Tecnologia Da Comunicação

Tecnologia da comunicação

SENAI-SP - INTRANET CT076-09

Mecatrônica Tecnologia da comunicação





Tecnologia da comunicação © SENAI-SP, 2009 4ª Edição. Avaliação do capítulo assinalado no cabeçalho da primeira página do capítulo por Comitê Técnico. O crédito aos avaliadores encontra-se na última página do capítulo.

Coordenação editorial Gilvan Lima da Silva 3ª Edição, 2006. Trabalho revisado, atualizado e editorado a partir de conteúdos extraídos da Intranet por Meios Educacionais da Gerência de Educação e CFPs 1.01, 1.09, 1.23, 3.01, 5.01, 6.01 e 6.02 da Diretoria Técnica do SENAI-SP.

Equipe responsável Coordenação Airton Almeida de Moraes (GED)

Seleção de conteúdos e elaboração dos capítulos 5 a 8

José Carlos Garrotti (CFP 1.23)

Capítulo 9 Carlos Alberto Gomes (CFP 1.01) Capítulo 10 Paulo José Rodolpho (CFP 6.01)

2ª Edição, 2003. Trabalho organizado e atualizado a partir de conteúdos extraídos da Intranet por Meios Educacionais da Gerência de Educação e CFPs 1.09, 1.23, 3.01, 5.01, 6.01 e 6.02 da Diretoria Técnica do SENAI-SP.

Equipe responsável Coordenação Airton Almeida de Moraes

Seleção de conteúdos e elaboração dos capítulos 5 a 12

José Carlos Garrotti

1ª Edição, 2000. Trabalho elaborado pela Faculdade SENAI de Tecnologia Mecatrônica e Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP.

Equipe responsável Elaboração Erulos Ferrari Filho

Revisão de texto Beatriz Dadalti



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Sumário

Conceitos básicos 7 Conhecendo um sistema de comunicação 9 Informação, codificação e modulação 11 Modos de operação 13 Transmissão digital de dados 15 Sinal elétrico 15 Tipos de transmissão 16 Transmissão serial 17 Velocidade de transmissão 18 Modos de sincronismo 21 Meios de transmissão 25 Tipos e padrões de cabeamento 32 Cabo par trançado 33 Erros e detecção de erros 41 Paridade de caracter 42 Paridade de bloco 43 Check sum - Verificação da soma 44 CRC - Verificação de redundância cíclica 45 Padrões de interfaces 47 Interface 47 Interface serial 48 Interface paralela 50 Protocolo 53 Orientação a byte ou a bit 53 Controle de fluxo - XON/XOFF 54 Transferência de arquivos 55 Formato de pacotes 58 Sessão de transmissão 60 Modelo de referência OSI 65



Redes de computadores 69 Estrutura de redes 69 Arquitetura de redes de computadores 71 Sistemas operacionais de redes 74 Uso industrial de redes de comunicação 74 Arquitetura TCP/IP 77 Camada de rede 78 Camada inter-rede 78 Camada de aplicação 80 Posicionamento do nível OSI 81 Endereçamento IP 82 Equipamentos de redes 83 Repetidor 84 Hub 84 Ponte (Bridge) 84 Comutador (Switch) 84 Pontes X Switches 85 Roteador (Router) 85 Redes industriais 87 Referências bibliográficas 91


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Conceitos básicos

Aprender a comunicar-se com seu semelhante deve ter sido um dos passos mais importantes na história do homem. Sem viajarmos mentalmente no tempo até a Pré-História, poderemos imaginá-lo utilizando-se de gestos (ou mímica), pinturas e sons guturais para transmitir aos seus companheiros de caça relevantes informações sobre a presa. Com o surgimento da comunicação verbal, através da palavra falada, as relações humanas puderam se sofisticar pelas novas possibilidades que esta gerou; com a transmissão oral da informação nasceram a narrativa histórica ou épica, o canto e outras manifestações que permitiram aos povos antigos perpetuarem suas tradições e manterem sua identidade cultural através das gerações.

A revolução seguinte nas comunicações humanas, sem dúvida, surgiu com a criação da escrita, dos alfabetos e ideogramas; a invenção do papiro, a criação da biblioteca de Alexandria, o famoso código de Hamurabi são algumas referências históricas que demonstram a importância dessa nova possibilidade de comunicação humana.

Hieróglifos egípcios (1991 - 1786 a.C.)



Modernamente, um passo importante foi dado com a criação da imprensa por Guttembeg, os livros passaram a ter um papel importante como meios de comunicação devido à quantidade e rapidez com que podiam ser produzidos, e assim a humanidade começou a desenvolver novos costumes com as possibilidades, até então inéditas, que foram surgindo. Livros, revistas e jornais são os exemplos mais evidentes em nossos dias dessa renovação.

Nessa seqüência, tivemos a criação do rádio, da televisão e do cinema, que criaram o fenômeno conhecido como "comunicação de massas". Atualmente, vemos a sofisticação desses veículos e a integração de serviços, como a telefonia celular, o videofone recentemente lançado pela AT&T americana e os serviços de telecomunicação via satélite. Encontrar antenas parabólicas espalhadas pelas casas pode-se tornar tão comum quanto as atuais antenas de TV. Com a invenção do microprocessador e a imensa divulgação dos microcomputadores pessoais, novas modalidades de comunicação surgiram, tais com a comunicação digital de dados e o teleprocessamento, com uma crescente integração de som, imagem e dados aos sistemas de multimídia e com a miniaturização constante dos equipamentos eletrônicos e microprocessados. O mundo hoje está interligado via satélite ou cabo submarino integrando TV, telefonia e redes de computadores, com os atuais custos tendendo a diminuírem. Vivemos atualmente o crescimento das facilidades de comunicação de tal modo que, dificilmente, conseguiríamos imaginar nossa vida num mundo sem tais facilidades disponíveis. Os modernos processos de comunicação, contudo, por mais sofisticados que sejam, possuem pontos em comuns com aqueles utilizados nos tempos das cavernas. Tais pontos referem-se aos elementos básicos existentes num sistema de comunicação, e serão esses elementos que iremos agora examinar nesta nossa introdução ao curso de Tecnologia da Comunicação.



Conhecendo um sistema de comunicação Vamos desenvolver alguns conceitos explorando um sistema de comunicação bem conhecido: o telefônico. Quais os motivos que o tornaram tão popular? Resumidamente, podemos dizer que a possibilidade de manter uma conversa com um interlocutor em grandes distâncias, de modo confiável e economicamente viável, são os principais motivos. Podemos também citar outros de origem técnica, como a relativa facilidade de expansão da base instalada e as possibilidades de atualização tecnológica, como o telefone sem fio e a telefonia celular. Com todos esses atrativos, muitos serviços, como o sistema de videotexto, estão sendo constantemente colocados à disposição de usuários interessados. Além dos serviços criados, existe também outro tipo de utilização da rede telefônica, explorado pelos computadores e pelas máquinas de fax. O objetivo de um sistema de comunicação é o transporte de informação entre seus usuários de modo adequado, eficaz e confiável.

O telefone funciona convertendo a voz (ondas sonoras) em sinal elétrico através do bocal. Esse sinal caminha através de uma fiação - a rede telefônica - até o aparelho chamado. Esta rede é constituída de um par de fios trançados que se transformam num meio adequado de transporte para esse tipo de sinal elétrico que contém a informação. Todo sistema de comunicação requer o seu peculiar meio físico para a transmissão da informação, por exemplo, o rádio requer como meio físico de transmissão a atmosfera. Algumas vezes podem-se controlar as propriedades dos meios de transmissão de modo a melhorar seu desempenho, como no caso do telefone, mas outras não, como no caso do rádio; em todo caso, algumas qualidades (quando aplicáveis) como



robustez, eficiência na transmissão, imunidade à interferência do meio externo, facilidade de instalação e custo viável são algumas características desejáveis em todos eles. Um sistema de comunicação necessita de um meio físico íntegro e adequado que permita a transmissão da informação eficientemente. O processo de comunicação em si mesmo é composto de pequenos outros; vejamos o exemplo do telefone em detalhes: para termos acesso aos serviços da cia. telefônica, devemos tornar a iniciativa de solicitar a conexão, seja para enviar ou receber informação, e para que a conexão se complete, alguém deve atender o número discado. Este é um pequeno e importante processo dentro do processo maior de comunicar-se e, para estabelecermos alguns pontos de referência, vamos nomear o usuário que inicia o processo de fonte ou transmissor e aquele que recebe a ligação de destino ou receptor. O fato de utilizarmos os termos transmissor e receptor não limita, entretanto, esses elementos a somente transmitir ou receber mensagens, respectivamente, pois, durante um processo de comunicação, um mesmo usuário pode assumir o papel de transmissor e receptor alternadamente; a diferenciação que fazemos refere-se apenas ao ato de solicitar a conexão. Num processo de comunicação, o usuário que tomou a iniciativa da conexão será chamado de fonte ou transmissor, e o usuário que responde ao pedido de conexão de destino ou receptor. Continuando nosso exemplo, assim que se estabelece a comunicação entre os usuários, outro processo tem início com a frase: "Alô! De onde falam?”. A partir da conexão física já estabelecida e antes de transmitir nossa mensagem, iremos estabelecer um outro tipo de conexão entre usuários, que podemos chamar de “lógico” em contrapartida à conexão física. Um processo de comunicação envolve portanto várias conexões (ou Links) que ocorrem em vários níveis; em nosso exemplo do telefone, houve conexões físicas, através da central telefônica, e conexões lógicas, entre os usuários do sistema. Um processo de comunicação, quando estabelecido, possui vários níveis de ligação, físicos e lógicos, entre o transmissor e ao menos um receptor. Este início de conversa, além de verificar se a ligação foi feita corretamente, funciona como uma espécie de protocolo de apresentação entre os usuários. Outros conjuntos de palavras ou frases, universalmente aceitas por todos os usuários da rede telefônica, são utilizados apenas com a finalidade de controle; não transportam



a mensagem propriamente dita, funcionam como controladores do fluxo de informação, como em "Espere um pouco", ou atuam como um controle de inteligibilidade, como em "Pode repetir por favor?". Essas palavras ou frases de controle são as que tornam a transmissão da mensagem eficiente e confiável; mesmo no momento da desconexão existe um procedimento que deve ser respeitado. Todo sistema de comunicação necessita dessas regras que disciplinam e viabilizam a comunicação entre as partes: essas regras são chamadas de Protocolo de Comunicação. Em nosso exemplo do telefone, pode ocorrer que alguém, viajando pelo exterior, compre um telefone que, ao ser discado, emita tons (freqüências); esse telefone não conseguirá se conectar a uma Central que aguarda pulsos de discagem, que é o sistema utilizado no Brasil. A incompatibilidade pode ocorrer em qualquer nível de conexão: se desejam estabelecer comunicação, ambos, transmissor e receptor, devem trabalhar com o mesmo protocolo. O processo de comunicação necessita de um conjunto de regras padronizadas para o intercâmbio eficiente e confiável da informação, conjunto esse chamado de protocolo de comunicação. Informação, codificação e modulação Um outro aspecto importante presente nos sistemas de comunicação diz respeito à forma com que a mensagem é transportada de um usuário para outro. Tomando ainda o telefone como exemplo, vamos supor a possibilidade de uma conversa entre duas pessoas de idiomas diferentes. É evidente que a comunicação, sem um processo de tradução intermediário, só será possível quando tanto transmissor e receptor usarem o mesmo idioma. Esse exemplo evidencia a existência de um processo que chamamos de codificação da informação. Quando falamos em inglês "table" e em português "mesa", apesar de ambas as mensagens carregarem a mesma informação ou significado, estamos utilizando dois códigos distintos. "Handshaking" (aperto de mão) pode ser utilizado para expressar as regras da conexão física exclusivamente.



A codificação da informação é muito comum, e muitas vezes indispensável pelas vantagens que proporciona; este é o caso do sistema de telégrafo, cujo código Morse possibilitou a existência da rede telegráfica baseada em apenas um único fio condutor. Podemos citar outros exemplos de códigos muito utilizados: ASCII, que é utilizado para intercâmbio de informação entre computadores e seus usuários e o código de barras, muito utilizado em automação industrial e comercial. A escolha do melhor código a ser utilizado num processo de comunicação depende das necessidades dos usuários. Usuários de telex aceitam trabalhar com mensagens sem acentuação, limitação que talvez os usuários de uma rede de computadores numa faculdade de Letras não possam aceitar; outras vezes o protocolo de comunicação utilizado pode limitar a escolha também.

Codificar a informação significa convertê-la em uma outra forma de representação, utilizando-se de uma tabela, ou regra, chamada de código de conversão; fica evidente que num sistema de comunicação tanto o transmissor quanto receptor devem se utilizar de um mesmo código. Codificar a mensagem, entretanto, não basta para entender algumas necessidades. O telefone não codifica a informação (voz do usuário), contudo, converte a mesma para impulsos elétricos para que possa caminhar por um par de fios, tarefa impossível para as ondas sonoras originais do usuário. Esse processo de conversão da informação é chamado de modulação. A voz, atuando no bocal do telefone, exerce pressão numa cápsula com pó de carvão ali instalada. Um sinal elétrico contínuo aplicado nesta cápsula irá variar proporcionalmente a pressão sonora, devido à alteração da resistência elétrica que a cápsula sofre com o som. O sinal deixa então de ser contínuo e passa a ser variável; a informação, agora na forma de sinal elétrico, caminha até o outro aparelho, onde então é demodulada, passando a ser novamente pressão sonora através do pequeno alto-falante por onde ouvimos nosso interlocutor.



