Exercicio 2

Redes de Computadores

O MEIO FÍSICO - cabos de cobre, cabos de fibra óptica, sem fios (Wireless).

A DIMENSÃO DA REDE - redes locais, metropolitanas, área alargada, etc.

A TECNOLOGIA DE TRANSMISSÃO - ethernet, token-ring, FDDI, etc.

A CAPACIDADE DE TRANSFERÊNCIA DE INFORMAÇÃO - baixo débito, médio débito e alto débito.

TOPOLOGIA - redes em estrela, malha, árvore, etc.

Conceitos:

Token ring:
é um protocolo de redes que opera na camada física (ligação de dados) e de enlace do modelo OSI dependendo de sua aplicação. Usa um símbolo (em inglês, token), que consiste numa trama de três bytes, que circula numa topologia em anel em que as estações devem aguardar a sua recepção para transmitir. A transmissão dá-se durante uma pequena janela de tempo, e apenas por quem detém o token. 

 

Ethernet:

 é uma tecnologia de interconexão para redes locais - Rede de Área Local(LAN) - baseada no envio de pacotes. Ela define cabeamento e sinais elétricos para a camada física, e formato de pacotes e protocolos para a camada de controle de acesso ao meio (Media Access Control - MAC) do modelo OSI. A Ethernet foi padronizada pelo IEEE como 802.3. A partir dos anos 90, ela vem sendo a tecnologia de LAN mais amplamente utilizada e tem tomado grande parte do espaço de outros padrões de rede como Token Ring, FDDI e ARCNET.

 

 As redes FDDI:

adotam uma tecnologia de transmissão idêntica às das redes Token Ring, mas utilizando, vulgarmente, cabos de fibra óptica, o que lhes concede capacidades de transmissão muito elevadas (em escala até de Gigabits por segundo) e a oportunidade de se alargarem a distâncias de até 200 Km, conectando até 1000 estações de trabalho. Estas particularidades tornam esse padrão bastante indicado para a interligação de redes através de um backbone – nesse caso, o backbone deste tipo de redes é justamente o cabo de fibra óptica duplo, com configuração em anel FDDI, ao qual se ligam as sub-redes. FDDI utiliza uma arquitetura em anel duplo.

Rede Local - LAN (Local Area NetWork):
 
Trata-se de um conjunto de computadores que pertencem a uma mesma organização e que estão ligados entre eles numa pequena área geográfica por uma rede, frequentemente através de uma mesma tecnologia (a mais usada é a Ethernet).

Uma rede local representa uma rede na sua forma mais simples. A velocidade de transferência de dados de uma rede local pode variar entre 10 Mbps (para uma rede ethernet por exemplo) e 1 Gbps (em FDDI ou Gigabit Ethernet, por exemplo). A dimensão de uma rede local pode atingir até 100 ou mesmo 1000 utilizadores.

 Campus:

Uma rede de computadores consiste em 2 ou mais computadores e outros 

dispositivos interligados entre si de modo a poderem compartilhar recursos físicos e lógicos, os quais podem ser: dados, impressoras, mensagens (e-mails), etc. 

 

Os MAN (Metropolitan Area Network):

redes metropolitanas) interligam vários LAN geograficamente próximos (no máximo, a algumas dezenas de quilómetros) com débitos importantes. Assim, um MAN permite a dois nós distantes comunicar como se fizessem parte de uma mesma rede local.

 

Wide Area Network (WAN):

Rede de área alargada ou Rede de longa distância, também conhecida como Rede geograficamente distribuída, é uma rede de computadores que abrange uma grande área geográfica, com frequência um país ou continente. Difere, assim, das PAN, das LAN e das MAN.

Redes locais sem fios (WLAN):

A rede local sem fios (notada WLAN ou Wireless Local Area Network) é uma rede que permite cobrir o equivalente de uma rede local de empresa, ou seja, um alcance de uma centena de metros. Permite ligar os terminais presentes na zona de cobertura. Existem várias tecnologias concorrentes:

Uma VLAN (Virtual Local Area Network ou Virtual LAN):

em português Rede Local Virtual) é uma rede local que agrupa um conjunto de máquinas de maneira lógica e não física.
Com efeito, numa rede local a comunicação entre as diferentes máquinas é governada pela arquitectura física. Graças às redes virtuais (VLANs) é possível livrar-se das limitações da arquitectura física (constrangimentos geográficos, restrições de endereçamento,…) definindo uma segmentação lógica (software) baseada num agrupamento de máquinas graças a critérios (endereços MAC, números de porta, protocolo, etc.).

