 58 apresenta estes padrões.

Figura 58 - Fast Ethernet - Padrões


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5.2.3. Gigabit Ethernet

As demandas de aplicações não param de crescer. A evolução mais imediata do Fast Ethernet é o Gigabit Ehernet, que possibilita tráfego na mesma infra-estrutura legada do Fast, com algumas limitações de distâncias. A figura 59 apresenta as características básicas deste padrão.

Figura 59 - Gigabit Ethernet - Padrões

6. Dispositivos de conectividade

6.1. Equipamentos ativos e passivos

Equipamentos ativos são aqueles onde há processamento dos dados que por ele passam, e os passivos não. São exemplos de equipamentos ativos os roteadores (figura 60), os Comutadores e os Switches (figura 61). Já um bom exemplo de dispositivo passivo de rede é o patch panel, um painel organizador de cabos muito usados em backplanes de redes (figura 62).

Figura 60- Roteador Cisco 2500

Figura 61 - Switch ATM


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Figura 62 - Patch Panel

6.2. Conectores e interfaces

Os cabos precisam ser conectorizados para a montagem de uma rede. Os mais antigos, baseados em cabos coaxiais, usavam conectores machos nas extremidades dos cabos e “tês” para acoplar tais cabos (figura 63). Após isso, o conector macho do tê era usado para conexão na placa de rede (figura 64).

Figura 63 - Cabo Coaxial fino

Figura 64- Placa de rede "Combo" - Conexões AUI, TP e coaxial

Os cabos óticos têm como principal dificuldade a sua conectorização. Como são filamentos de sílica, devem ser “fundidos” para permitir sua continuidade. É comum a aquisição de cabos pré-conectorizados em laboratório, para evitar atenuação e outras perdas (figura 65).


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Figura 65 - Conectores ST e SC

7. Tecnologias para Conexão Digital de Longa Distância

7.1. Introdução ao Frame Relay, ATM, xDSL, Cable Modem, RDSI

Uma das decisões mais importantes para uma empresa refere-se à forma de interconectar-se com a Internet e a outras empresas. Para esse fim, podem ser avaliadas as seguintes tecnologias: 7.1.1. Frame Relay

O Frame-Relay é uma tecnologia que evoluiu do X.25, que por sua vez foi uma das primeiras implementações para comutação de pacotes. Como o X.25 foi criado para operar em meios físicos muito ruidosos, há vários recursos para cotrole de erro. O frame Relay dispensa esses tratamentos, deixando os controles apenas para o nó de destino. Por conta disso, enquanto o X.25 opera com taxas próximas a 9600 bps, é trivial operar links frame-Relay a 2Mbps. É uma excelente solução para ponto-a-ponto, mas há uma “nuvem” FR oferecida pela Embratel, chamada “FastNet”, que oferece taxas assimétricas, algumas características de qualidade de serviço e a possibilidade da contratação de uma taxa básica, chamada CIR (Commited Information Rate), expansível em caso de aumento da demanda.

7.1.2. ATM

O ATM (Assynchronous transfer Mode) é uma técnica que possibilita a utilização do STDM visto no tópico de Multiplexação. Essa técnica objetiva a caracterização do tráfego, e com isso usar o maio físico de forma adequada. Como usa unidades de dados de tamanhos fixos, chamados células, possibilita a implementação da comutação através de hardware, tornando as taxas do ATM as maiores disponíveis em todas as tecnologias do mercado. Começa com taxas de 155Mbps, passando por 622Mbps, 1Gbps e 10 Gbps, podendo ser ainda superior.