A importância do processo de modulação de um sinal fica clara quando lembramos que o sistema de rádio e televisão não poderia existir sem ele. Estudaremos mais à frente alguns métodos de nosso interesse. Modulação, para nós, representa um conjunto de técnicas que possibilitam modificar as características originais de um sinal elétrico de acordo com uma informação dada. Modos de operação Em comunicação, estamos acostumados a pensar que a informação pode trafegar entre fonte e destino e vice-versa a qualquer instante. Em nosso exemplo, é possível falar com nosso interlocutor e ouvi-lo ao mesmo tempo, se bem que isso não seja comum pois perde-se em inteligibilidade. O telégrafo permite enviar e receber informação, mas nunca simultaneamente; já o sistema de TV permite apenas que a informação caminhe numa única direção - transmissor - > receptor. Essas possibilidades, que se relacionam ao modo de operação do sistema, são classificadas em três tipos: Simplex, Half-Duplex (ou Semi-Duplex) e Full-Duplex (ou Duplex). No modo de operação Simplex, a comunicação só é permitida em um único sentido, a qualquer tempo; alguns exemplos: ligação entre uma impressora e um microcomputador; sistema de TV e rádio. No modo Half-Duplex, é permitida a comunicação em qualquer sentido, mas nunca simultaneamente, exemplos: mensagens Fax; sistema de rádio em aeronaves comerciais. No modo Full-Duplex, é permitida a comunicação simultânea em qualquer sentido. Um exemplo bem característico é o telefone. Existem três modos de operação possíveis para um sistema de comunicação: Simplex (transmissão unidirecional) Half-Duplex (transmissão bidirecional não-simultânea) e Full-Duplex (transmissão bidirecional simultânea). Alguns autores consideram ainda um quarto modo de operação, chamado de Multiplex, mas iremos considerá-lo mais como uma técnica especial do que um modo de transmissão. A técnica de multiplexação consiste na divisão do tempo de transmissão a cada usuário de modo que todos possam utilizar o canal de comunicação aparentemente ao mesmo tempo.



Resumo do capítulo De modo a facilitar nosso estudo, agrupamos na tabela abaixo os novos conceitos que aprendemos neste capítulo. A consulta a livros da bibliografia poderá ser interessante, pois cada autor possui uma forma diferente de apresentar estes mesmo conceitos, a qual poderá ser útil a você.

Sistema de comunicação

Conjunto de recursos que visa ao transporte eficiente e íntegro da mensagem. Pode ser resumidamente descrito como composto de transmissor ou fonte, meio de transmissão, receptor ou destino e protocolo de comunicação.

Transmissor Aquele que inicia o processo de conexão.

Receptor Aquele ao qual se destina a conexão.

Meio de transmissão Meio que permite a conexão física ("link") entre os elementos transmissor e o receptor.

Protocolo de comunicação

Conjunto de normas que disciplinam e garantem o processo de comunicação.

Código Tabela para a conversão da informação para uma outra forma mais apropriada.

Modulação Técnica de modificação de sinal elétrico de acordo com informação dada.

Modos de operação

Métodos que especificam como a informação trafega pelo canal de comunicação: pode ser Simplex (unidirecional), Half-Duplex (bidirecional e não simultâneo) ou Full-Duplex (bidirecional e simultâneo).



Transmissão digital de dados

Iniciaremos neste capítulo o estudo mais detalhado de algumas técnicas de transmissão da informação, como as ligações entre microcomputadores, em primeiro lugar, para entendermos como a troca de dados ocorre num ambiente de automação industrial, onde microcomputadores, controladores lógicos programáveis, encarregados de supervisão ou controle, são encontrados com diversos tipos de conexões para intercâmbio de dados. Ao compreender como podemos realizar uma simples conexão entre microcomputadores, estaremos nos preparando para compreender procedimentos mais elaborados de conexão para troca de informação. Sinal elétrico Chamamos de sinal elétrico a toda diferença de potencial que se manifeste num circuito; caso esse potencial permaneça constante no tempo, é chamado de sinal contínuo, caso contrário, é chamado de sinal variável. Um sinal elétrico variável pode ser classificado, quanto ao modo de sua variação no tempo, em sinal analógico e sinal digital. Sinais analógicos são aqueles para os quais a variação de tensão pode assumir quaisquer valores de tensão entre um instante e outro, como por exemplo, um sinal elétrico entregue a um alto-falante por um amplificador de áudio. Sinais digitais são aqueles para os quais a variação de tensão é permitida dentro de certos valores discretos, ou seja, uma quantidade finita de valores entre dois instantes, como um sinal elétrico proveniente da leitura de um disco laser, por exemplo.



Os sinais digitais podem ser binários, caso os valores discretos de tensão possíveis de serem assumidos sejam apenas dois, como é o sinal elétrico utilizando em lógica digital TTL que admite apenas dois níveis de tensão, 0V e 5V.

As vantagens de se utilizar um tipo de sinal sobre outro, para a transmissão de dados, irá depender apenas da aplicação. Em telecomunicação, utiliza-se muito a transmissão analógica; já em automação industrial é mais comum encontrar-se a transmissão digital. Entretanto, com o avanço tecnológico, existe uma certa tendência a se utilizarem sinais digitais mesmo em sistemas que exibem naturalmente uma característica analógica, como telefone e TV, com o emprego de conversores analógicos-digitais e digitais-analógicos. Nosso estudo, entretanto, irá se ocupar inteiramente dos sistemas de transmissão digital de dados. Tipos de transmissão Uma transmissão digital de dados nada mais é que uma transmissão de bits, ou de sinais digitais binários, que representam a informação. Existem dois tipos de transmissão: transmissão serial e transmissão paralela. Transmissão serial Na transmissão serial os bits que formam as unidades de informação são transmitidos seqüencialmente, um após o outro, começando sempre pelo bit menos significativo (bms) e terminando no bit mais significativo (BMS). No exemplo a seguir, para transmitir a letra "K", cujo código ASCII é 01001011, enviamos primeiro o bit "1", depois o seguinte "1", o "0" e assim por diante até o último bit. Caso utilizássemos um osciloscópio para observar o sinal elétrico digital resultante dessa transmissão, veríamos algo parecido como um trem de pulsos na tela do aparelho.



A transmissão serial de dados é utilizada nos sistemas de telex e telégrafo, em ligações entre controladores lógicos e micros, em ligações entre micros que utilizam a linha telefônica, dentre outras aplicações.

Transmissão serial Transmissão paralela Na transmissão paralela, os bits que formam a unidade de informação devem ser enviados simultaneamente, isto é, ao mesmo tempo. Se desejo transmitir o caracter "K", todos os 8 bits ("01001011") deverão ser enviados ao mesmo tempo, como mostra a figura abaixo, um bom exemplo temos na ligação entre micro e impressora paralela. Observe o número de vias que possui o cabo de conexão. Em circuitos de hardware com microprocessadores, encontramos também a transmissão paralela quando examinamos as vias de dados (Data Bus) ou de endereço (Address Bus) que ligam a CPU aos chips de memória, de I/0, etc. Essas Vias, também chamadas de barramentos, podem ser encontradas em qualquer microcomputador.



Transmissão paralela Com relação a vantagens de um método sobre outro, podemos dizer que a transmissão paralela, em princípio, será mais rápida que a transmissão serial, já que não exige do transmissor um intervalo de tempo adicional para "desmontar" a informação e serializá-la em bits, e nem do receptor o trabalho de "remontá-los" novamente. Por outro lado, pensando na fiação, cabos, etc., do meio físico, a transmissão serial certamente exigirá uma quantidade menor de vias, do que exige a transmissão paralela, onde deve existir ao menos uma via para cada bit. Na automação industrial, podemos encontrar a transmissão serial como sendo a mais utilizada para interligação de controladores lógicos programáveis, robôs, tornos CNC, etc., devido às tecnologias existentes, que permitem o seu uso dentro dos limites de uma planta industrial, mantendo velocidades razoáveis de transmissão e custos compatíveis; a transmissão paralela já é mais utilizada para interligar equipamentos em um bastidor, como barramento de dados, etc., ou num laboratório, interligando equipamentos de medidas ou de aquisição de dados. Velocidade de transmissão A velocidade de uma transmissão digital de dados pode ser referenciada com relação a dois parâmetros: quanto ao fluxo de dados ou quanto à sinalização, ou representação, no meio de comunicação. Com relação ao fluxo de dados, adota-se o conceito de taxa de transferência de bits por unidade de tempo, independente de como esta se processe no meio de comunicação. É calculada como:

VTx = [ ]bpsT

NBitsTxΔ

Onde: VTx: velocidade ou taxa de transmissão; NbitsTx: número de bits transmitidos; ΔT: intervalo de tempo da transmissão em segundos; bps: unidade em bits por segundo.

Exemplo Uma transmissão de 12.000bits em 10 segundos tem velocidade de 1.200bps, pois:

VTx = bps200.110000.12

=



Esta definição de velocidade pode ser aplicada tanto às transmissões seriais quanto às paralelas. Com relação à velocidade referenciada à sinalização, considera-se que um bit de informação pode ser representado por algum tipo de sinalização (nível de tensão, freqüência, etc...), que é mantida por um fixo e uniforme período de tempo, chamado de tempo de bit. O número, então, dessas sinalizações em um segundo, é adotado como velocidade daquela transmissão e foi criada uma unidade especial, o baud, provavelmente em memória a Jean Marie Emile Baudot, funcionário do telégrafo francês, a quem se atribui a criação do código BAUDOT, usado em telegrafia. É comum a referência a este tipo de velocidade como "Taxa de baud" ou "Baud Rate" do sistema. Este tipo de definição é utilizado apenas em transmissões seriais, devido à sua própria característica e origem histórica, ou seja, o telégrafo. Vamos ver a seguir alguns exemplos para fixação do conceito.

Exemplo Se Tb = 0,005s, então a taxa de transmissão é: • Taxa = 1/0,005s = 200bauds ou 200bps Aqui temos um exemplo onde existe um tipo de sinalização, no caso nível de tensão, para representar cada bit. O cálculo da velocidade é simples quando se conhece o tempo de bit - basta aplicar uma regra de três para se obter o resultado: Se um bit (ou uma sinalização) tem uma duração igual a Tb segundos, quantos bits (ou sinalizações) ocorrerão em 1 segundo? Basta inverter o tempo de bit para se obter o resultado. Neste caso é fácil verificar que a velocidade em bauds é igual à velocidade em bps, pois o número de sinalizações por segundo equivale ao de bits por segundo.



Temos agora, na figura abaixo, uma transmissão onde cada nível lógico é associado a uma freqüência diferente, ou seja, continuamos a ter a relação de um tipo de sinalização (neste caso freqüência) para cada bit. O cálculo de velocidade se faz como o anterior, basta inverter o tempo de bit, aqui a taxa em baud também é a mesma em bps. Observe entretanto que "sinalização" não é sinônimo de freqüência ou nível de tensão.

Exemplo Se Tb = 0,005 s, então a taxa de transmissão é: • Taxa = 1/0,005s = 200bauds ou 200bps Mesmo possuindo distintas definições, as unidades bps e baud são muitas vezes utilizadas como sinônimas por muitos autores e publicações da área, pois em muitos sistemas, como visto nos exemplos anteriores, o seu valor numérico coincide; porém, podem apresentar valores muito distintos entre si para um sistema onde se empregue algum método especial de transmissão que inclua compactação de dados ou codificação especial, em que uma sinalização na linha possa representar mais de um bit de informação. Assim sendo, é fácil imaginar que se possa conseguir, por exemplo, com uma taxa de transmissão de 2.400bauds, um fluxo de dados de 9.600bps. Como regra geral, utiliza-se a velocidade de transmissão medida em baud quando se está interessado em explicitar as características do sinal elétrico no meio de transmissão empregado, e utiliza-se o bps quando estamos mais interessados em explicitar o volume de dados enviados durante uma transmissão. Em nosso curso, como sempre, utilizaremos sistemas onde cada bit é representado por um tipo de sinalização na linha, poderemos utilizar tanto uma unidade quanto a outra, sempre com a ressalva de que se trata de grandezas diferentes.



Modos de sincronismo Mesmo após definidos o tipo e velocidade de uma transmissão digital de dados, um outro problema permanece: como que o receptor pode estar sincronizado com o transmissor, de modo a interpretar corretamente a seqüência de bits enviada por este último? Para entendermos melhor esse problema, observemos a figura abaixo, que mostra uma transmissão serial sendo feita, nos casos dos caracteres ASCII "G" e "K". Observe que, dependendo do bit com o qual o receptor considera iniciada a recepção, podemos ter uma incorreta interpretação do trem de dados; esse problema é conhecido como falha ou erro de sincronismo. Para evitar essas falhas de sincronismo é necessário que tanto transmissor quanto receptor estejam de acordo quanto ao início e término de uma unidade de informação. Para tanto, duas técnicas ou métodos foram criados: o sincronismo e o assíncrono.

Transmissão assíncrona Este tipo de sincronismo é característico de transmissões seriais; nele se necessita que seja definido um dos estados de tensão da linha como sendo de repouso e outro estado definido como de atividade. Tais estados em telegrafia são chamados, respectivamente, de marca e espaço, nomenclatura que vamos adotar daqui para frente. Marca é normalmente associada ao estado lógico "1", e representada por uma tensão positiva ou nula, enquanto espaço é associado com o estado lógico "0" é representado por um valor de tensão negativo.



Essa definição é importante pois os circuitos de hardware sabem que irá se iniciar uma transmissão quando o estado da linha mudar de marca para espaço.

O método assíncrono consiste em acrescentar, para cada caracter a ser transmitido, um bit de espaço no início da transmissão, caracterizando a transição da linha de repouso para atividade, e outro bit de marca ao final da transmissão, para garantir a caracterização de uma transição de linha em atividade para repouso. Note que o sincronismo existe apenas durante a transmissão de cada unidade transmitida, ou caracter.