 



Rede Privada Virtual:
é uma rede de comunicações privada normalmente utilizada por uma empresa ou um conjunto de empresas e/ou instituições, construída em cima de uma rede de comunicações pública (como por exemplo, a Internet). O tráfego de dados é levado pela rede pública utilizando protocolos padrão, não necessariamente seguros.

A Internet é uma super rede constituída por várias redes de menor dimensão ligadas entre si.

Quando nos ligamos á Internet ficamos ligados ao mundo. Esta ligação efectua-se pela rede pública e é suportada por cabos eléctricos (cobre) ou ópticos, terrestres ou submarinos, e também por ligações via rádio (terrestres ou via satélite) bem como por outras tecnologias wireless.

Conceitos básicos:

Os cabos usados na maioria das redes de computadores são especificados por um dos seguintes orgãos:

ANSI (American National Standards Institute)

EIA ( Electronic Industries Association)

TIA (Telecommunications Industry Association)

Os 2 últimos por norma aparecem juntos EIA-TIA.

Cabos de cobre:

Twisted pair (UTP e STP) - O cabeamento por par trançado/torcido é um tipo de fiação na qual dois condutores são entrançados um ao redor do outro para cancelar interferências eletromagnéticas de fontes externas e interferências mútuas. 

Os cabos STP são blindados enquanto que os UTP são isentos de blindagem .

É o mais barato e permite velocidades até 100Mb/seg; suporta distâncias até 100 Mts.

O Cabo UTP é especificado nas categorias de 1 a 6; as categorias são designadas por CAT1, CAT2, e assim sucessivamente.

Categorias mais comuns:

CAT2 - usado em telefones residenciais; usa fichas RJ-11
CAT 3 - usado em redes ETHERNET; usa fichas RJ-45
CAT 5 - usado para FAST ETHERNET; usa fichas RJ-45

COAXIAL - O cabo coaxial é um tipo de cabo condutor usado para transmitir sinais. Este tipo de cabo é constituído por diversas camadas concêntricas de condutores e isolantes, daí o nome coaxial.

É utilizado para sistemas de TV por cabo.

Aplica-se em distâncias até 500 Mts; é de custo Médio e permite velocidades na ordem dos 10Mb/seg

Fibra Óptica

Fibra óptica é um filamento de vidro ou de materiais poliméricos com capacidade de transmitir luz.  

O material que compõem as fibras ópticas oferece condições à propagação de energia luminosa; permite altas taxas de transmissão e apresenta total imunidade a interferências electromagnéticas.

 É de custo elevado elevado e permite velocidades até 1Gb/seg; suporta distâncias até 2,2 Kms.

GRANDEZAS E MEDIDAS

Decibel

È uma unidade de medida emportante na descrição de sinais nas redes

Está relacionado com os expoentes e lagaritmos

Mede a intensidade relativa de sois sinais ou de um mesmo sinal em dois pontos diferentes

Largura de banda

È a diferença ou amplitude entre a frequência mais alta e mais baixa que o canal de transmissão permite.

A uma maior largura de banda corresponderá uma maior capacidade de transmissão de informação

Troughput

Refere-se á largura de banda realmente medida, numa hora do dia especifica, usando especificas rotas de internet, e durante a transmissão de um conjunto especifico de dados na rede

Infelizmente, por muitas razoes, o troughput é muito menos que a largura de banda digital máxima possível do meio que está a ser usado

Alguns dos factores que determinam o toughput são os seguintes

Dispositivos de interligação

Tipos de dados que estão a ser transferidos topologias de rede

Numero de utilizadores na rede

Computador de utilizador

Computador servidor

Condições de energia

Bit Rate

Bit rate ou Data rate (bsp) – numero de bits transferidos por unidade de tempo (segundo) - directamente relacionado com a largura de banda H do meio.