7.1.3. xDSL

Uma das melhores opções atuais para a última milha é o xDSL (x Digital Subscriber Line). O “x” representa uma das possíveis configurações do DSL, com é o caso da “S” de simétrica, onde a taxa de upstream (para


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“upload”) é igual a de donwstream (para baixar arquivos, o “download”). Essa tecnologia surgiu a partir da observação de que, apesar de permitirem aos usuários uma largura de banda de apenas 3KHz, possuem capacidade para trafegar numa largura de 1 MHz, até uma distância de aproximadamente 3000 m e num cabeamento de boa qualidade, a taxas bem superiores do que as linhas discadas e menos variáveis do que as alcançadas com os cable modens. O slide 26 mostra esta relação. Seu princípio é simples. No ADSL (Assimétrico), o canal não vai passar pelo filtro de corte para a voz. Ao invés disso, organiza o espectro de freqüência disponível como no slide 27, reservando um canal de 0 a 4 KHz para a voz analógica, tarifada separadamente de acordo com a legislação para telefonia fixa, e, à partir dos 25 KHz até os 1100 KHz, cria canais para uptsream e downstream, totalizando 256 canais de 4 KHz. Esta abordagem se chama DMT (Discrete MultiTone). Apesar de poder alcançar taxa como 8 Mbps downstream e 1 Mbps upstream, são mais comuns taxas de até 512 Kbps downstream e 64 kbps upstream. No slide 28 é apresentado um cenário de uma organização ADSL típica. O NID (Network Interface Device) é o dispositivo instalado pelas companhias telefônicas para permitir a função da divisão do sinal de voz e do sinal de dados, que virá do modem ADSL. Esse modem, na verdade, é um processador de sinais digitais configurado para atuar como 250 modens QAM operando em paralelo. Atualmente, para explorar as taxas mais altas oferecidas pelo ADSL, são usadas as interfaces Ethernet ou USB para conectar os computadores ao modem, mas espera-se para breve a disponibilização de placas ADSL para instalação direta num barramento do computador. Na operadora, após a separação da voz, os dados são enviados para um dispositivo chamado DSLAM (DSL Access multiplexer), que realiza operação inversa ao modem ADSL do assinante, recuperando o fluxo de bits recebido e empacotando-os para o ISP.

7.1.4. Cable Modem

A tecnologia de cabo teve grande importância inicialmente pelo interesse em canais por assinatura, com excelente qualidade e possibilidade de escolha na programação. As operadoras verificaram que, com a substituição dos amplificadores unidirecionais por bidirecionais, os mesmos cabos usados para televisão poderiam ser usados para dados, devido a banda passante disponível nos sistemas cabeados, como se pode ver no slide 40. O grande problema desta tecnologia é que essa banda é compartilhada pelos usuários de cada barramento, de forma que há uma grande variação das taxas de acordo com o número de usuários e o horário de utilização. Essa tecnologia foi padronizada através da especificação DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification). Como no ADSL, o computador é ligado ao Cable modem através de uma interface ethernet ou USB. A alocação de banda upstream para cada usuário é feita no momento da transmissão (e recepção), através da alocação de minislots de tempo, que podem ser consecutivos, caso haja disponibilidade, aumentando a banda disponível. Esse método de acesso é um predecessor do CSMA/CD, usado nas redes ethernet. É o slotted ALOHA com tempo de recuo exponencial, o que significa que as estações não tem a capacidade de detectar se o meio de transmissão está ocupado


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ou não. Já a banda donwstream não é disputada, mas a alocação de slots pelo head end vai depender da carga da rede em cada momento.

7.1.5. RDSI

O RDSI estende a linha digital das operadoras telefônicas até a casa do usuário. Se por um lado, tal implementação permite tráfego de dados entre o usuário e a rede, por outro lado cobra a tulilização por tempo, haja vista que usa a Comutação de circuitos. O RDSI é disponibilizado no Rio de Janeiro através do nome fantasia DVI, na taxa de 128Kbps (duas linhas telefônicas).

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Apostila de Redes I - Tripodfredsauer.tripod.com/ApRedI.pdf · 2006. 12. 5. · Professor Frederico Sauer – Direitos Reservados Página 1 de 51 Apostila de Redes de Computadores