O bit de espaço no início da transmissão é chamado de "Start Bit" , o bit de marca ao final é chamado de "Stop Bit", sendo muito comum utilizarem-se 2 ou 1,5 Stop Bits em transmissões seriais.



Se você achou estranhou utilizar 1,5bit como Stop Bit, observe que, para os circuitos de hardware, o bit representa um nível de tensão e um tempo (tempo de bit) de permanência dessa tensão; assim sendo, 1, 1,5 ou 2 Stop Bits representam tempos que os circuitos de hardware devem aguardar para considerar terminada a decodificação dos bits anteriormente recebidos.

Transmissão síncrona Este tipo de transmissão pode ser utilizado tanto em transmissões seriais quanto paralelas; ele exige a existência de um sinal especial, gerado normalmente pelo transmissor, que garanta o sincronismo entre os circuitos de hardware do receptor, esse sinal é chamado de relógio, ou "clock", ou simplesmente de sinal de sincronismo, ou apenas "Sinc" para abreviar. Este sinal garante a interpretação correta dos bits e mantém o sincronismo ao longo de toda a transmissão e não apenas durante o envio de um caracter, como é o caso da transmissão assíncrona.



Na figura anterior temos exemplos de transmissões paralela e serial síncronas. Observe que o sinal de sincronismo referencia o bit a ser decodificado. No caso das transmissões seriais, costuma-se adotar ainda uma seqüência especial de bits chamada de moldura, ou "frame", antes da transmissão do pacote de dados propriamente dito, de modo a assegurar que os circuitos de hardware possam decodificar corretamente o pacote de dados pela simples identificação deste "frame".

Com relação às vantagens e desvantagens de um método sobre outro, é fácil verificar que a transmissão síncrona exige ao menos uma via a mais no meio de comunicação para o sinal de sincronismo, o que aumenta os custos; por outro lado, a transmissão assíncrona, feita à mesma velocidade de uma síncrona, tende a ser menos eficiente porque insere ao menos dois bits por caracter transmitido. Tanto uma técnica quanto outra podem ser encontradas em um ambiente de automação. Em nosso curso daremos ênfase as transmissões seriais assíncronas. Resumo do capítulo Segue abaixo um quadro resumo deste capítulo.

Analógico Pode assumir qualquer valor de amplitude entre dois instantes quaisquer.

Sinal elétrico Digital

Assume valores discretos de amplitude; quando esses valores são apenas dois é chamado de Binário.

Serial Os bits são enviados um a um, seqüencialmente, começando pelo bms.

Tipos de transmissão

Paralela Os bits são enviados simultaneamente.

Assíncrono Característico de transmissões seriais, estabelece o sincronismo entre Tx e Rx para cada caracter pela inserção de Bits de Start (espaço) e Stop (marca)

Modos de sincronismo

Síncrono Utilizado em transmissões seriais e paralelas, exige um sinal adicional chamado sinal de sincronismo, ou "clock".

Velocidade de transmissão

Pode ser referenciada através dos bits transmitidos por unidade de tempo, unidade bps (bits por segundo) ou pode ser referenciada pelo número de sinalizações por unidade de tempo, unidade baud.



Meios de transmissão

Neste capítulo estudaremos alguns problemas e características relativas aos meios de comunicação. Temos vários meios físicos para transmissão de sinais, podem ser: o ar, uma fibra transmitindo luz, ou um cabo transmitindo o sinal elétrico. Iremos inicialmente tratar do sinal elétrico; conhecer as características e o comportamento do sinal elétrico é vital já que propriedades deste último, como amplitude, freqüência e fase podem sofrer certas distorções que podem alterá-lo ou mascará-lo a ponto de "confundir" os circuitos de hardware, resultando em erros na comunicação. Tais distorções podem ser causadas pelo próprio meio, devido a sua natureza intrínseca; conhecendo então o porquê delas, poderemos especificar melhor tanto os sinais quanto os materiais de modo a reduzi-las.

Um outro tipo de perturbação que um sinal pode sofrer é conhecido como interferência eletromagnética. Ela ocorre devido ao fenômeno conhecido da Física chamado de Indução Eletromagnética. Trata-se do mesmo princípio que rege a geração de energia em um gerador elétrico e que faz um transformador funcionar, ou seja, uma corrente variável no tempo é capaz de produzir um campo magnético variável, um condutor que esteja imerso neste campo magnético variável sofre indução e apresenta uma tensão variável em suas extremidades. Se este condutor já estiver sendo percorrido por uma corrente, então a corrente que foi induzida é somada aquela, produzindo alteração de suas características.



As interferências eletromagnéticas têm como origem fenômenos elétricos como raios, chaveamento de correntes em contatores, faiscamento de certos tipos de motores (aspiradores de pó, furadeiras, etc.) e transmissões de rádio. Sua influência pode ser reduzida pelo uso de blindagem eletromagnética, como malhas metálicas envolvendo o condutor, ou em muitas vezes pelo simples deslocamento físico do meio em relação à fonte de interferência. Como o estudo das técnicas especiais para blindagem eletromagnética escapam ao escopo de nosso curso, estudaremos alguns tipos de distorções mais conhecidos e seus efeitos sobre o sinal elétrico que percorre um meio de transmissão. Vamos então analisar dois tipos mais comuns de distorção: em amplitude e em freqüência. Distorção em amplitude: imunidade a ruídos Este tipo de distorção ocorre devido ao fato de que os ruídos elétricos externos acabam se somando à amplitude do sinal original que percorre o meio. Um ruído elétrico pode ser causado por agentes externos, como nos casos de faiscamento em contatores, etc., ou por aquecimento nos circuitos de hardware; em todo caso é prudente conhecer bem o ambiente de trabalho antes de se fazer uma instalação. Para entender porque a distorção em amplitude atrapalha a comunicação, vamos estudar um exemplo simples. Sabemos que os circuitos digitais de hardware, para interpretação correta dos bits, trabalham com níveis bem definidos de tensão, em lógica TTL. Por exemplo, um sinal digital para ser reconhecido como nível lógico "1" deve estar entre 2,4 e 5,0 volts e para nível lógico "0" deve estar entre 0 e 0,8 volts, existindo portanto uma região onde as tensões maiores que 0,8V e menores que 2,4V não serão decodificadas como nível lógico, o que caracteriza a existência de uma faixa de imunidade a ruídos, no caso TTL de 1,6V, em que qualquer ruído será desprezado, como pode ser visto na figura abaixo.



Essa faixa, entretanto, pode ser insuficiente para evitar alguns transtornos. Um exemplo dos problemas que podem ocorrer com um sinal em um meio inadequado pode ser visto abaixo. Nela vemos que o sinal original, por interferência do ruído elétrico externo que se soma ao sinal elétrico original, causa uma interpretação errônea no circuito de recepção; neste caso a faixa de imunidade ao ruído não foi suficiente para garantir a correta decodificação do sinal e, como o meio de comunicação não é 100% imune às interferências do ambiente que o circunda, devemos procurar a tecnologia mais adequada às condições de trabalho.

Distorção em amplitude: atenuação A atenuação de amplitude de um sinal ao longo do meio de comunicação é outro tipo de influência que deve ser considerada. Ela está relacionada com a perda de potência do sinal ao longo do meio devido principalmente à sua resistência elétrica. É muito importante conhecê-la pois um sinal que sofreu uma grande atenuação de amplitude poderá não ser corretamente detectado, ou nem identificado, pelos circuitos de hardware. Uma forma de mensurar essa perda de potência é através de uma relação entre a potência elétrica entregue ao meio e a potência recebida. Foi criado, então, o conceito de ganho de potência, cuja unidade é o Bell (B). O ganho de potência em Bell é definido como:

Gp = log entrada

saida

PP

em Bell



Onde: Gp: ganho de potência (B); Psaída: potência de saída (W); Pentrada: potência de entrada (w). A experiência prática demostrou que a subunidade decibel é mais adequada, daí a definição ficar:

Gp = 10log entrada

saída

PP

em dB

Vamos então considerar três situações, chamando de x à relação entrada

saída

PP

, temos:

a. Quando Psaída = Pentrada, então x = 1 e Gp = 0dB. Neste caso não existe nenhum ganho, toda a potência entregue ao meio é devolvida, fica fácil verificar que o ganho Gp é igual a zero dB pois se x = 1, então, log (1) = 0.

b. Quando Psaída > Pentrada temos x > 1 e Gp sempre positivo. Neste caso temos um ganho de potência, é o caso de amplificadores cuja potência de saída é sempre maior que a de entrada. Aqui o valor do ganho Gp é sempre positivo, pois se x > 0 então, por definição, log x > 0.

c. Quando Psaída < Pentrada temos x < 1 e Gp sempre negativo. Neste caso temos atenuação de potência ao invés de ganho, pois a potência de saída é menor que a de entrada. São os casos onde o valor de Gp é sempre negativo pois se x < 1 então por definição, log x < 0.

Para evitar os valores negativos que ocorrem quando Psaída < Pentrada, costuma-se utilizar uma definição especial quando estamos lidando com atenuação, como segue:

A = 10log entrada

saída

PP

em Db

Esta definição garante valores sempre positivos nos casos de atenuação. Daqui deriva o conceito de coeficiente de atenuação (α, dado em dB/km) de um cabo de comprimento L (em km), como sendo:

α = L

10 log entrada

saída

PP

em dB/km



Exemplo Calcule a potência de um sinal de 1W após 0,5km de fio com atenuação de 40dB/km. Solução

Substituindo na fórmula temos: 40 = 5,0

10 log saídaP1 .

Continuando, 2040 = log

saídaP1 ⇒ 2 = log

saídaP1 .

Aplicando a definição de logaritmo temos: 102 = saídaP1 resultando em:

Psaída = 0.01W Considerando esse resultado concluímos que, ao final do cabo de 500m, obteremos um sinal com cerca de 1% da potência original. É comum para o cabo de comunicação, ao invés de seu coeficiente de atenuação, especificar-se a resistência elétrica por unidade de comprimento, normalmente em Ω/km, juntamente com a capacitância por Km; estes parâmetros costumam também servir de referência para a escolha de fios ou cabos na transmissão de dados. Distorção em freqüência Este tipo de distorção, também conhecido como distorção harmônica, ocorre porque o meio de transmissão não atenua da mesma forma sinais de freqüências diferentes que caminham por ele, facilitando ou dificultando o acesso de certas freqüências ao meio de comunicação. Um exemplo bem prático desse problema temos nos circuitos de áudio, onde se exige que um bom amplificador reproduza igualmente o som grave de um contrabaixo quanto o agudo de um clarinete, algo que só bons amplificadores conseguem. Aqui torna-se necessário aprender um novo conceito, o de banda de freqüência, ou banda de passagem. Chamamos de banda de passagem do meio a faixa de freqüências à qual um sinal elétrico deve pertencer para atravessar o meio sem ter atenuações apreciáveis de amplitude. Em termos práticos, representa a gama de freqüências que o meio filtra sem distorção apreciável do sinal. Essa propriedade pode ser melhor entendida com uma representação gráfica, utilizando o plano cartesiano no chamado diagrama de bode.



No diagrama de bode, o eixo das abcissas está graduado em freqüências numa escala logarítmica, e o eixo das ordenadas graduado com valores de ganho de potência (em decibéis). Vamos dar um exemplo: suponha que num laboratório tenhamos um gerador de sinal senoidal alimentando um circuito de áudio. Se formos variar a freqüência do gerador e medir, para cada valor de freqüência escolhido, as potências de entrada e de saída com um Wattímetro, poderíamos obter a seguinte tabela: Freq. (Hz) 20 30 40 70 100 200 300 600 1k 2k 3k 4k

Pe (mW) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

Ps (mW) 1,2 2,5 3,2 5,0 6,3 6,5 6,3 5,0 4,0 1,5 0,4 0,06

Gp (dB) - 9 - 6 - 5 - 3 - 2 - 1,9 - 2 - 3 - 4 - 8 -14 - 22

Com base nessa tabela, poderíamos levantar o Diagrama de Bode, como visto a seguir.

Do diagrama pode-se observar que freqüências de sinal fora dos limites definidos pela banda apresentam uma atenuação muito grande, enquanto que sinais de freqüências compreendidas entre os limites de 70Hz e 1kHz não sofrem atenuação apreciável - essa é também chamada de região de resposta plana; por exemplo, o circuito de telefone tem resposta plana na faixa de 300Hz até 3.000Hz. Para termos uma idéia de como uma distorção em freqüências modifica um sinal digital, vamos observar a figura a seguir. Nela temos um sinal digital transmitido a 2.000bps por vários meios de transmissão; cada um deles, de diferentes larguras de banda muito estreita (500Hz), produz uma distorção harmônica capaz de



descaracterizar completamente o sinal. À medida que aumentamos a banda, o sinal apresenta distorção cada vez menor, e podemos ver que uma banda de 400Hz produz um sinal aceitável. Dessa experiência, podemos deduzir que um sinal digital, sendo transmitido a uma determinada velocidade, exige que o meio de transmissão tenha uma banda adequada, digamos mínima, para ser efetivamente transmitido, uma vez que bandas menores implicarão em perdas de sinal ou distorção acentuada. É comum por isso mesmo especificar-se a banda de um determinado meio de transmissão em bauds ou bps.