Bitrate VS Audio 

MODULAÇÃO EM AMPLITUDE, FREQUÊNCIA E FASE

Modulação em amplitude

Modulação em Amplitude ou simplesmente AM, é a forma de modulação em que a amplitude de um sinal senoidal, chamado portadora, varia em função do sinal de interesse, que é o sinal modulador. A frequência e a fase da portadora são mantidas constantes. Matematicamente, é uma aplicação directa da propriedade de deslocamentos em frequências da transformada de Fourier, assim como da propriedade da convolução.

   

 

 

Modulação em Frequência      

FM é a abreviatura para modulação em frequência ou frequência modulada.
Iniciada nos Estados Unidos no início do século XX, FM é uma modalidade de radiodifusão que usa a faixa 87,5 Mhz a 108 Mhz com modulação em frequência.

Uma rádio em FM apresenta uma ótima qualidade sonora mas com limitado alcance, chegando em média a 100 quilômetros de raio de alcance. Em condições esporádicas de propagação, é possível sintonizar emissores a centenas de quilômetros. A potência dos sistemas de emissão pode variar entre poucos watts (rádios locais) até centenas de quilowatts, no caso de retransmissores de grande cobertura.

 Desvantagens:

Um das desvantagens dos receptores FM é de apresentarem uma característica conhecida como efeito de captura. Esse efeito ocorre da seguinte maneira:
se existirem dois ou mais sinais de FM emitidos na mesma frequência, o receptor de FM irá responder ao sinal de maior potência e ignorar os menores (os restantes.

Modulação em Fase

Modulação em Fase é um tipo de modulação analógica que se baseia na alteração da fase da portadora de acordo com o sinal modulador (mensagem). Usada para transmissão de dados.
Ao contrário da Modulação em Frequência (FM), a Modulação por fase é pouco usada, pois precisa de equipamento mais complexo para a sua recepção.

TÉCNICAS DE CONVERSÃO ANALÓGICO-DIGITAL (A/D) / DIGITAL - ANALÓGICO (D/A)

conversor analógico-digital:

(frequentemente abreviado por conversor A/D) é um dispositivo eletrônico capaz de gerar uma representação digital de uma grandeza analógica.
Por exemplo, um conversor A/D de 10 bits, preparado para um sinal de entrada analógica de tensão variável de 0V a 5V pode gerar números binários de 0 (0000000000) a 1023 (1111111111) (ou seja, capturar 1024 pontos do sinal), dependendo do sinal de entrada. Se o sinal de entrada do suposto conversor A/D estiver em 2,5V, o valor binário gerado será 511 ou 512. Obs: Um sinal pode assumir infinitos valores de pico a pico.
Para digitalizar um sinal, precisamos de uma base de tempo e um Conversor Analógico Digital (ADC),
que fornece uma aproximação digital do sinal original.
A aproximação digital é registrada em N – bits
(nesse caso 4) e a variação pode ser reduzida para uma precisão de, no máximo, 1 parte de 2^N. A base de
tempo determina a velocidade como que podemos amostrar a forma de onda e varia mais com o tipo de
ADC. É possível ter uma precisão de 24 bits e freqüências de 1 GHz, mas não simultaneamente. Em
geral, quanto maior for o número de bits, mais lento o dispositivo.
O bit mais significativo (msb) é o que registra a maior variação de tensão, e o bit menos significativo (lsb)
registra a menor variação de tensão.































 conversor digital-analógico:


O flash, também chamado conversor A/D paralelo, é muito simples de ser entendido. Ele funciona comparando a tensão de entrada – ou seja, o sinal analógico – com uma tensão de referência, que seria o valor máximo obtido pelo sinal analógico. Por exemplo, se a tensão de referência é de 5 volts, isto significa que o pico do sinal analógico seria de 5 volts. Um conversor A/D de 8 bits quando o sinal de entrada atinge os 5 volts encontraríamos um valor de 255 (11111111) na saída do conversor A/D, ou seja, o valor máximo possível.
A tensão de referência é reduzida por uma rede de resistores e outros comparadores são adicionados para que a tensão de entrada (sinal analógico) possa ser comparada com outros valores.
Na Figura 6 você pode ver um conversor A/D paralelo de 3 bits. A comparação é feita através de um amplificador operacional. Todos os resistores têm o mesmo valor.

