Redes de comunicação permitem a troca de informações e o compartilhamento de recursos entre computadores. Existem diferentes tipos de redes com alcances variados, como PANs para um único usuário, LANs para um edifício e WANs para regiões ou países. A digitalização converte sinais analógicos em digitais através de amostragem, quantização e codificação.

1. Redes de Comunicação

2. 
É um sistema de
comunicação de dados
constituído através da
interligação de
computadores e
periféricos, com a
finalidade de trocar
informação e partilhar
recursos.

3. 





Partilha de recursos físicos
(discos, impressoras, etc.);
Partilha de programas;
Partilha de ficheiros;
Intercâmbio de mensagens e informação;
Melhor organização do trabalho em grupo;
…

4. PAN (Personal Area Network) – rede local de alcance
muito restrito, para apenas um utilizador.
 LAN (Local Area Network) – rede local confinada a
uma sala ou, no máximo, a um edifício.
 CN (Campus Network) – rede que interliga redes
locais em edifícios próximos.


5. 
MAN (Metropolitan Area Network) – rede
alargada a uma cidade ou região.

WAN (Wide Area Network) – rede alargada a
um país ou até ao mundo inteiro...

6. 
VAN (Virtual Area Network) – As redes virtuais
interligam apenas alguns computadores
pertencentes à mesma rede ou a diferentes redes.
São muito usadas actualmente as VLAN (Virtual
Local Area Network) em que computadores
fisicamente ligados à mesma rede estão separados
em sub-redes por questões de segurança e/ou
performance.

7. Exemplo: Na rede de uma escola podem existir
duas VLANs
Rede “Alunos”
Internet
Rede
“Administração”

8. Comunicar sempre foi uma necessidade humana. Já à muito
tempo que os humanos comunicavam entre si, desenvolvendo
muitas formas. Como por exemplo, os índios comunicavam em
sinais de fumo, as forças especais comunicavam reflectindo a
luz em espelhos, as forças aliadas durante a Segunda Guerra
Mundial usam o Código Morse ...

9. 
Sistemas de Comunicação que utilizamos
hoje em dia:






Telefone;
Internet;
Televisão;
Rádio;
…
A informação deve ser transportada de forma
segura, rápida e sem erros.

10. 


Emissor
Recetor
Canal
Para um Sistema de Comunicação funcionar correctamente é necessário de três componentes:
emissor, recetor e canal.

•
•
Por exemplo:
Numa conversa entre duas pessoas, uma é o emissor, outra e o Receptor e o Ar é o canal para a
mensagem passar.
Numa comunicação entre dois computadores existem equipamentos responsáveis para a
mensagem ser entregue corretamente. O emissor é o computador, o canal é cabos de electricidade
e o Receptor é o Servidor.
Um envio de um email entre duas pessoas um deles é o emissor e outro o recetor. Ex:
Emissor envia um email, utilizamos o canal que é a rede e depois chega ao respetivo recetor.

11. Em equipamentos de comunicação, a direção
em que a comunicação se realiza entre o
emissor e o recetor pode basear-se em três
sistemas distintos:
 Simplex;
 Half- duplex;
 Full-duplex.

12. Simplex: apenas um computador pode emitir para o
outro;
 Half-duplex: qualquer computador pode enviar para
o outro, mas as transmissões são alternadamente
num sentido e noutro;
 Full-duplex: as transmissões em ambos os sentidos
são possíveis em simultâneo.


14. 
Nas Transmissões de sistemas existem dois
sinais:

sinais analógicos;
 sinais digitais.
Exemplos de sinais analógicos: gira-discos, os
leitores de cassetes e os vídeos de sala.
 Exemplos de sinais digitais: CDs e DVDs.


Um sinal analógico possui duas grandezas
fundamentais associadas: a amplitude e a
frequência.

O sinal digital possuem geralmente amplitudes
limitadas entre 0 e 1 que são utilizadas para
transmitir dados. Um dos exemplos destas
amplitudes são os sinais electrónicos usados
pelo CPU de um computador.

15. 