Aqui vale uma observação a respeito de uma situação que poderá acontecer. Imaginem que um certo sistema de comunicação está utilizando um determinado cabo apropriado para a transmissão em curso e você precisa fazer uma extensão do sistema para alcançar outra sala, mas não dispõe de nenhum metro do dito cabo; você, então, decide testar com um fio de telefone, apesar do que você estudou sobre



distorção e meios de transmissão, e, para sua surpresa, o sistema funciona com fio comum de telefone. O que ocorreu aqui? Observe que, dependendo da velocidade e distância envolvidas, as distorções introduzidas não foram suficientes para impedir a comunicação; é também possível que ocorram mais erros, o que tornaria o processo de comunicação mais lento devido à maior quantidade de retransmissões. Em todo caso, apesar de se conseguir a transmissão, será uma solução muito mal elaborada, que, numa situação mais crítica, poderá comprometer a confiabilidade do sistema. Portanto, se você não estiver numa emergência, não faça isso!!! Após estudados alguns tipos de distorção, podemos entender por que é importante utilizar meios de transmissão adequados. Como os métodos de transmissão costumam ser padronizados ou bem conhecidos de fabricantes e usuários, existem alguns tipos mais utilizados em transmissão de dados ou redes de computadores que podem ser encontrados no comércio especializado. Tipos e padrões de cabeamento Cabo coaxial Este tipo de cabo foi largamente utilizado no passado. Atualmente, por causa de suas desvantagens, está cada vez caindo mais em desuso, sendo, portanto, só recomendado para redes pequenas. Entre essas desvantagens está o problema de mau contato e oxidação nos conectores utilizados, a difícil manipulação do cabo (como ele é rígido, dificulta a instalação em ambientes comerciais, por exemplo, passá-lo através de conduítes) e o problema da topologia utilizada, no caso a topologia linear (também chamada topologia em barramento) que faz com que a rede inteira saia do ar caso haja o rompimento ou mau contato de algum trecho do cabeamento da rede. Sua impedância é medida em ohms (Ω), as redes Ethernet utilizam cabos coaxias de 50Ω. Já redes ARCNet (que se encontram obsoletas) utilizavam cabos de 93Ω. Temos que tomar muito cuidado ao especificarmos um cabo coaxial pois é muito comum o cabo de 50Ω ser confundido com um cabo de 75Ω utilizado em antenas de TV.



Vejamos os dois tipos de cabo coaxial utilizado em comunicação de dados: Cabo coaxial fino (10 base2) Características • É também chamado "Thin Ethernet”; • Utiliza a especificação RG-58A/U; • Cada segmento da rede pode ter, no

máximo, 185 metros; • Cada segmento pode ter, no máximo,

30 nós; • Distância mínima de 0,5m entre cada

nó da rede; Utilizado com conector BNC.

Cabo coaxial grosso (10Base5) Características: • É também chamado "Thick Ethernet"; • Utiliza a especificação RG-213A/U; • Cada segmento de rede pode ter, no

máximo, 500 metros; • Cada segmento de rede pode ter, no

máximo, 100 nós; • Distância mínima de 2,5m entre cada

nós da rede; Utilizado com transceiver.

O cabo coaxial pode ser soldado ao seu conector BNC embora esse método não é o mais utilizado. Os conectores BNC mais utilizado trabalham na base da pressão (“crimp”), economizando um grande tempo na confecção do cabeamento. Cabo par trançado Na atualidade é o tipo de cabo mais utilizado em redes de comunicação. Existem basicamente dois tipos de cabo par trançado: sem blindagem (UTP, Unshielded Twisted Pair) e com blindagem (STP, Shielded Twisted Pair). A diferença está na



existência de uma malha (blindagem) no cabo STP, que ajuda a diminuir a interferência eletromagnética e, com isso, aumentar a taxa de transferência obtida na prática. Ele é composto de oito fios divididos em quatro pares como podemos ver a seguir.

Par trançado sem blindagem (UTP) Par trançado com blindagem (STP)

O par trançado, ao contrário do cabo coaxial, só permite a conexão entre 2 pontos da rede. Por este motivo é obrigatório a utilização de um dispositivo concentrador (hub ou switch), o que dá uma maior flexibilidade e segurança à rede. A única exceção é na conexão direta de dois micros usando uma configuração chamada cross-over. O par trançado é também chamado 10BaseT ou 100BaseT, dependendo da taxa de transferência da rede, se é de 10Mbps ou 100Mbps. Suas vantagens são: fácil instalação, barato, flexível. Suas desvantagens são: cabo curto no máximo 90 metros da tomada até o switch ou hub e mais 10 metros da tomada ao micro (PATH CORD), totalizando 100 metros. Mais suscetível a interferência eletromagnética.



Para controle da interferência eletromagnética, já que o cabo UTP não tem a malha para blindagem, é necessário a utilização de uma técnica denominada cancelamento. Através dessa técnica as informações circulam repetidas em dois fios, sendo que no segundo fio a informação possui sua polaridade invertida.

A EIA/TIA (Eletronic Industries Alliance/Telecommunications Industry Association), orgão norte-americano responsável pela padronização de sistemas de telecomunicações, padronizou os cabos do tipo par trançado em uma norma chamada 568. Nessa norma os cabos são classificados em categorias de 1 a 5. Os cabos de categoria 1 e 2 são usados por sistemas de telefonia, enquanto os cabos de categoria 3, 4 e 5 são usados por redes de dados. Categoria 3: Permite comunicação até 16Mbps. É utilizado por redes 10BaseT. Categoria 4: Permite comunicações até 20Mbps. Categoria 5: Permite comunicações até 100Mbps.É o tipo de cabo par trançado mais utilizado hoje em dia. Possui uma impedância de 100Ω e é utilizado por redes 100BaseT ou 1.000BaseT.



O conector utilizado com o par trançado é denominada RJ45 que possui oito contados um para cada fio.

Para se efetuar a conexão desses conectores ao cabo existem dois padrões internacionalmente utilizados o T568A e o T568B.

Outro tipo muito utilizado principalmente em redes de computadores é a fibra óptica. É constituída por um núcleo de material cristalino condutor de luz, envolto em outro material chamado de casca, de índice de refração diferente do núcleo. O conjunto todo pode ser envolto em uma capa protetora com ou sem material protetor contra choque mecânico. Podemos encontrar cabos ópticos com mais de um núcleo.



O princípio de funcionamento das fibras ópticas baseia-se na lei de Snell ,conhecida na Física Óptica. Vamos considerar a figura acima - para ela, a lei de Snell pode ser escrita como:

1

2

nn

sensen

=βα

Onde: senα: seno do ângulo de incidência; senβ: seno do ângulo de refração; n1: índice de refração do meio 1; n2: índice de refração do meio 2.

No caso (a), um raio de luz penetrando o meio 1 sofre refração com ângulos dados pela lei de Snell. No caso (b), uma vez que não ocorre refração para o meio 2 e sim uma reflexão, o ângulo de incidência é chamado de ângulo crítico. O caso (c) mostra um raio incidindo em um ângulo acima do ângulo crítico; neste caso o raio luminoso sofre reflexão total, retornando ao meio 1. A partir deste fato, as fibras são construídas de modo a ocasionar reflexão total do raio luminoso, como mostra a figura abaixo; o índice de refração do núcleo e da casca é tal



que possibilita a entrada do raio luminoso de modo a confiná-lo dentro da fibra, por causa das sucessivas reflexões totais que sofre.

Para a utilização das fibras ópticas em circuitos de comunicação de dados, são necessários circuitos de interface convenientes, que convertam o sinal digital em impulsos de luz; para isso, utilizam-se diodos emissores de luz (LEDs), da faixa do infravermelho, como emissores, e fotodiodos como receptores, existindo circuitos integrados especiais para estas funções. As fibras requerem também tipos especiais de conectores para emendas, terminação ou derivação entre cabos. A seguir temos um quadro comparativo e outro com algumas características dos meios citados.



Características médias Par trançado sem blindagem

Cabo coaxial (0,89mm2)

Fibra óptica (λ = 1550nm)

Atenuação (db/km) ~ 40 ~ 40 0,2 Taxa de dados (Mbps) < 1 3,1 ~ 10 > 100 Impedância característica (Ω)

80 ~ 200 50 ~ 80 não aplicável

Resumo do capítulo

Imunidade a ruídos Medida como faixas de tensão Amplitude

Coeficiente de atenuação Medido em dB/km Distorção Freqüência Banda passante Medido em Hz ou baud Serial/Redes Par trançado, cabo coaxial, fibra óptica

Meios de transmissão Paralela Cabo Multivias





Erros e detecção de erros

Durante uma transmissão digital de dados podemos considerar como erro a perda ou distorção do sinal elétrico digital que acarrete no receptor numa errônea interpretação dos bits enviados pelo transmissor. O erro pode ser causado por eventos transientes ou não-transientes. Eventos transientes possuem origem aleatória, são de difícil previsão, o que torna complexo ou mesmo impossível o controle de seus efeitos, alguns exemplos: interferência elétrica por tempestade (raio), ruído de chaveamento (centelhamento de comutadores), etc. Eventos não-transientes, ao contrário, são previsíveis e seus efeitos podem ser muitas vezes atenuados pela adoção de técnicas de supressão de ruído, blindagem de cabos, etc., alguns exemplos: radiointerferência, indução de corrente alternada, etc. Assim sendo, podemos aceitar o fato de que, apesar de todos os cuidados para evitar interferência no sinal elétrico digital, alguns erros eventuais poderão ocorrer. Em alguns sistemas, como telefonia, uma falha de 20% nos dados transmitidos pode tornar ainda uma mensagem inteligível; em outros casos, como controle de lançamento de foguetes, exigem-se sistemas livres de erros (error free). Para que nossa transmissão fique segura, ou mantenha os erros em níveis toleráveis, é necessária a criação de mecanismos capazes de detectar e/ou corrigir tais erros. A correção de erros é um capítulo à parte da detecção dos mesmos. Para isso existem algumas técnicas que, devido a complexidade e aplicações específicas, não serão objeto de nosso estudo. Para nós basta saber que, se um erro foi detectado durante a transmissão de um pacote de dados ao menos uma retransmissão desse pacote deve ser efetuada. As técnicas de detecção de erro envolvem mais ou menos um grau de redundância: bits ou bytes são adicionados ao pacote de informação original com a finalidade de



servirem de sinalizadores de erro. Estudaremos as técnicas da Paridade, Check Sum e CRC. Paridade de caracter Neste método é calculado um bit adicional, chamado de paridade, para cada caracter transmitido. O valor deste bit de paridade (se "1" ou "0") é calculado conforme se deseje trabalhar com paridade par ou ímpar, de acordo com a seguinte regra: a. Paridade par: escolhe-se o bit de modo que ocorra, no caracter considerado mais o

próprio de paridade, uma quantidade par de bits "1". b. Paridade ímpar: escolhe-se o bit de modo que ocorra., no caracter considerado

mais o próprio de paridade, uma quantidade ímpar de bits"1". A tabela a seguir fornece alguns exemplos.

Caracter Código ASCII Bit de paridade para paridade par

Bit de paridade aridade ímpar

A 0100 0001 0 1 u 0111 0101 1 0 8 0011 1000 1 0 $ 0010 0100 0 1

O cálculo do bit de paridade par coincide com aquele executado pela função Ou-Exclusivo, vista na tabela abaixo; assim, para calcular um bit de paridade par, basta realizar essa operação sobre todos os bits de dados considerados, isto é muito conveniente pois esse cálculo pode ser feito rapidamente por circuitos Ou-Exclusivos de hardware.

Bit 21 Bit 20 Operação XOR0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

A eficiência do método da paridade não é muito grande pois como ele se baseia num par de bits (1 e 0) para reportar uma relação também binária (par, ímpar), caso ocorra um número par de erros ou inversões acidentais, os erros não são detectados. A tabela abaixo contém uma série de exemplos demonstrando essa fragilidade. Na coluna transmitido temos o byte e o correspondente bit de paridade par, na coluna recebido, a simulação de um erro (inversão de bit).



Transmitido Recebido Conclusão verificando o bit de Paridade 0110 0000 0 0110 0000 0 Nenhuma inversão: no par de 1s, paridade certa. 0110 0000 0 1110 0000 0 Uma inversão: no par de 1s, o erro é detectado. 0110 0000 0 1110 1000 0 Duas inversões: no par de 1s, o erro não é detectado. 0110 0000 0 1110 1010 0 Três inversões: no ímpar de 1s, o erro é detectado.

Apesar da fragilidade, o método é muito utilizado pela simplicidade de cálculo. Em transmissões seriais assíncronas é muito utilizado acrescentando-se o bit de paridade após o BMS, como pode ser visto abaixo.

O método da paridade é também muito utilizado em placas de memória RAM, para checar se o seu conteúdo foi adulterado ou não. Paridade de bloco A paridade de bloco segue a mesma idéia da paridade de caracter, sendo, porém, que a operação é feita nos bits de um bloco de caracteres, cujo tamanho é escolhido conforme a conveniência, resultando num caracter de paridade. O caracter de paridade ainda é conhecido como BCC de "Block Check Caracter", ou caracter de verificação de bloco; abaixo temos um exemplo de cálculo e uma simulação de erro para verificar a eficiência.

Transmitido Recebido Mensagem Duplo erro em um caracteres Duplo erro em dois caracteres

J 0100 1010 0100 1010 0100 1010 u 0111 0101 0111 0101 0111 0011 F 0100 0110 0100 0000 0100 0000 G 0110 0111 0110 0111 0110 0111

BCC calculado e enviado pelo transmissor

0001 1110 0001 1110 0001 1110

BCC calculado pelo receptor para comparação com aquele enviado pelo transmissor:

0001 1000 (erro detectado) 0001 1110 (erro não detectado)



Como pode ser visto, a eficiência do método também não é muito grande, estando sujeito a erros: o receptor não conseguiu descobrir os erros duplos em dois caracteres. Podem-se unir os dois métodos já vistos, utilizando o bit e o caracter de paridade. Quando assim feito, os bits de paridade gerados são conhecidos com VRC, de "Vertical Redundancy Check", e o caracter de paridade como LRC, de "Longitudinal Redundancy Check" mas ainda assim continuaríamos com possíveis erros não-identificáveis.