Sinais do mundo real são analógicos: luz, som, só para citarmos alguns. Por essa razão é que sinais do mundo real devem ser convertidos para digital através de um circuito chamado Conversor D/A (Conversor Digital/Analógico ou simplesmente ADC, Analog/Digital Converter) antes que possam ser manipulados por um equipamento digital. Neste tutorial explicaremos a fundo como funciona a conversão de um sinal analógico para digital.
Quando você utiliza o seu scanner para capturar uma imagem o que acontece na verdade é uma conversão de um sinal analógico para digital: isto é feito pegando a informação analógica fornecida pela imagem (luz) e convertendo-a em sinal digital.
Quando você grava sua voz ou usa uma solução de voz sobre IP em seu computador, você está usando um conversor analógico/digital para converter sua voz, que é um sinal do tipo analógico, em uma informação digital.

TRANSMISSÃO DE SINAIS ANALÓGICOS E DIGITAIS

A transmissão por fios telefónicos é talvez a mais comum. 

Neste caso utilizam-se modems que fazem a adequação do sinal digital do computador à linha telefónica.

O modem recebe o sinal digital do computador e coloca-o numa onda de frequência necessária para a transmissão pela linha telefónica. Este processo (conversão do sinal) dá-se o nome de modulação.

A função básica de um modem é receber os dados codificados na forma de sinais eléctricos digitais vindo do computador, colocá-los numa onda portadora que possui uma frequência fixa de transmissão adequada ao meio de transmissão.

Ao chegar ao modem receptor dá-se o processo inverso. 

Nesta situação ocorre um processo designado por demodulação.

 

 O sinal Analógico:

O sinal analógico possui um variação constante e estável, conhecida como onda senoidal (ou sinusoidal).

 

A onda senoidal possui um padrão que se repete:

■ A cada padrão que se repete chamamos ciclo

■ Cada ciclo demora um determinado tempo para percorrer, chamado de período T

■ O número de vezes que o ciclo se repete por segundo é chamado de frequência, medida em HERTZ (hz=ciclos por segundo)

■ A amplitude da onda é representada pela altura, medida em volts.

O sinal analógico varia continuamente e é transmitido por diversos meios, no entanto está sujeito a distorções, atenuações e ruídos ao longa da transmissão.

A qualidade da transmissão analógica varia de acordo com o meio e com os equipamentos utilizados.

█ Um sinal analógico é por definição contínuo podendo tomar qualquer valor intermédio; tipicamente são utilizadas ondas sinusoidais para █ os representar. 

Um sinal eléctrico analógico normalmente nao possui um frequência fixa e sem variações.

O sinal eléctrico varia dentro de uma faixa de frequência, ou seja, as ondas tanto apresentam ciclos menores como apresentam ciclo maiores no tempo.

Para transmitir voz humana é necessária uma faixa de frequência entre 96Hz e 1152Hz.

Desta forma o meio de transmissão do sinal deve ser capaz de deixar passar toda a faixa de frequência necessária para que não haja perda de informação. 

A Tv necessita de uma faixa de frequência na ordem dos 4Mhz(4.000.000Hz).

O ouvido humano percebe frequências entre os 16Hz e os 20000Hz.

As frequências são divididas em faixas especificadas como baixa, média e alta.

O sinal Digital:

 

A representação de caracteres por sinais eléctricos consiste em representar os caracteres (letras, números e caracteres especiais) por dois digitos básicos (0 e 1), que se combinam entre si assumindo várias posições.

O sinal eléctrico com uma dada voltagem representa o dígito 1 e outro com voltagem diferente representa o dígito 0.

Enquanto que o sinal analógico varia continuamente e pode assumir todos os valores entre a sua amplitude máxima e mínima, o sinal binário só assume dois valores (0 e 1), saltando de um valor para o outro instantaneamente no formato de onda quadrada.

O sinal digital permite a codificação dos números e letras utilizadas nos computadores em 0 e 1.

O Sinal Digital é um sinal com valores discretos (descontínuos) no tempo e em amplitude. 

Isso significa que um sinal digital só é definido para determinados instantes de tempo, e que o conjunto de valores que pode assumir é finito.