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Duarte Nº8 2ºPSI

Conteúdos do M1 de Redes e Comunicação

É um sistema de comunicação de dados constítuido através da interligação de computadores e outros dispositivos, com finalidade de trocar informação e partilhar recursos.

Os componentes do sistema de comunicação

Referente;

Contexto;

Código;

Canal;

Market;

Recetor;

Messagem;

Emissor;

Full Duplex: Neste caso, as transmissões podem ser feitas nos dois sentidos em simultâneo, ou seja, um dispositivo pode transmitir informação ao mesmo tempo que pode também recebe-la; um exemplo típico destas transmissões são as comunicações telefónicas; também são possíveis entre computadores, desde que o meio de transmissão utilizado contenha pelo menos dois canais, um para cada sentido do fluxo dos dados.

Half-Duplex: Nesta modalidade, uma transmissão pode ser feita nos dois sentidos, mas alternadamente, isto é, ora num sentido ora no outro, e não nos dois sentidos ao mesmo tempo; este tipo de transmissão é bem exemplificado pelas comunicações entre computadores (quando um transmite o outro escuta e reciprocamente); ocorre em muitas situações na comunicação entre computadores.

Simplex: Neste caso, as transmissões podem ser feitas apenas num só sentido, de um dispositivo emissor para um ou mais dispositivos receptores; é o que se passa, por exemplo, numa emissão de rádio ou televisão; em redes de computadores, normalmente, as transmissões não são desse tipo.

Sistemas Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex

Sinais que representam dados em forma de bits (0s e 1s), sendo discretos e não contínuos.

Sinais Digitais:

Os sinais analógicos representam informações de forma contínua, variando em amplitude e frequência. Exemplos incluem ondas sonoras e sinais de rádio.

Sinais Analógicos:

Transmissão de sinais análogicos e digitais

Vantagens da transmissão digital • Maior imunidade ao ruído e à distorção • Integração de sistemas • Maior segurança e privacidade • Maiores distâncias podem ser percorridas • Maior velocidade de transmissão

Vantagem da transmissão analógica • Baixo custo

Transmissão de sinais análogicos e digitais

• Qualidade do sinal: A transmissão analógica é mais vulnerável a ruídos, enquanto a digital é mais estável e facilmente restaurável.
• Eficiência de transmissão: Os sinais digitais permitem uma melhor compressão e uso da largura de banda, aumentando a eficiência.
• Equipamentos: A transmissão digital exige codificação e processamento, enquanto a analógica depende mais de amplificadores e filtros para melhorar o sinal.

Principais Diferenças

Transmissão de sinais análogicos e digitais

Modulação em Amplitude

Na modulação em amplitude, a amplitude da onda portadora é ajustada de acordo com o sinal de informação, enquanto a frequência e a fase permanecem constantes. Isso significa que a altura da onda varia, refletindo a intensidade do sinal transmitido.Esta técnica é usada em transmissões de rádio AM, onde a qualidade do sinal pode ser influenciada pelo ruído e por interferências, especialmente em condições atmosféricas variáveis.A modulação em amplitude é mais simples e económica, mas é menos eficiente em termos de largura de banda e está mais sujeita a degradação do sinal.

Modulação em amplitude, frequência e fase

Modulação em Frequência

Na modulação em frequência, é a frequência da onda portadora que é variada para transportar a informação, mantendo a amplitude e a fase constantes.A modulação FM é menos suscetível a ruído e interferências do que a AM, resultando numa transmissão de áudio de melhor qualidade, como acontece nas transmissões de rádio FM.Este tipo de modulação requer mais largura de banda, mas é preferido em aplicações onde a clareza e a fiabilidade do sinal são essenciais, como na transmissão de música e voz de alta qualidade.

Modulação em amplitude, frequência e fase

Na modulação em fase, a fase da onda portadora é alterada conforme o sinal de informação, enquanto a amplitude e a frequência se mantêm constantes.Esta técnica é mais complexa de implementar, mas é eficaz em sistemas digitais, onde se pode combinar com a modulação em frequência para criar a modulação por deslocamento de fase (PSK, de Phase Shift Keying).A modulação em fase é amplamente usada em sistemas de comunicação digitais, como nas redes Wi-Fi e em outras formas de transmissão de dados, devido à sua eficiência e fiabilidade em ambientes com ruído.