Mensagem Bit de paridade ou VRC J 0100 1010 1 u 0111 0101 1 F 0100 0110 1 g 0110 0111 1

Caracter de paridade ou LRC 0001 1110 0

Check sum - Verificação da soma Este tipo de verificação é feito também sobre um bloco de dados, como o BCC, sobre o qual é feita uma soma binária comum entre todos os caracteres. O resultado dessa soma é utilizado como caracter de verificação, neste caso chamado de check sum ou soma de cheque. Neste método, costuma-se truncar o tamanho do check sum em bits da soma para um valor máximo, visto que por este método o tamanho em bits da soma, ou do check sum, depende do tamanho do bloco somado. É um método eficaz para detectar os erros nos quais o método da paridade falha, mas não é perfeito para combinação de erros aleatórios, como a tabela abaixo nos mostra.

Transmitido Recebido

Mensagem Duplo erro em uma

linha Duplo erro em duas

linhas Erro simples em

duas linhas J 0100 1010 0100 1010 0100 1010 0100 1011 u 0111 0101 0111 0101 0111 0011 0111 0101 F 0100 0110 0100 0000 0100 0000 0100 0110 g 0110 0111 0110 0111 0110 0111 0110 0110

Check sum Tx 0110 1100 0110 1100 0110 1100 0110 1100

Check sum Rx 0110 0110 (detectável)

0110 0100 (detectável)

0110 1100 (não detectável)

Como pode ser observado na tabela anterior, o receptor calculando o check sum descobre erros duplos de bits mas falha para erros simples; o método também não



descobre erros de seqüência, isto é, produz o mesmo valor não importa que byte seja enviado primeiro, e isto pode ser muito importante. CRC - Verificação de redundância cíclica Esse método, como o anterior, fornece um caracter de verificação mais conhecido como CRC de "Cyclic Redundancy Character". Consiste em realizar uma operação de divisão sobre o bloco de dados com um divisor conhecido, utilizando-se o resto da operação como um caracter de verificação. A divisão é feita considerando-se como o dividendo a seqüência de bits que será transmitida, sendo que o divisor é convenientemente escolhido de modo a controlar o tamanho em bits do resto da divisão. É muito comum a utilização de CRC de no máximo 16 bits, o que para a maior parte dos casos fornece uma boa segurança; entretanto, podem-se encontrar aplicações especiais que utilizam um CRC de 32 bits. Vamos considerar como exemplo o bloco de mensagem "JuFg" da tabela anterior, que será expresso como uma seqüência de bits:

01001010 01110101 01000110 01100111 x 525 J u F g 2379428

Que, em decimal, representa 1.249.199.719. Vamos escolher agora um divisor arbitrário, digamos 525; como resultado da divisão, temos um resto igual a 19, ou, em binário, 00010011, que seria então o nosso CRC. A escolha aleatória do divisor pode comprometer a eficiência do método, tornando-o lento pelo volume de cálculos envolvidos ou mesmo inócuo contra certos erros; mas existem alguns valores de comprovada eficácia que são utilizados. A especificação desses divisores é feita na forma de um polinômio: por exemplo, o valor 525, utilizado em nosso exemplo para ser representado como polinômio, primeiro seria convertido para binário, resultado 0010 0000 1101 para, em seguida, ser expresso na forma de um polinômio: 0x11 + 0x10 + 1x9 + 0x8 + 0x7 + 0x6 + 0x5 + 0x4 + 1x3 + 1x2 + 0x1 + 1x0



Que, considerando apenas os termos não zeros, resulta em: x9 + x3 + x2 + x0 Existem dois destes polinômios mais utilizados; um é o especificado pelo CCITT (Comitê Consultaif Internacionale de Telegrafia et Telephonie, com sede em Genebra), mais conhecido como CRC - CCITT, e outro conhecido como CRC - 16, vistos na tabela seguinte:

Nome do CRC Polinômio CRC - CCITT x16 + x12 + x5+ x1

CRC - 16 x18 + x15 + x2 + x1

O método do CRC oferece 100% de garantia na detecção dos erros citados anteriormente, além de outros tipos não citados como erro de inversão simultânea de 16 bits no bloco, sendo por isso mesmo amplamente empregado em sistemas de transmissão digital de dados. Resumindo Os métodos para detecção de erros sempre envolvem algum grau de redundância; assim são gerados bits ou caracteres de verificação extras que são transmitidos junto com os dados para posterior comparação no receptor. Os métodos estudados foram: 1. Paridade de caracter: Gera um bit de verificação pela aplicação da regra de

paridade nos bits de um caracter; não detecta duplos erros nos bits; simples de calcular (XOR).

2. Paridade de bloco (BCC): Gera um caracter de verificação de tamanho fixo, pela aplicação da regra de paridade nos bytes de um bloco de dados, sujeito também a erros duplos de bits em duplos bytes; simples de calcular.

3. Paridade composta: Utiliza paridade de bloco (LRC) e paridade de caracter (VRC), mais eficiente que os anteriores mas também sujeito a falhas.

4. Método de soma (Check Sum): Gera um caracter de verificação de tamanho variável pela simples soma binária dos bytes em um bloco de dados, apesar de reconhecer duplos erros de bits não detecta os erros simples, nem de seqüência.

5. Método do CRC: Gera um caracter de verificação de tamanho fixo, pela divisão do bloco de dados por um divisor conhecido; eficiência 100% na detecção dos erros citados.



Padrões de interfaces

Com a modernização dos microcomputadores os padrões para as interfaces de conexão também se modernizaram, hoje temos vários tipos de padrões cada qual com suas particularidades. Neste capitulo veremos alguns dos padrões mais utilizados atualmente. Interface De maneira geral chama-se de interface o dispositivo físico ou lógico que faz a adaptação entre dois sistemas. Em um sistema computacional, trata-se do conjunto de elementos de hardware e software destinados a possibilitar a interação com o usuário. Em nosso caso, trataremos de interface como interconexão entre dois equipamentos que possuem diferentes funções e que não se poderiam conectar diretamente, como, por exemplo, o modem. O conceito de interconexão de dois equipamentos, pode ser expandido a uma série de equipamentos, configurando uma interface serial. Esse tipo de interface apresenta uma única linha para comunicação de dados, permitindo a transmissão de apenas um bit de cada vez. Também é chamada apenas de serial. Para que a interconexão entre equipamentos funcione de modo eficaz, é preciso tornar essas conexões robustas, de constituição resistente, para aplicação num ambiente industrial onde existem muitos ruídos na transmissão que prejudicam a comunicação. Para minorar e eliminar esses problemas foram criados os padrões de interface que servem de base ou norma para avaliação da qualidade da interconexão entre equipamentos.



Os padrões de interconexão de equipamentos especificam as características elétricas dos sinais, circuitos integrados, cabos e conectores que podem ser empregados. Interface serial Os padrões mais utilizados em comunicação serial são: • RS-232C - Conexão ponto a ponto; e • RS-485 - Conexão multiponto com até 32 equipamentos. RS-232C Apesar da norma RS-232 contemplar a interface entre DTE e DCE, a sua adoção pelos fabricantes de microcomputadores como padrão para o canal serial assíncrono gerou um tipo especial de utilização, como as ligações assíncronas, entre DTE/DTE (ou Micro-a-Micro); isso possibilitou a redução do número de sinais necessários e o uso de conectores de 9 pinos (DB-9).

A ligação entre dois microcomputadores (DTE-DTE) deve ser feita com cuidado, pois não é possível utilizar o mesmo cabo que liga DTE-DCE para ligação DTE-DTE. Note que, para a ligação entre Micros, o sinal TD (pino 2) presente no DTE de um lado deve atingir o RD (pino 3) do DTE do outro lado para que exista comunicação.



Para isso é utilizado um cabo especial chamado "Modem Nulo", "Anulador de Modem", ou "Cross Over", visto na figura abaixo.

Observe como os pinos 2 e 3 são ligados invertidos, já o sinal RTS-1 alimenta CTS-2; RTS-2 sinaliza para CTS-1. Finalmente, DTR-1 ligado a DSR-2 e DCD-2; DTR-2 ligado a DSR-1, sendo que o pino 7 é o único ligado com seu correspondente, evidentemente.

Essa ligação pode ser alterada dependendo dos equipamentos interligados; uma consulta prévia ao manual do fabricante é sempre aconselhável. Como por exemplo, temos a seguir o esquema para construir cabos de comunicação serial para micros compatíveis IBM PC/TX e AT, lembrando que o conector padrão no XT é o DB-25, e no AT , o DB - 9. O padrão RS-232C possui como principais especificações: • Tipo de conector usual: DB-9 (conector de 9 vias); • Tipo de cabo: blindado; • Comprimento máximo do cabo: 15m; • Sinais elétricos: nível lógico 1(-3V e -15V) e nível lógico 0 (+3V e +15V);



• Driver: MAX232 (MAXIM); • Taxas de comunicação usuais: 9.600 bps e 19.200 bps; • Taxa de comunicação máxima: 115kbps. Os sinais associados ao conector DB-9, utilizado no computador pessoal são:

Pino Nome Sinal Direção Função 1 Carrier Detect CD IN Detectar o sinal de portadora 2 Received Data RxD IN Receber dados 3 Transmitted Data TxD OUT Transmitir dados 4 Data Terminal Ready DTR OUT Terminal pronto 5 Ground GND -------- Sinal de referência 6 Data Set Ready DSR IN Dados prontos 7 Request To Send RTS OUT Requisição para enviar 8 Clear To Send CTS IN Limpo para enviar 9 Ring Indicator RI IN Detectar o sinal de campainha

Os endereços de I/O (input/output) no PC (computador pessoal) são: Dados: 378H, Comandos: 37AH e Estados: 379H. RS-485 O padrão RS-485 possui como principais especificações: • Tipo de conector usual: DB-9 (conector de 9 vias); • Tipo de cabo: par trançado; • Comprimento máximo do cabo: 1200m; • Sinais elétricos: modo diferencial; • Driver: SN75176B (texas instruments); • Taxas de comunicação usuais: 9.600bps, 19.200bps e 375kbps; • Taxa de comunicação máxima: 10Mbps. Interface paralela O padrão mais usado para comunicação paralela é o Centronix. Trata-se de padrão de interconexão de equipamentos que especifica as características elétricas dos sinais, circuitos integrados, cabos e conectores que podem ser empregados. O padrão Centronix possui como principais especificações: • Tipo de conector: DB-25 (PC) ou conector Centronix 36 vias (Impressora);



• Tipo de cabo: blindado; • Comprimento máximo do cabo: 2m; • Sinais elétricos: nível lógico TTL; • Driver: 74245 (TTL). Os sinais associados ao conector DB-25 (utilizado no computador pessoal) são:

Pino Nome Sinal Direção Função 1 Strobe -STROBE OUT Pulso para controle dos dados 2 Data 0 D0 OUT Bit 0 do dado 3 Data 1 D1 OUT Bit 1 do dado 4 Data 2 D2 OUT Bit 2 do dado 5 Data 3 D3 OUT Bit 3 do dado 6 Data 4 D4 OUT Bit 4 do dado 7 Data 5 D5 OUT Bit 5 do dado 8 Data 6 D6 OUT Bit 6 do dado 9 Data 7 D7 OUT Bit7 do dado 10 Acknologed ACK IN Dado recebido 11 Busy -BUSY IN Ocupado (Impressora) 12 Paper end PE IN Sem papel (Impressora) 13 Select SEL IN Seleção (resistor de PULL-UP) 14 Auto Feed AF OUT Avança linha (Impressora) 15 Error ERROR IN Quando 0 indica erro 16 Init INIT OUT Reset (Impressora buffer limpo) 17 Select In SLCTIN OUT Seleção 18-24 ------------ --------------- -------- Não conectados (ou aterrados) 25 Ground GND --------- Sinal de referência

Os endereços de I/O (input/output) no PC (computador pessoal) são: Dados: 378H, Comandos: 37AH e Estados: 379H.





Protocolo

Como estudado no início de nosso curso, protocolo é um conjunto de regras que visam disciplinar o processo de comunicação; suas funções dependem, portanto, das necessidades do sistema - escolhemos duas muito importantes: controle de fluxo e transferência de arquivos, para servirem de exemplo em nosso estudo de protocolos. Orientação a byte ou a bit Os protocolos podem ser classificados quanto à forma de manipulação de dados em protocolos orientados a caracter e protocolos orientados a bit. Os primeiros consideram que a menor unidade de informação é o caracter (normalmente composto de 8 bits), trabalhando, assim, com caracteres ou blocos de caracteres; os orientados a bit não estão presos ao reconhecimento de caracteres - trabalham com bits ou padrões especiais de bits não necessariamente agrupados de 8 em 8. Uma diferença importante entre esses dois enfoques pode ser verificada quando se necessita realizar uma transferência de arquivo do tipo texto (.doc, .txt) e de arquivo do tipo binário (.exe, .com, .obj., .lib); enquanto os arquivos tipo texto costumam utilizar apenas caracteres ditos imprimíveis, como letras, números, símbolos, mais os de formatação de folha, como backspace, line, feed, etc., os arquivos binários não se restrigem apenas a esse conjunto, admitindo qualquer combinação de bits; assim sendo, um protocolo orientado a bit pode tanto manipular arquivos-textos quanto arquivos-binários, enquanto um protocolo orientado a caracter necessita de cuidados especiais para manipular arquivos binários.