Um sinal analógico apresenta várias características como a amplitude, a
frequência e a fase.
Estas características são usadas em sinais de rádio e televisivos.
Para que esta mensagem seja bem transmitida utiliza-se a modulação.
Por definição, a modulação é um processo pelo qual uma onda analógica
pode ser alterada, de modo a apresentar um padrão uniforme para
transmitir dados. O equipamento usado por este processo é o modem.
O modem é um dispositivo eletrónico que modula um sinal analógico
numa determinada faixa de frequência pronta para transmitir e que
desmodula o sinal analógico para a faixa de frequência original que
contem a informação.
Existem três parâmetros que se usam para variar um sinal analógico:
 Modulação em amplitude ( AM – Amplitude Modulation )
 Modulação em frequência ( FM- Frequency Modulation )
 Modulação em fase ( PM – Phase Modulation ).

16. 
O sinal digital também usa três tipos de modulações:
 Modulação em amplitude ( ASK – Aplitude shift keying);
 Modulação em frequência ( FSK – frequency shift keying );
 Modulação em fase ( PSK – phase shift keying ).
Nestas modulações digitais usam-se bits, enquanto no sinal
analógico não.
 ASK: quando recebe bits nulos, a componente é nula e
quando recebe bit de valor 1, a componente tem uma onda de
frequência f.
 FSK: os bits 0 e 1 vão alternando a onda de frequência.
 PSK: sempre que existe uma transmissão entre 0 para 1 ou 1
para 0 existe uma inversão de fase de onda com o sentido
contrário ao do bit anterior.


18. 

Rede cliente/servidor –
rede em que existe pelo
menos um computador –
o servidor – possui algum
recurso ou função de que
os outros – os clientes – se
servem.
Exemplos de servidores:
de ficheiros, de e-mail,
proxy...

19. 
Redes peer-to-peer –
não existem
servidores, todos os
computadores estão
ao mesmo nível na
hierarquia da rede,
sendo, por isso, todos
servidores e todos
clientes.

20. Fala-se muito que, estamos na era digital, que os 0 e os 1
controlam o mundo. Se por um lado existe informação
digital (como o Word, páginas de internet, jogos de
computador...), por outro existe informação analógica que
é transformada em informação digital. Temos o exemplo
das fotografias digitais, digitalização de documentos,
música, vídeos e muitos outros.
Chama-se digitalização ao processo de transformação de
um sinal analógico num sinal digital. Este processo
consiste em três fases sequenciais:
Amostragem
Quantização
Codificação

21. 

Esta fase consiste em retirar amostras do
sinal original a uma cadência suficiente para
representar o sinal após a digitalização.
Um sinal pode ser completamente
reconstruído se deste forem extraídas
amostras a um ritmo do dobro da frequência
máxima do sinal original (teorema da
amostragem ou teorema de Nyquist)

22. 
As
sequências
das
amostras,
são
transformadas numa outra sequência cujas
amplitudes fazem parte de um conjunto
finito de valores. São chamados níveis de
quantização, separados uns dos outros por
degraus de quantização. Cada amostra é
substituída pelo valor do nível de quantização
que lhe estiver mais próximo. A conversão é
feita por um circuito conversor analógicodigital.

23. 

A codificação é o processo pelo qual os
valores quantizados são convertidos em bits.
É o processo responsável por converter sinais
digitais, segundo os formatos necessários à
transmissão e por incluir no sinal digital o
sincronismo de relógio, indispensável para a
transmissão.

24. 
No final do processo de conversão A/D nem
sempre obtemos o resultado próximo do
original. Este problema pode surgir por não
se ter respeitado o teorema de Nyquist ou
devido ao número reduzido dos níveis de
quantização. (Quanto menor for o número de
bits de codificação maior pode ser o erro
entre os valores originais e o resultado da
conversão)

26. São feitas entre um transmissor e um recetor e
através de um meio de transmissão ou canal.
 Os
dados são transportados por ondas
eletromagnéticas ou luminosas.
 Os meios de transmissão podem ser guiados ou
não guiados. Os guiados orientam as ondas – caso
dos cabos – e os não guiados não orientam – caso
do ar ou da água do mar.


27. 
O termo ‘digital’ está associado a tudo aquilo que
pode ser representado por valores discretos (como
0,1,2,3,...).

Como os computadores ‘digitais’ trabalham com a
base binária (0,1) o termo ‘digital’ neste âmbito fica
restringido a tudo aquilo que se refere aos valores
‘0’ e ‘1’ ou a dois quaisquer valores ou estados que
lhes podem estar associados.