Modulação em Fase (PM)

Modulação em amplitude, frequência e fase

Técnicas de conversão analógico-digital

• Amostragem:
• Esta técnica de conversão consiste em retirar do sinal original uma amostragem suficiente para representar o sinal após a digitalização. Ou seja, o sinal pode ser completamente reconstruído se essas amostras forem extraídas a um ritmo de frequência máxima do sinal original.
• Quantização:
• Esta técnica de conversão é uma sequência de amostras resultantes da amostragem. Após os resultados da amostragem, estes são transformados em uma sequência de quantização, que são chamados de níveis de quantização.
• Codificação:
• Esta técnica de conversão é o processo pelo qual os valores quantizados são convertidos em bits. É o processo responsável por converter sinais digitais em sinais de transmissão.

O decibel (dB) é uma medida que relaciona duas quantidades, sendo utilizado para uma grande variedade de medições em acústica, física e eletrónica. Ou seja, o decibel também é muito utilizado na medição da intensidade de sons, mas também para descrever todos os sinais da rede, sejam ondas de voltagem em cobre, impulsos ópticos em fibra ou micro-ondas (wireless). O decibel também consegue medir a perda de atenuação ou o ganho de amplificação da potência de uma onda.

Decíbel:

Características principais do decíbel

• Escala Logarítmica: A escala do decíbel é logarítmica, o que significa que uma diferença de 10 dB representa uma variação de intensidade 10 vezes superior, e uma diferença de 20 dB representa 100 vezes superior.
• Medida Relativa: O decíbel mede a relação entre duas quantidades, em vez de uma quantidade absoluta. Por exemplo, no som, mede-se geralmente em relação ao limiar da audição humana (referência de 0 dB).

Decíbel

1. Intensidade de Som: Em acústica, os decibéis são usados para expressar o nível de pressão sonora, ajudando a quantificar o volume percebido pelo ouvido humano. Por exemplo, uma conversa normal tem cerca de 60 dB, enquanto um avião a descolar pode chegar aos 120 dB.

2. Eletrónica e Telecomunicações: Em eletrónica, mede-se a relação entre a potência de entrada e saída de um sinal, como em amplificadores de áudio. Em telecomunicações, os decibéis expressam a intensidade de sinal em transmissões de rádio e redes de comunicação. 3. Redução de Ruído: Em engenharia e construção, o decíbel é usado para avaliar a eficácia de materiais de isolamento acústico, indicando quantos decibéis de ruído são atenuados.

Aplicações Comuns

Decíbel

• Largura de banda de rede: Relaciona-se à capacidade de uma rede para transferir dados, influenciando a velocidade da Internet.
• Largura de banda de frequência: Refere-se à faixa de frequências em que um sinal pode operar, sendo importante em telecomunicações e rádio.
• Largura de banda efetiva: A quantidade real de dados que pode ser transmitida, levando em conta fatores como perda de pacotes e latência.

Largura de banda

O Throughput é a quantidade de dados processados em um determinado espaço de tempo,ou seja, referes se à quantidade de dados transferidos em discos rígidos ou em uma rede. O throughput também é útil para ser traduzido como a taxa de transferência efectiva de um sistema. Exemplo: uma rede de Routers.

Throuhgput

Throuhgput = Numero de unidades produzidas : Período de Tempo

O bit rate é medido em 'bits por segundo' (bps), muitas vezes utilizado em conjunto com um prefixo , como kbps, Mbps, Gbps, etc.. Com o bit rate podemos fazer a analogia a um conta-quilómetros,ou seja para conseguirmos ver a velocidade naquele instante). A taxa de transmissão depende de dois fatores: o meio de transmissão utilizado (tipo e comprimento do cabo) e o tráfego na rede (quantos mais computadores estiverem, num determinado momento, em comunicação, mais lento será o transporte dos bits, logo, mais baixa será a taxa de transmissão.

Bit Rate:

• Na codificação Non-Return to Zero (NRZ), os sinais de dados são transmitidos diretamente, mantendo um nível constante ao longo de cada bit. O bit “1” pode ser representado por uma tensão alta (por exemplo, +V), enquanto o bit “0” pode ser representado por uma tensão baixa (por exemplo, -V) ou vice-versa.
• Nesta técnica, o sinal não retorna a zero entre bits, o que permite uma utilização eficiente da largura de banda, mas dificulta a sincronização, principalmente em sequências longas de “1s” ou “0s”, onde pode ocorrer perda de sincronização entre o emissor e o recetor.
• É uma técnica simples e usada em sistemas de baixa complexidade, mas pode necessitar de esquemas adicionais para garantir a sincronização.