Controle de fluxo - XON/XOFF Vamos iniciar estudando controle do fluxo de dados numa transmissão assíncrona. O protocolo que estudaremos é conhecido como XON/XOFF, é orientado a caracter e muito utilizado com Modens, Plotters, etc.; esse tipo de protocolo é também chamado de handshaking de software. Sua especificação é bem simples. Depois de iniciada uma transmissão de dados, o Receptor enviará ao transmissor o código XOFF quando deseja uma pausa na transmissão de dados, e o código XON quando deseja que a mesma continue. A figura abaixo mostra o diagrama N-S simplificado de um programa de transmissão que utilize este protocolo.

Costuma-se atribuir o código ASCII equivalente a Control - Q (DC1 ou 11H) para XON e o valor Control - S (DC3 ou 13H) para XOFF. Um problema comum como o XON/XOFF pode ocorrer quando fazemos transmissão de arquivos de texto tipo documentos que utilizam caracteres especiais para indicar texto em negrito, sublinhado, etc., num sistema onde o receptor ecoa os caracteres recebidos pelo transmissor, como uma espécie de verificação contra erros. Caso o texto seja gerado no editor de texto Wordstar, modo documento, ao se utilizar de um trecho sublinhado, o Wordstar automaticamente insere o caracter 13H (coincidentemente o mesmo valor utilizado para XOFF!) para servir de controle no começo e no fim do trecho sublinhado, como pode ser visto na figura abaixo.



Código ASCII do Texto Texto 0D 0A 64 69 66 69 63 69 6C 20 13 64 69 7A 65 72 difícil dizer 20 71 75 65 20 66 6F 69 20 62 6F 6E 69 74 6F 13 que foi bonito OD 0A 69 6E 75 74 69 6C 20 63 6F 6E 74 61 72 20 inútil contar 6F 20 71 75 65 20 70 65 72 64 1A 1A 1A 1A 1A 1A o que perdi

Assim que for transmitido o caracter 13H, o receptor o ecoa de volta ao transmissor que, ao recebê-lo, interpreta-o como XOFF, parando de transmitir e aguardando então um XON para voltar a transmissão. Como o receptor não enviou o caracter XOFF por sua iniciativa, foi apenas eco do que recebeu, não tem por que enviar XON e assim fica aguardando o transmissor. Conclusão: ambos aguardam que o outro transmita e assim a comunicação cessa! É a síndrome do "Esperando Godot", referência à peça teatral de Becket; para evitar essa situação basta desabilitar o eco. Transferência de arquivos Os produtos para transmissão assíncrona de arquivos costumam trabalhar com blocos de arquivo, e a necessidade dessa estratégia é fácil de reconhecer a partir da seguinte questão: Como deve ser feita a verificação de erros numa transmissão de arquivo: a cada byte ou apenas após a transmissão de todo o arquivo? É fácil verificar que nenhuma das duas condições é satisfatória: a verificação a cada byte seria certamente mais demorada, e a verificação apenas ao final da transmissão poderia ser ineficiente - caso um único byte chegue errado, deve ser retransmitido todo o arquivo. A solução intermediária é dividir o arquivo em blocos de tamanho conveniente, organizá-los apropriadamente de modo a ser fácil o reconhecimento do seu início ou do seu fim antes de enviá-los.



Essa organização é feita com a ajuda de campos de controle auxiliares, anexados ao bloco de dados de modo a facilitar o controle e a recuperação do arquivo original. A figura a seguir exemplifica esse processo de organização de blocos de dados através de campo de controle.

Assim sendo, na figura acima, a função do campo 1 pode ser a de identificar o início deste bloco de dados, os caracteres que fazem parte do bloco de dados podem ser associados a um campo de dados; o campo 4 pode conter informações que ajudem na verificação de erros; o campo 2 pode conter o número seqüencial que ajude na recuperação posterior do arquivo, e assim por diante. Os campos associados ao bloco de dados caracterizam uma unidade de transmissão chamada pacote; um exemplo de transmissão de pacotes com quatro campos pode ser visto na figura a seguir:



Conforme o protocolo que estivermos estudando, podemos encontrar vários tipos de campos, entretanto, alguns são freqüentemente utilizados em vários protocolos, diferindo apenas quanto ao tamanho ou posição dentro de um pacote. Vamos então considerar quatro tipos básicos de campos: de identificação, de controle de seqüência, de dados e de verificação de erros, assinalando para cada um algumas características gerais. Campo de identificação • Caracterização: este campo serve para a identificação do pacote, uma vez que

podemos necessitar de pacotes com funções especiais tais como confirmação de bloco, bloco recusado, etc., além de bloco com dados.

• Tamanho: costuma ser de um byte. • Posição no pacote: este campo costuma ser o primeiro, devido à sua natureza. Campo de controle de seqüência • Caracterização: trata-se de um contador que é incrementado a cada pacote

enviado pelo transmissor para auxiliar o receptor a detectar perda de pacotes; esse contador é relativo, ou seja, supondo ser de um byte seu tamanho, a contagem será de 0 a 255 com retorno a zero novamente, repetindo-se indefinidamente.

• Tamanho: costuma ser de um byte ou menor. • Posição no pacote: pode ser após o campo de identificação e antes do campo de

dados. Campo de dados • Caracterização: possui os dados propriamente ditos, muitas vezes separados por

caracteres especiais para indicar início de bloco, fim de bloco ou fim de arquivo. • Tamanho: pode ser de tamanho fixo ou variável; cada um tem vantagens e

desvantagens. • Posição no pacote: costuma ser sempre após o campo de controle de seqüência e

antes do campo de verificação de erros. Campo de verificação de erros • Caracterização: utilizado para enviar o BCC ou CRC calculado sobre o campo de

dados somente. • Tamanho: costuma ser de dois bytes no caso de CRC e Checksum, e de um byte

no caso de BCC. • Posição no pacote: é normalmente colocado no final do pacote.



Uma observação vale aqui: conforme a natureza do pacote, não se torna necessário utilizar todos os campos acima descritos; por exemplo, num pacote de confirmação de dados recebidos, apenas o campo de identificação é o que interessa. Os campos podem ter apenas um byte de tamanho e neste caso utilizamos um conjunto de caracteres existentes na Tabela ASCII selecionados para este fim, descritos na tabela abaixo. Abreviação Código ASCII Descrição Uso Comum

SOH 01H Start of Header Indica o início de um cabeçalho (header) ou campo de identificação.

STX 02H Start of Text Indica o início do bloco de dados, e marca o fim do header.

ETX 03H End of Text Indica o fim do bloco de dados.

EOT 04H End of Transmission Indica fim de uma transmissão quando enviado no lugar de SOH.

ENQ 05H Enquiry

Quando se está estabelecendo uma ligação, pode significar "Você está me ouvindo?"; durante uma sessão pode significar pedido de identificação ou status atual.

ACK 06H ACKnowledge Utilizado quando é feita uma recepção livre de erros.

DLE 10H Data Link Escape Utilizado quando se deseja utilizar caracteres com o significado de controle, não de dados.

NAK 21H Not ACKnowledge Utilizado quando é feita uma recepção com erros.

SYN 22H SYNchoronous idle Utilizado em sistemas síncronos que necessitam manter caracteres na linha, mesmo quando estiver em repouso (idle).

ETB 23H End of Transmission Block

Indica o final do bloco de dados e a existência de ao menos mais um bloco a ser transmitido. Às vezes é utilizado no lugar de ETX.

Formato de pacotes Como exemplo, vamos verificar como formar pacotes a partir do uso de tais caracteres. A tabela a seguir fornece alguns dos vários formatos possíveis para um pacote, após a qual apresentamos um gráfico especial utilizado para representar esses - uma prática comum na documentação de um protocolo.



Diagrama de pacotes possíveis

Vamos verificar onde cada tipo de pacote poderia ser utilizado: • Pacote tipo 1 pode servir para enviar ao receptor alguma identificação do

transmissor e, ao transmissor, alguma identificação do receptor, se necessário. • Pacote 2 pode ser enviado antes da transmissão efetiva de dados, com o nome

original do arquivo, no campo de dados, que será transmitido. • Pacote tipo 3 transmite dados e avisa que o arquivo ainda não terminou, pelo uso

de ETB. • Pacote tipo 4 é uma outra opção que pode ser utilizada ao invés do pacote 2. • Pacote 5 pode ser utilizado para o último bloco de dados. Como o último bloco de

dados pode ter tamanho menor que os demais, este pacote pode ser menor também. Caso isso seja um inconveniente, é bom utilizar ETB no final do bloco de



dados, preencher com espaço os bytes restantes para completar o tamanho do campo, e encerrar o mesmo com ETX.

Sessão de transmissão Outro ponto que define um protocolo é a forma com que o mesmo processa a transmissão; em outras palavras, como o protocolo conduz a sessão de transmissão. Pode-se dizer que uma sessão de transmissão genérica de arquivo possui três etapas principais: abertura, transmissão e encerramento. Estas podem ser subdividas em outras conforme o interesse do projetista. Vamos analisar essas três etapas principais resumidamente: Abertura da sessão O propósito desta etapa é o de estabelecer uma ligação (ou "link") entre receptor e transmissor, ou seja, deve conter todas as tarefas necessárias para a conexão física entre os dois. A tabela abaixo contém um exemplo de possíveis tarefas executadas durante uma abertura de sessão, supondo uma comunicação via modem entre um terminal e um computador que exige senha para acesso.

Tarefas Descrição Obter número Busca o número a ser discado, solicitando-o ao operador ou ao banco de dados.

Discar número Solicita e aguarda do Modem a ligação telefônica. Caso positivo, passa controle à tarefa seguinte.

Enviar senha Transmite a senha e aguarda confirmação de acesso passando o controle à Sessão seguinte.

Sessão de transmissão Esta diz respeito ao envio do arquivo propriamente dito; neste caso, deve-se proceder à confirmação ou não de cada bloco de dados recebido. Esta confirmação pode ser realizada de duas formas distintas: confirmação por conjunto de blocos ou bloco-a-bloco.



A transmissão com confirmação por conjunto de blocos considera um certo número de blocos, dentre o total, que formam uma espécie de "janela" de dados, como a figura abaixo mostra:

Ao final da transmissão da janela, o receptor envia a confirmação ou não dos blocos recebidos, após o que o transmissor procede à retransmissão apenas dos blocos com erros, ou seja, a retransmissão só é feita para os blocos errados, e não para a janela toda.



Este método exige maior habilidade do programador, pois o controle de seqüência de janelas é mais sofisticado. Na transmissão com confirmação bloco-a-bloco, o receptor realiza uma confirmação a cada bloco recebido; assim, no caso de erro, realiza-se apenas a retransmissão do mesmo. Uma transmissão que utiliza este método é mais lenta que a anterior, porém, é mais fácil de implementar.

Encerramento da sessão Esta parte do protocolo deve trabalhar com as tarefas pertinentes à desconexão ou lógica estabelecida, liberando os canais de comunicação, memória alocada, fechando arquivos e tarefas afins.



Exemplo de transmissão Vamos simular uma sessão de transmissão, utilizando os caracteres ASCII já vistos e os conceitos até agora estudados. Sessão de abertura Esta parte do protocolo deve obter a certeza da ligação entre transmissor e receptor; no exemplo da figura abaixo, isto é obtido pelo envio do caracter ENQ pelo transmissor até que se obtenha uma resposta positiva do receptor, no caso um ACK. Este procedimento é chamado também de "sincronização", pois permite que ambos os lados do canal de comunicação preparem-se para o início da transmissão de dados propriamente dita.

Sessão de transmissão Uma vez estabelecida a ligação entre Tx e Rx, deixamos a sessão de abertura e adentramos na sessão de transmissão.



A figura abaixo mostra um trecho dela, note que o protocolo utilizado é o de confirmação por bloco, observe também o procedimento de retransmissão de pacote com erro (pacote # 6).

Sessão de encerramento Após certificar-se do recebimento correto do último bloco de dados, o transmissor encerra a sessão de dados, enviando uma série de EOT até que receba o ACK do receptor - a partir daqui encerra-se a transmissão.



Modelo de referência OSI No inicio a tecnologia utilizada em redes de computadores era proprietária, isto é, uma determinada tecnologia só era suportada por seu fabricante. Para facilitar a conexão de sistemas informatizados, a ISO (Interconnection Standards Organization), desenvolveu um modelo de referência chamado OSI (Open Systems Interconnection), para que se pudessem fabricar protocolos a partir desse modelo. Esse modelo é representado por sete camadas, em uma transmissão, cada camada pega as informações passadas pela camada superior ou inferior, acrescenta informações pelas quais ela seja responsável e passa os dados para a próxima camada.(Esse processo é conhecido como encapsulamento). As sete camadas são:

7 APLICAÇÃO 6 APRESENTAÇÃO 5 SESSÃO 4 TRANSPORTE 3 REDE 2 LINK DE DADOS 1 FÍSICA

Veremos como se comporta cada camada partindo da camada de aplicação que está mais próximo do aplicativo e assim podendo dizer que é a camada de mais alto nível. Camada 7 - Aplicação A camada de aplicação faz a interface entre o protocolo de comunicação e o aplicativo que pediu ou receberá a informação através da rede. Camada 6 - Apresentação A camada de apresentação, também chamada camada de tradução, converte o formato do dado recebido pela camada de Aplicação em um formato comum a ser usado na transmissão desse dado.