28. 
Em contrapartida, o termo ‘analógico’
refere-se a tudo aquilo que pode ser
representado por valores contínuos.

29. 
Os termos ‘digital’ e ‘analógico’, no contexto
das comunicações de dados, podem aplicarse a:
 Dados
 Sinais
 Transmissões

30. 
Dados
 Dados analógicos tomam valores contínuos dentro de um
determinado intervalo. O exemplo mais comum é o da
voz. Também o são vídeos, temperaturas, pressões, etc.
 Dados digitais tomam valores discretos. São exemplo
caracteres de texto e números inteiros. Também todos os
dados armazenados e tratados por computadores digitais
estão nesta forma.

31. 
Sinais

Digitais - sinais com apenas duas amplitudes que deste modo codificam os bits (0 e 1) que transportam.

Analógicos - sinais cujas amplitudes e/ou frequência são usadas para codificar os bits da informação
transmitida.
0
1
1
0
1
0
0

32. 
Dados e sinais
Sinais analógicos
Dados analógicos
Voz
Telefone
Sinal analógico
Dados digitais
Ficheiro binário
MODEM (MOdulator / DEModulator) Sinal analógico
Sinais digitais
Dados analógicos
Sinal analógico
CODEC (codificador/ descodificador) Sinal digital
Dados digitais
Dados digitais
Transmissor digital
Sinal digital

33. 
Transmissões
Analógicas – são um meio de transmitir sinais analógicos (como voz
ou dados digitais modulados por um MODEM). O sinal, ao longo
do canal, perde energia e fica distorcido. Por isso, usam-se
amplificadores que recuperam a energia mas não a forma
original; pelo contrário, aumentam a distorção.
Digitais – são um meio de transmitir sinais digitais, binários no
nosso caso. O sinal, ao longo do canal, perde energia e fica
distorcido. Mas aqui usam-se repetidores que leem o padrão de
0’s e 1’s do sinal e reenviam-no num sinal ‘limpo’ e com a energia
inicial.

34. Perda de amplitude do sinal ao longo da
transmissão. Pode obrigar ao uso de
repetidores para corrigir essa perda.

35. Perda de forma do sinal durante a transmissão.

36. 


É fundamental conhecer algumas grandezas
e medidas.
A unidade de bit é sem duvida fundamental
para as Redes e Comunicação.
É importante saber a velocidade e a
quantidade de bits que transferimos por
unidade de tempo, mas também é
importante o equipamento que usamos para
transferir esses dados.

37. 

Decibel:
O Decibel mede a
perda ou ganho da
potência de uma onda.
Os decibéis podem ser
números negativos
(representam a perda
da potência) e
também ser números
positivos (representa o
ganho na potência).

38. Consiste no número de bits por segundo (bps) que
podem ser transmitidos por um canal.
Esta taxa também ser expressa em Kylobits, Megabits ou
Gigabits por segundo. As taxas de transmissão entre dois
computadores dependem de vários fatores, tais como:
- as características dos cabos utilizados;
- a quantidade de tráfego de mensagens provenientes dos
vários nós da rede;
- a utilização de largura de banda para transmissão de um só
ou vários fluxos de mensagens ao mesmo tempo
(multiplexação);
- as taxas máximas de transmissão dos modems ou outros
dispositivos de comunicação; etc.

39. Expressa em hertz, mostra a diferença entre a
maior frequência e a menor frequência que
o canal suporta.
A linha telefónica, por exemplo, tem uma
largura de banda típica de 3100Hz.

40. Existe uma relação entre taxa de transmissão
e largura de banda estabelecida por Nyquist
em 1924 (para canais sem ruído):
taxa máxima = 2Hlog2V bps
Com
H = largura de banda
V = nº de níveis do sinal

41. 
Exemplo:
Transmissão de sinal binário (V = 2) num canal
com LB de 3KHz (H = 3000)
Taxa máxima = 2*3000*log2V = 6000 bps

42. Throughput:
Por exemplo, um download de um ficheiro
apresenta-nos o valor em bits de uma certa
largura de banda. Mas, essa largura de banda
não apresenta o verdadeiro valor em bits do
ficheiro. O verdadeiro valor é chamado
Throughput, que pode ser traduzido por taxa de
transferência efetiva de um sistema de
transmissão.