Codificação NRZ (Non-Return to Zero)

Técnicas de codificação

• Na codificação Return to Zero (RZ), cada bit volta a um nível de referência (geralmente zero) a meio do seu período. Assim, por exemplo, o bit “1” é representado por uma tensão alta durante metade do intervalo do bit, voltando a zero na segunda metade; o bit “0” permanece a zero durante todo o intervalo.
• Esta técnica facilita a sincronização, uma vez que a mudança para zero dentro de cada bit fornece um ponto de referência, mesmo em longas sequências de bits idênticos.
• No entanto, a codificação RZ requer uma maior largura de banda do que NRZ, pois o retorno ao zero implica uma variação mais frequente no sinal.

Codificação RZ (Return to Zero)

Técnicas de codificação

• A codificação Manchester combina a informação do bit e o sinal de sincronização no mesmo ciclo de bit, tornando-a altamente eficaz para manter a sincronização. Cada bit é representado por uma transição a meio do período: um bit “1” pode ser representado por uma transição de baixo para alto, enquanto um bit “0” por uma transição de alto para baixo (ou vice-versa, dependendo do padrão Manchester utilizado).
• Esta técnica permite uma sincronização contínua, uma vez que cada bit contém uma mudança de estado, garantindo que mesmo sequências longas de “1s” ou “0s” são facilmente detetadas.
• A codificação Manchester necessita de uma largura de banda maior, pois cada bit implica pelo menos uma transição. É utilizada frequentemente em redes Ethernet e outras tecnologias de comunicação de dados, onde a fiabilidade na sincronização é fundamental.

Codificação Manchester

Técnicas de codificação

Transmissão Síncrona

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75%

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96M

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2.1B

Uma transmissão síncrona é quando, no dispositivo receptor, é activado um mecanismo de sincronização relativamente ao fluxo de dados proveniente do emissor. Este mecanismo de sincronização é um relógio (clock) interno no dispositivo de recepção (por exemplo, modem) e determina de quantas em quantas unidades de tempo é que o fluxo de bits recebidos deve ser segmentado, de modo a que cada segmento assuma o mesmo tamanho e formato com que foi emitido.

lIGAÇÕES sÍNCRONAS E ASSINCRONAS

LIGAÇÕES SÍNCRONAS E ASSINCRONAS

Uma transissão assíncronas quando não é estabelecido, no receptor, nenhum mecanismo de sincronização relativamente ao emissor e, portanto, as sequências de bits emitidos têm de conter em si uma indicação de inicio e do fim de cada agrupamento; neste caso, o intervalo de tempo entre cada agrupamento de bits transmitidos pode variar constantemente (pois não há mecanismo que imponha sincronismo) e a leitura dos dados terá de ser feita pelo receptor com base unicamente nas próprias sequências dos bits recebidos.

Transmissão Assíncrona

Técnicas de deteção de erros

• Checksum: Um valor de verificação gerado pela soma dos valores dos bytes de dados. O receptor calcula o checksum novamente e compara com o valor enviado para verificar se houve erros. • Bits de Paridade: Adiciona um bit extra (paridade) aos dados para garantir que o número total de bits 1 seja par ou ímpar. Se o número de bits 1 não corresponder à paridade especificada, um erro é detectado. • Código de Hamming: Um código de correção que não apenas detecta, mas também corrige erros simples. Ele usa bits adicionais para criar uma matriz que pode identificar e corrigir erros.. • CRC (Cyclic Redundancy Check): Um método mais robusto que usa polinômios para gerar um código de verificação. É amplamente utilizado em redes e armazenamento de dados, pois detecta erros em sequências longas de bits.

timeline

Synthesis and organization

Use timelines

Awesome timeline, step by step

• Verificação de paridade• Um dos métodos mais utilizados. • O bit de paridade indica o número de bits 1 presentes num byte. • Se a paridade é par, há um número par de 1. • Se a paridade é impar , há um número ímpar de bits 1.

• Verificação de paridade
• Checksum
• CRC Cyclic Redundancy Check

Nas redes de comunicação são utilizados os seguintes códigos de deteção de erros:

Técnicas de deteção e correção de erros em transmissões digitais

Técnicas de compressão de dados

Com perdas de informação

• As perdas são irreversíveis
• Tira partido da redundância e da irrelevância
• Na descompressão não é possível recuperar o que foi eliminado durante a compressão

• Usada em ficheiros multimédia, música e imagem.
• Exemplos mpeg, ogg, mov, mp3.

• Tira partido apenas da informação a mais, sem a qual se pode prescindir
• A informação é recuperada sem qualquer alteração após o processo de descompressão
• É utilizada na compressão de texto e aplicações
• Exemplos: m4a, flac, shn, zip, rar,...

Compressão sem perdas

• Escolha depende do tipo e uso dos dados.
• Dados textuais, imagens, áudio.
• Escolha otimizada para o tipo de dado e necessidade de qualidade.
• Ineficiente se usada inadequadamente.

Natureza dos dados