Camada 5 - Sessão Essa camada permite que duas aplicações em computadores diferentes estabeleçam uma sessão de comunicação. Nesta sessão, essas aplicações definem como será feita a transmissão de dados e coloca marcações nos dados que estão sendo transmitidos. Camada 4 - Transporte Essa camada é responsável por pegar os dados enviados pela camada de Sessão e dividi-los em pacotes que serão transmitidos pela rede, ou melhor dizendo, repassados para camada de rede. Camada 3 - Rede Essa camada é responsável pelo endereçamento dos pacotes, convertendo endereços lógicos em endereços físicos, de forma que os pacotes consigam chegar corretamente ao destino. Também determina a rota que os pacotes irão seguir para atingir o destino, baseada em fatores como condições de tráfegos da rede e prioridades. Camada 2 - Link de dados (enlace de dados) Essa camada pega os pacotes de dados recebidos da camada de rede e os transforma em quadros que serão trafegados pela rede, adicionando informações como o endereço da placa de rede de origem, o endereço da placa de rede de destino, dados de controle, os dados em si e o CRC. Camada 1 - Física Essa camada pega os quadros enviados pela camada de Link de Dados e os transforma em sinais compatíveis com o meio em que deverão ser transmitidos. Houve também a necessidade de se padronizar a forma que se enviava sinais para o meio físico dependendo do tipo de interface a utilizar. Surgiu então o padrão IEEE 802. Padrão IEEE 802 O IEEE (Institute of Eletrical and Eletronic Engeneers) criou vários padrões de protocolos, dentre eles a série 802 uma das mais importantes, é largamente usada e é um conjunto de protocolos usados no acesso à rede.



O padrão IEEE 802.2 especifica o funcionamento da camada de Controle do Link Lógico (LLC). Os demais padrões IEEE operam na camada de Controle de Acesso ao Meio (MAC) e na camada física. Resumo

Orientado a bit Utiliza padrões de bits não necessariamente agrupados de 8 em 8.

Orientado a byte Utiliza caracteres (8 bits) Controle de fluxo Xon / Xoff

Protocolo

Usos mais comuns Transferência de arquivos Binários ou textos Confirmação bloco-a-bloco Transferência de

arquivos Quebra em blocos, campos e pacotes Confirmação por janela

Sessão de abertura

Estabelece a ligação Inicialização, sincronismo entre Tx e Rx

Sessão de transmissão

Mantém a troca de dados Controla seqüência de blocos, verificando erros

Etapas de uma transmissão

Sessão de encerramento

Desfaz a ligação Libera memória, fecha arquivos, etc.





Redes de computadores

É um conjunto de computadores, terminais e demais equipamentos periféricos, interconectados por linhas de comunicação. Estando interconectados, a facilidade de transmissão e troca de dados entre computadores em rede, é grande. A utilização do computador em comunicação de dados torna-se, desse modo, cada vez mais comum em todas as áreas de atividade humana. Empresas desenvolvem produtos e serviços tendo a rede de computadores como ferramenta. Essa elevada utilização tem produzido, conseqüentemente, forte demanda de serviços nas áreas de planejamento, aquisição, instalação, operação e gerenciamento de redes de computadores. Tendo em vista a grande utilização de redes em atividades diversas, desenvolvem-se atualmente inúmeros programas aplicativos para que diferentes computadores se comuniquem. Estrutura de redes Dependendo do trabalho a ser executado, há necessidade de serem utilizadas combinações de redes para atender às necessidades de comunicação. Desse modo, a conexão em rede, muitas vezes, requer a utilização de múltiplas tecnologias. Situações desse tipo ocorrem atualmente com procura crescente. Para compreensão dessa tecnologia deve-se conhecer os padrões elétricos das conexões utilizadas em redes, os protocolos utilizados, bem como os drivers que possibilitam acesso a aplicativos disponíveis na rede.



Um pré-requisito básico para utilização de rede está em definir suas características e serviços que pode prestar. Dessa proposição derivam alguns conceitos e definições básicos. Numa rede de computadores quando computadores são interligados pode haver um computador denominado servidor de rede com alta capacidade de processamento. O servidor de rede oferece os seguintes serviços: • Servidor de aplicação (Application Server); • Servidor de arquivos (File Server); • Servidor de impressão (Print Server); • Servidor de rede (Network Server); • Servidor de banco de dados relacional (Relational Database Server); e • Servidor de internet (Internet Server). Pode-se construir uma rede local de computadores do tipo LAN (Local Area Network) . A grande vantagem da construção de redes de computadores está no compartilhamento dos recursos, como por exemplo: Compartilhamento do hardware: • Impressora; • Fax; • CD ROM; • Modem; • HD. Compartilhamento do software: • Correio; • Agenda eletrônica; • Transferência de arquivos. O compartilhamento de recursos facilita integração da equipe de trabalho e melhoria contínua dos serviços, otimizando recursos de empresas. Assim, pacotes de software contidos na rede são úteis para empresas porque facilitam o trabalho do grupo de suporte da organização.



Uma rede local garante comunicação segura e, dependendo do projeto realizado, podem-se obter altas taxas de transmissão de dados. A conexão local permite fácil acesso a departamentos administrativos e de produção. A segurança da rede está vinculada a equipamentos e pacotes para esse fim denominados de Fire-Walls. Como auxiliares na segurança pode-se optar por sistemas operacionais que restrinjam o acesso do usuário. Quando o âmbito do parque industrial (administrativo/produção) se estende para longas distâncias utilizam-se redes dos tipos: • MAN (Metropolitan Area Network) Rede Metropolitana e Rede de Trabalho Ampla; • WAN (Wide Area Network). Nesses tipos de redes podem-se incorporar também redes do tipo LAN localizadas em regiões distintas, com, praticamente, a mesma eficiência. Para isso, utilizam-se serviços oferecidos pelas empresas de telecomunicações. Os serviços disponíveis são: linhas telefônicas públicas ou privadas. Essas linhas podem utilizar como suporte físico: par trançado e/ou fibra óptica. Quando se trata de grandes distâncias podem ser dos tipos: linha de visada direta terrestre ou através de canais de satélites, utilizando-se de microondas. Arquitetura de redes de computadores Para o desenvolvimento de uma rede de comunicação existem duas etapas principais: • Projeto lógico do protocolo de comunicação; e; • Topologia da rede. Projeto lógico do protocolo de comunicação Neste momento utiliza-se o modelo de referência denominado RM-OSI (Reference Model - Organization Standardization International). O modelo RM-OSI é um Layering Model - modelo de camadas pelas quais circulam diferentes dados. É uma das ferramentas de auxílio no desenvolvimento de protocolos de estabelecimento das regras de comunicação.



O modelo RM-OSI propõe que o conteúdo do frame - pacote de dados - de comunicação seja tratado de forma diferenciada para cada nível estabelecido. Embora as idéias sobre projetos de protocolos tenham mudado nos últimos vinte anos, grande parte da terminologia empregada ainda persiste (Comer, 1999). Para melhor entendimento do modelo em camadas, observe os quadros apresentados a seguir:

Máquina 1 Máquina 2 Camada Nome Camada Nome

7 Aplicativo 7 Aplicativo 6 Apresentação 6 Apresentação 5 Sessão 5 Sessão 4 Transporte 4 Transporte 3 Rede 3 Rede 2 Enlace de dados 2 Enlace de dados 1 Física

1 Física

Nota-se que o frame de comunicação contém fragmentos que devem ser tratados nas suas respectivas camadas. Apresenta-se abaixo um exemplo simplificado do frame que contém 7 camadas:

Enlace Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicativo Dados

Cada camada do modelo RM-OSI possui atribuições específicas. Abaixo estão relacionadas as camadas e suas atribuições. Camada Nome Atribuições e Especificações

7 Aplicativo Como um aplicativo usa a rede. 6 Apresentação Como representar os dados. 5 Sessão Como estabelecer a comunicação (login). 4 Transporte Como tratar da transferência dos dados. 3 Rede Como são atribuídos endereços e pacotes. 2 Enlace de dados Como organizar e transmitir os dados. 1 Física Corresponde ao hardware a ser utilizado.



Topologia da rede A topologia de redes especifica como os equipamentos são conectados e distribuídos. A conexão mais usual para microcomputadores é denominada estrela. Observe:

O esquema mostra a conexão em rede de um departamento. As estações de trabalho WS1, WS2 e WS3, representam os computadores da rede e o equipamento HUB recebe e distribui dados. A vantagem desse tipo de conexão está na garantia do envio e recebimento da informação, mesmo com falha de algumas estações de trabalho. Destaca-se também, o baixo custo por ponto de conexão. A figura seguinte apresenta a conexão entre departamentos com diversas tecnologias empregadas.

A utilização do HUB conectado a um switch justifica-se devido ao grande tráfego de informação no departamento. O switch gerencia a troca de informação específica do departamento, melhorando as características de velocidades globais da rede. Na rede



acima é utilizado como meio físico: o par trançado, a fibra óptica e antenas com respectivas velocidades associadas. Sistemas operacionais de redes Num sistema microcontrolado ou microprocessado, sistema operacional é o conjunto de comandos de software que permite acesso a todos os componentes de seu hardware, principalmente a seus periféricos de comunicação. Os sistemas operacionais de redes representam conjuntos de comandos dedicados que permitem a conexão entre vários sistemas operacionais. O modelo mais usual para realizar esta tarefa denomina-se de cliente-servidor (Client-Server). Em Client-Server, o termo Servidor - Server - relaciona-se com o equipamento que deve fornecer informações e o termo Cliente - Client - ao equipamento de destino dessas informações. É comum um equipamento ou estação operar nos dois modos, ou seja, como cliente e servidor. Para esta tarefa deve-se instalar um driver específico. Os sistemas operacionais atuais tendem a fornecer telas gráficas para rápida capacitação de administradores de redes. Operam com múltiplos protocolos e também múltiplos processadores. Uso industrial de redes de comunicação Na indústria podem ser utilizados três níveis de atuação de redes. • Nível de informação; • Nível de automação e controle; • Nível de dispositivos. Nível de informação Neste nível podem ser utilizadas redes LAN conectadas a redes WAN, também podem ser utilizados sistemas supervisórios do tipo SDCD (Sistema distribuído de controle de dados). Estes sistemas representam a filosofia atual empregada pelas empresas para gerenciamento dos dados dos processos produtivos. Para facilitar o controle dos



processos, os sistemas apresentam telas denominadas de IHMs (Interfaces Homem Máquina). Além de permitirem a observação da evolução dos dados envolvidos possibilitam também a modificação deles. Nível de automação e controle Neste nível utilizam-se: I/Os, controladores, principalmente pontes entre padrões utilizados para redes de computadores e padrão utilizado neste nível. Nível de dispositivos Os dispositivos desse tipo de rede podem ser: I/Os, pontes entre padrões, CLPs, sensores etc. A figura seguinte exemplifica soluções industriais utilizando redes com tecnologias diversas de acordo com cada nível apresentado. Este fato está associado às velocidades de controle dos processos, que equivale a necessidades de taxas de comunicações diferentes.





Arquitetura TCP/IP

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, ou Protocolo de Controle de Transmissão/Protocolo de Internet) se refere ao conjunto, ou pilha de protocolos utilizados na Internet. Este conjunto de protocolos foi desenvolvido pelo Departamento de Defesa (DoD) do governo americano no final dos anos 70, com o objetivo de interconectar redes de topologias e fornecedores de equipamentos diferentes. O nome TCP/IP se refere a dois dos mais importantes protocolos desta pilha, ou seja, o TCP que é o protocolo responsável pelo controle e qualidade da transmissão e o IP responsável pelo endereçamento nas redes. Os protocolos TCP/IP podem ser utilizados sobre qualquer estrutura de rede, seja ela simples como uma ligação ponto-a-ponto ou uma rede de pacotes complexa. Como exemplo, podem-se empregar estruturas de rede como Ethernet, Token-Ring, FDDI, PPP, ATM, X.25, Frame-Relay, barramentos SCSI, enlaces de satélite, ligações telefônicas discadas e várias outras como meio de comunicação do protocolo TCP/IP. A arquitetura TCP/IP, assim como OSI realiza a divisão de funções do sistema de comunicação em estruturas de camadas. A figura abaixo ilustra a divisão em camadas da arquitetura TCP/IP:



Camada de rede A camada de rede é responsável pelo envio de datagramas construídos pela camada Inter-Rede. Esta camada realiza também o mapeamento entre um endereço de identificação de nível Inter-rede para um endereço físico ou lógico do nível de Rede. A camada Inter-Rede é independente do nível de Rede. Alguns protocolos existentes nesta camada são: • Protocolos com estrutura de rede própria (X.25, Frame-Relay, ATM) • Protocolos de Enlace OSI (PPP, Ethernet, Token-Ring, FDDI, HDLC, SLIP, …) • Protocolos de Nível Físico (V.24, X.21) • Protocolos de barramento de alta-velocidade (SCSI, HIPPI) • Protocolos de mapeamento de endereços (ARP - Address Resolution Protocol) -

Este protocolo pode ser considerado também como parte da camada Inter-Rede. Os protocolos deste nível possuem um esquema de identificação das máquinas interligadas por este protocolo. Por exemplo, cada máquina situada em uma rede Ethernet, Token-Ring ou FDDI possui um identificador único chamado endereço MAC ou endereço físico que permite distinguir uma máquina de outra, possibilitando o envio de mensagens específicas para cada uma delas. Da mesma forma, estações em redes X.25, Frame-Relay ou ATM também possuem endereços que as distinguem uma das outras. As redes ponto-a-ponto, formadas pela interligação entre duas máquinas não possuem, geralmente, um endereçamento de nível de rede (modelo TCP/IP), uma vez que não há necessidade de identificar várias estações. Camada inter-rede Esta camada realiza a comunicação entre máquinas vizinhas através do protocolo IP. Para identificar cada uma das máquinas e a rede onde elas estão situadas, é definido um identificador, chamado endereço IP, que é independente de outras formas de endereçamento que possam existir nos níveis inferiores. No caso de existir endereçamento nos níveis inferiores é realizado um mapeamento para possibilitar a conversão de um endereço IP em um endereço deste nível.