43. 
Como já foi referido anteriormente, é
fundamental que a mensagem chegue sem
erros. Para que isso não aconteça, existem
diferentes tipos de codificações:
 NRZ (No Return Zero)
▪ NRZ Unipolar
▪ NRZ Polar
▪ NRZ Bipolar
 RZ (Return Zero)
▪ RZ Unipolar
▪ RZ Polar
▪ RZ Bipolar

44. NRZ
RZ

45. NRZ:
O código de linha Non Return Zero indica que o sinal não
necessita obrigatoriamente de ir a zero entre transições de
bit, isto significa que tem o Duty Cycle (tempo de bit) de 100%
(o impulso prolonga-se por todo o bit).

46. NRZ Unipolar
Esta técnica de codificação é a mais simples. Os limites
da onda estão sempre entre “0” e “1”. Toma o valor de
“1” quando o bit é “1”, quando o bit a codificar é “0”
toma o valor “0”.
Esta técnica é utilizado para gravação digital em
suportes magnéticos.

47. NRZ Polar:
Esta técnica de codificação apresenta as mesmas
vantagens e desvantagens do NRZ Unipolar. Os
limites da onda nesta codificação e “-1” e “1”. O valor
“1” quando o bit a codificar é “1” e o valor “-1” quando
o bit a codificar é “0”.

48. 
NRZ Bipolar
Esta técnica de codificação resolve o problema
relativo à componente DC - Duty Cycle (tempo de bit),
mas sofre igualmente a perda de sincronismo com
facilidade. Os limites da onda nesse tipo de
codificação são entre “-1”, “0”,” 1”. Toma o valor “0”
quando o bit a codificar é “0” e toma o valor “1” e “-1”
alternadamente quando o bit a codificar é “1”.

50. RZ:
O código de linha do tipo Return Zero indica que, cada
transição, metade do bit sinal vai a zero. Por causa disto,
diz-se que o Duty Cycle é de 50% e utiliza o dobro da
largura de banda em relação aos códigos NRZ.

51. RZ Unipolar-Esta técnica de codificação apresenta as
mesmas vantagens e desvantagens do NRZ unipolar. Os
limites da onda estão sempre entre “1” e “0” e tomam o
valor 1 quando o bit a codificar é 1 e “0” quando o bit a
codificar é “0”. No entanto, os valores só têm metade do
tempo bit.

52. RZ Polar-Esta técnica de codificação apresenta as mesmas
vantagens e desvantagens do NRZ polar. Os limites da
onda neste tipo de codificação estão sempre entre -1 e 1.
A onda toma valor 1 quando o bit a codificação é 1 e toma
valor -1 quando o bit a codificar é “0”. No entanto mais
uma vez, tem metade do valor.

53. 
RZ Bipolar-Esta técnica de codificação apresenta as
mesmas vantagens e desvantagens do NRZ Bipolar.
Os limites da onda neste tipo de codificação estão
entre -1, “0” e 1. Toma o valor “0” quando o bit a
codificar é “0” e toma o valor 1 e -1 alternadamente
quando o bit a codificar é 1. Contudo, só permanecem
metade do tempo.

54. 

Manchester:
Este código, à semelhança do RZ, também
apresenta um Duty Cycle de 50%, necessita
do dobro da largura de banda, no entanto,
exibe vantagens em relação aos anteriores,
nunca apresenta componente nula, nunca
perde o sincronismo entre o emissor e o
recetor e deteta erros.

55. Existe 2 tipos de codificação Manchester:
 Manchester Normal: Esta técnica de
codificação é semelhante à RZ apresenta
metade do valor em bit. Os valores limites
de onda neste tipo de codificação estão
entre 1 e -1. As transições entre “0” a 1 e 1 a
“0” ocupam a largura de um bit desde o
meio bit anterior até o meio bit seguinte.
As restantes, de “o” a “o” e de 1 a 1,
ocupam apenas meio bit.

56. 
Manchester Diferencial: Esta técnica de
codificação também é semelhante ao RZ. Os
limites da onda neste tipo de codificação estão
entre -1 e 1, à semelhança do anterior. A
diferença reside nas transições entre bits que
são codificadas de forma diferente do anterior.
As transições “0” a “1” e “1” a “1” ocupam a
largura de um bit desde o meio bit anterior, até
ao meio bit seguinte. As restantes transições, “0”
a “0” e “1” a “0”, ocupam apenas meio bit.

57. 
Manchester normal e Diferencial:

58. 
Um sistema de comunicação interliga o emissor e um recetor através de
um canal. Essa emissão é transmitida por duas ligações, que poderá ser
síncrona e assíncrona. Para o recetor conseguir ler as mensagens ou
dados de comunicação, depende destes tipos de rede.
Transmissão síncrona:
A palavra síncrona indica a presença de um relógio. Ele é o responsável
por sincronizar emissor e o recetor. O sincronismo permite ao recetor
durante a transmissão saber quando pode ler os dados e quando deve
parar.
Este tipo de transmissão permite que uma grande quantidade de dados
sejam transmitidos de uma só vez e ao longo de grandes distâncias,
tornando-se muito eficiente.
Transmissão assíncrona:
Este tipo e comunicação chama-se assíncrona visto não usar relógio para
sincronizar a transmissão de dados. Menos eficiente, mas com baixo
custo e de fácil configuração.

59. 
Em qualquer meio que comuniquemos podem suceder
situações em que a transmissão da mensagem pode não
ser a correta. Ruídos e interferências podem ocorrer. Para
que estes erros se corrijam existem códigos de deteção e
correção de erros.
Deteção de erros:
Existem três códigos de deteção de erros frequentemente
utilizados que são:
 Verificação de paridade
 checksum
 CRC.

60. 
Verificação de paridade:
Esta técnica é a mais utilizada para detetar
erros. O bit de paridade indica o número de bits
1 presente num bite (caracter).
A paridade é par, se tiver um número par de 1’s e
ímpar caso tenha um número ímpar de 1’s.
(“o”, se tivermos paridade par
1, se tivermos paridade ímpar)
Exemplos:
11001100- A mensagem está correta.
10101011- A mensagem está incorreta.

61. 
Podem existir erros e o bit de paridade indicar
que a transmissão foi realizada sem erros.
 Por exemplo, quando 2 bits 1’s foram alvo de erro.

62. Checksums:
Esta técnica serve para detetar erros principalmente na
internet. Esta verificação é usada ao nível de transporte e
baseia-se na soma do conteúdo do segmento que é
colocado numa posição da trama UDP, no lado do emissor.
No recetor há lugar novamente à soma do segmento. Se
da soma de checksums resultarem apenas de 1´s,
podemos inferir que não houve erro na transmissão, caso
contrário, existiu erro na transmissão. Esses erros são
assinalados nas posições que da soma de checksums
resultem zeros.
Os erros podem ocorrer no segmento ou no próprio
código detetor de erros.

63. 
CRC- Cyclic Redundancy Check:
Esta técnica é mais eficiente que as anteriores. É
chamada por método de deteção polinomial.
Este método consiste em adicionar um conjunto
de bits FCS( Frame Check Sequence) à
mensagem original a transmitir.
Os bits FCS são calculados através de uma
expressão:
FCS(x)= resto[M(x)x^n/G(x)]
M(x)- mensagem original
G(x) - polinómio pré-definido

64. 
Correção de erros:

Anteriormente identificámos formas de detetar os erros.
Porém, esses erros apenas eram detetados e não
corrigidos. Geralmente quando um erro é encontrado toda
a informação terá de ser retransmitida.
A técnica (retransmissão) utilizada chama-se ARQAutomatic repeat request, baseia-se em confirmações
positivas e negativas por parte do recetor.
As versões mais utilizadas são Stop and Wait ARQ, Goback-N ARQ e seletive reject ARQ.
Corrigir erros sem retransmissão – código de Hamming

65. 
Objetivos:
 Reduzir o espaço ocupado pelos ficheiros;
 Reduzir o tempo de transferência de ficheiros.

Os ficheiros comprimidos dependendo dos
parâmetros e técnicas de compressão
utilizadas apresentam maior ou pior relação
espaço/qualidade.

66. 
Utilizada para ficheiros multimédia
 Vídeo (mpeg)
 Música(Mp3)
 Imagem(jpeg)

67. 
Na compressão sem perdas é retirada apenas
a informação que se pode prescindir sem que
existam perdas. A informação é recuperada
após o processo de descompressão.
 zip, rar, arj, …(utilizado na compressão de texto)

68. 


O processo de compressão pode ser realizado
com conhecimento ou não da natureza dos
dados.
Compressão por entropia – não tem em
conta a natureza dos dados
Compressão atendendo à fonte – tem em
conta a natureza dos dados