Os protocolos existentes nesta camada são: • Protocolo de transporte de dados: IP - Internet Protocol; • Protocolo de controle e erro: ICMP - Internet Control Message Protocol; • Protocolo de controle de grupo de endereços: IGMP - Internet Group Management

Protocol; • Protocolos de controle de informações de roteamento. O protocolo IP realiza a função mais importante desta camada que é a própria comunicação inter-redes. Para isto ele realiza a função de roteamento que consiste no transporte de mensagens entre redes e na decisão de qual rota uma mensagem deve seguir através da estrutura de rede para chegar ao destino. O protocolo IP utiliza a própria estrutura de rede dos níveis inferiores para entregar uma mensagem destinada a uma máquina que está situada na mesma rede que a máquina origem. Por outro lado, para enviar mensagem para máquinas situadas em redes distintas, ele utiliza a função de roteamento IP. Isto ocorre através do envio da mensagem para uma máquina que executa a função de roteador. Esta, por sua vez, repassa a mensagem para o destino ou a repassa para outros roteadores até chegar no destino.



Camada de transporte Esta camada reúne os protocolos que realizam as funções de transporte de dados fim-a-fim, ou seja, considerando apenas a origem e o destino da comunicação, sem se preocupar com os elementos intermediários. A camada de transporte possui dois protocolos que são o UDP (User Datagram Protocol) e TCP (Transmission Control Protocol). O protocolo UDP realiza apenas a multiplexação para que várias aplicações possam acessar o sistema de comunicação de forma coerente. O protocolo TCP realiza, além da multiplexação, uma série de funções para tornar a comunicação entre origem e destino mais confiável. São responsabilidades do protocolo TCP: o controle de fluxo, o controle de erro, a sequenciação e a multiplexação de mensagens. A camada de transporte oferece para o nível de aplicação um conjunto de funções e procedimentos para acesso ao sistema de comunicação de modo a permitir a criação e a utilização de aplicações de forma independente da implementação. Desta forma, as interfaces socket ou TLI (ambiente Unix) e Winsock (ambiente Windows) fornecem um conjunto de funções-padrão para permitir que as aplicações possam ser desenvolvidas independentemente do sistema operacional no qual rodarão. Camada de aplicação A camada de aplicação reúne os protocolos que fornecem serviços de comunicação ao sistema ou ao usuário. Pode-se separar os protocolos de aplicação em protocolos de serviços básicos ou protocolos de serviços para o usuário: • Protocolos de serviços básicos, que fornecem serviços para atender as próprias

necessidades do sistema de comunicação TCP/IP: DNS, BOOTP, DHCP. • Protocolos de serviços para o usuário: FTP, HTTP, Telnet, SMTP, POP3, IMAP,

TFTP, NFS, NIS, LPR, LPD, ICQ, RealAudio, Gopher, Archie, Finger, SNMP e outros.



Posicionamento do nível OSI A arquitetura TCP/IP possui uma série de diferenças m relação à arquitetura OSI. Elas se resumem principalmente nos níveis de aplicação e inter-rede de arquitetura TCP/IP. Como principais diferenças pode-se citar: • OSI trata todos os níveis, enquanto TCP/IP só trata a partir do nível de rede OSI; • OSI tem opções de modelos incompatíveis. TCP/IP é sempre compatível entre as

várias implementações; • OSI oferece serviços orientados a conexão no nível de rede, o que necessita de

inteligência adicional em cada equipamento componente da estrutura de rede. Em TCP/IP a função de roteamento é bem simples não necessita de manutenção de informações complexas;

• TCP/IP tem função mínima (roteamento IP) nos nós intermediários (roteadores); • Aplicações TCP/IP tratam os níveis superiores de forma monolítica. Dessa forma

OSI é mais eficiente, pois permite reaproveitar funções comuns a diversos tipos de aplicações. Em TCP/IP, cada aplicação tem que implementar suas necessidades de forma completa.

A figura a seguir ilustra a comparação entre TCP/IP e OSI. Note que a camada Inter-rede de TCP/IP apresenta uma altura menor que o correspondente nível de Rede OSI. Isso representa o fato de que uma das funções do nível de rede OSI é realizada pelo nível de rede TCP/IP. Essa função é a entrega local de mensagens dentro da mesma rede. O IP só trata a entrega a decisão de roteamento quando a origem e o destino da mensagem estão situados em redes distintas.



Endereçamento IP O endereçamento IP (versão 4) foi projetado para ter 32 bits de comprimento, representados como quatro octetos separados por pontos. Exemplo de um endereço IP expresso em números binários: 11000000.10110010.00000000.00000001 Embora os computadores operem em binário, para facilitar a memorização, bem como a configuração dos computadores os endereços IP são expressos em decimal. Sendo assim, o mesmo endereço acima deve ser representado por: 1x27 + 1x26 + 0x25 + 0x24 + 0x23 + 0x22 + 0x21 + 0x20 128 + 64 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 = 192

1x27 + 0x26 + 1x25 + 0x24 + 1x23 + 0x22 + 0x21 + 0x20 128 + 0 + 32 + 0 + 8 + 0 + 0 + 0 = 168

0x27 + 1x26 + 1x25 + 0x24 + 0x23 + 1x22 + 0x21 + 0x20

0 + 64 + 32 + 0 + 0 + 4 + 0 + 0 = 100

0x27 + 0x26 + 0x25 + 0x24 + 0x23 + 0x22 + 0x21 + 1x20 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 1 = 1

Finalmente, 11000000.10110010.00000000.00000001 → 192.168.100.1 O endereço IP pode representar tanto um número de rede como um endereço de host e está dividido em classes conforme a figura abaixo.



Observe que o primeiro byte define a classe e conseqüentemente o número de bits reservados para rede e hosts.

De forma geral, os endereços podem ocupar as faixas apresentadas na figura abaixo. Entretanto, alguns endereços são reservados para funções especiais.

Equipamentos de redes Placa de rede A placa de rede ou NIC (Network Interface Card), é um dispositivo utilizado para conectar um computador à rede. Em geral essa placa é composta por um processador, adequado ao protocolo utilizado, e um transceptor que tem a função de condicionar o sinal digital codificado ao tipo de cabeamento (cabo coaxial, par trançado ou fibra óptica). O tipo de placa de rede mais comum no mercado é a Ethernet.



Repetidor Os repetidores são equipamentos que permitem ampliar o tamanho máximo do cabeamento de uma rede local. O repetidor atua na camada Física do modelo OSI e consiste basicamente em amplificar e regenerar os sinais recebidos em uma porta para outra. Hub O hub é um dispositivo concentrador, responsável por centralizar a distribuição física dos cabos e conseqüentemente dos dados que trafegam na rede, configurando assim uma topologia estrela. O hub pode ser considerado um repetidor com múltiplas portas, ou seja, um sinal recebido em uma porta é repetido para todas as demais portas. Assim como o repetidor, o hub atua na camada física do modelo OSI. Ponte (Bridge) A ponte ou bridge é um repetidor inteligente que opera na camada de Enlace do modelo OSI, isolando segmentos de redes locais. A ponte manipula os quadros de dados ao invés de apenas repetir o sinal elétrico, ou seja, verifica se um quadro deve ou não atravessar para outro segmento de rede em função do endereço da placa de rede de destino (MAC). Em síntese, só cruza a ponte os dados destinados ao outro segmento de rede. Comutador (Switch) Comutadores ou switches são pontes com várias portas para interligar vários segmentos de rede. Os switches enviam os quadros de dados apenas para o segmento onde o destinatário se encontra, ou seja, comuta a porta de origem a porta de destino. Esta é a grande vantagem em ralação aos hubs, onde os quadros são transmitidos simultaneamente para todas as portas (broadcast), reduzindo o desempenho da rede. O switch aprende o endereço da placa de rede de cada um dos computadores ligados a suas portas, e armazena este endereço em uma tabela. Ao receber um quadro de



dados para um determinado endereço o switch envia para porta de destino de acordo com endereço existente na tabela. Além da performance o switch apresenta a vantagem de ser mais seguro, pois os hubs enviam os quadros de dados para todas as portas, com isso um hacker pode monitorar de forma mais fácil às informações que circulam na rede. Pontes X Switches É verdade, os switches são realmente muito parecidos com pontes que nos dão muito mais portas, mas existem algumas diferenças importantes: • Pontes são baseadas em software, enquanto que switches são baseados em

hardware, pois possuem chips ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) para ajudar a tomar decisões de filtragem.

• Switches possuem um número maior de portas do que a maioria das pontes. Roteador (Router) O roteador é um equipamento responsável por encaminhar dados entre redes diferentes tendo com base o endereço IP de destino da informação. O roteador opera na camada de rede o modelo OSI (camada 3), e tem como papel fundamental escolher o caminho ou rota que os dados devem seguir para atingir o destino. O roteador decide a melhor rota consultando uma tabela de roteamento que contém a informação de todos os destinos alcançáveis. Essas tabelas podem ser estáticas, configuradas pelo operador da rede, ou dinâmicas, através dos protocolos RIP (Routing Information Protocol) ou OSPF (Open Shortest Path First). Por essa razão os roteadores requerem maior poder computacional (CPU e memória) que os switches, além de serem implementados principalmente em software.



Tecnologia da comunicação Avaliado pelo Comitê Técnico de Eletroeletrônica /2009.


Redes industriais

Dia-a-dia novos modos de equipar máquinas (eletronicamente) e plantas industriais estão sendo desenvolvidos expandindo o moderno campo da tecnologia da automação. A comunicação de dados em aplicações industriais tem sido amplamente difundida nos últimos tempos sendo fundamental para o crescimento e desenvolvimento organizado das empresas. No início, essa comunicação restringia-se somente aos escritórios, que compartilhavam informações entre si e enviavam relatórios de suas filiais para suas matrizes. Hoje é muito comum vermos máquinas equipadas com controladores lógicos programáveis (CLPs) conectadas a uma rede de comunicação, que além de controlá-las envia e recebe informações sobre manutenção e produção. A essas redes, damos o nome de redes industriais pois são grupos de equipamentos e dispositivos utilizados em automação industrial ou controle de processos interligados entre si com objetivo de trocarem informações em ambiente industrial. A maneira mais fácil de compreender a comunicação de dados e como ela é aplicada industrialmente é seguir o modelo ISO (International Organization for Standards) o qual já foi estudado em capítulo anterior, que é conhecido como modelo de referência de Interconexão de Sistemas Abertos (OSI - Open Systems Interconect). Em aplicações industriais os dados podem ir desde o mais simples, como a indicação de uma máquina estar parada ou em funcionamento, até a inclusão do número de peças produzidas e o número de peças boas ou ruins. Também pode incluir o tempo de funcionamento (uptime), tempo de parada (downtime) ou a taxa do tempo de produção pelo tempo de manutenção. Esses dados podem também constituir um novo programa de CLP a ser carregado em uma máquina a partir de uma unidade remota.



Essa comunicação de dados pode interligar a produção com os departamentos administrativos, utilizando e-mails, espaços compartilhados, sistemas de controle etc. Facilitando, dessa forma, o trabalho em conjunto de pessoa de diferentes departamentos. As redes industriais têm como objetivo a transmissão de dados aplicados no âmbito industrial e a integração de informações entre os diversos elementos que compõem o sistema de comunicação. Tendo como base a pirâmide "CIM" (Computer Integrated Manufacturing), podemos definir cinco níveis de forma hierárquica que compõem um sistema completo:

Nível de gestão é o nível mais elevado da pirâmide, é caracterizado pela existência de sistemas de gestão com grande quantidade de dados. As máquinas existentes nesse nível podem ser estações de trabalho que ligam o processo produtivo e a área de gestão, monitorando vendas, estoques, entre outros. Podem ser utilizadas redes do tipo LAN ou WAN. Nível de controle é o nível onde se encontram microcomputadores dedicados para desenhos, controle de qualidade, programação, entre outros. Podem ser utilizadas redes do tipo LAN.



Nível de campo e de processo é o nível que se encarrega de pequenas automações, onde podemos encontrar CLPs, controladores, transmissores etc. Podem ser utilizadas redes de campo. Nível de instrumentação é o nível mais próximo do processo, onde podemos encontrar sensores e atuadores encarregados de controlar o processo de produção. Podem ser utilizadas redes de campo. É bom observarmos que essa estrutura não é universal, existem casos em que podemos encontrar mais ou menos níveis, dependendo da dimensão do processo e da própria indústria. Para que ocorra uma integração perfeita entre os quatro níveis relacionados na pirâmide CIM, podemos destacar quatro classes de redes para a comunicação: Sensor Bus: Seus processos são dependentes do seu estado inicial e de suas entradas; seu tempo de resposta é extremamente curto; dedicada a atender às necessidades de comunicação no nível de instrumentação. Ex. ASi, Seriplex. Device Bus: Seus processos são dependentes do seu estado inicial e de suas entradas; têm alta performance; é utilizada para a distribuição dos dispositivos de controle com seus periféricos relacionados a unidades centrais de processamento. Ex. Device Net, Device Word Fip, Interbus-s, Profibus-Dp. Field Bus: Trabalha com estruturas de dados mais completas; tem alta performance na comunicação entre dispositivos inteligentes. Ex. Fieldbus Fundation, Fieldbus Word Fip, ModBus, Profibus. Data Bus: Tem a capacidade de trabalhar com grandes quantidades de informações em tempo não crítico; destinada à utilização no nível de gestão. Ex. Ethernet.



Créditos Comitê Técnico de Eletroeletrônica/2009

Conteudista: José Carlos Garrotti Elaborador: Erulos Ferrari Filho

Antonio Marcos Costa Etelmir Arraez Lopes Junior Jair Pereira da Silva Julio César Caetano Marcos Antonio Felizola Marcos Zucareli Reno Mario Yagami Filho Nilton Serigioli Sérgio Luiz Volpiano



Referências bibliográficas

SENAI-SP. Técnico em Mecatrônica - Tecnologia da comunicação. Por Érulos Ferrari Filho. São Paulo, 2000.



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