AULA 1
1.1 Comunicação de dados
Para que qualquer sistema de comunicação funcione são necessários três componentes:
-
EMISSOR
-
RECEPTOR
-
CANAL
1.2 A importância da informação
A posse de informações correctas e de qualidade
correta tomada de decisões, a escolha certa das direções a seguir e das estratégias a adoptar.
Veja aqui alguns exemplos quando há falha na comunicação
1.3 A importância da informação armazenada
A informação armazenada é o conhecimento acumulado que pode ser consultado, utilizado e transferido, servindo como um fornecedor de ensino e de cultura para a sociedade.
A informação armazenada
Conhecimento acumulado
Pode ser consultado, utilizado e transferido, servindo como um fornecedor de ensino e de cultura para a sociedade.
1.4 Protocolos de comunicação
Tão importante quanto a transmissão da informação é a sua compreensão e interpretação correctas.
TRANSMISSOR E RECETOR
Devem falar com o mesmo código
Devem ter os mesmos símbolos ou linguagens
Devem ter as mesmas de regras preestabelecidas
1.5 Transferência de informação
A tranferência de informação entre um ponto e outro indica que temos um transmissor e um receptor.
Nesses dois pontos, podemos ter pessoas ou equipamentos que se comunicam utilizando a mesma linguagem de comunicação, a qual permite o perfeito entendimento entre ambos
1.6 Comunicação dos dados
Na comunicação entre equipamentos, as regras e linguagem de comunicação utilizadas entre ambos são chamadas de protocolos.
PROTOCOLOS
A comunicação é feita por meio de comandos de programas que depois são codificados e transmitidos por sinais eléctricos.
Ficha de trabalho nº1
AULA 2
2.1 Protocolo de comunicação
O protocolo de comunicação é um programa de computador que, por meio de um conjunto de regras pré-programadas:
-
permite a transferência de dados entre dois pontos;
-
controla o envio e a recepção;
-
verifica a existência de erros na transmissão;
-
confirma o recepção da mensagem;
-
faz o controlo do fluxo de dados;
-
faz o endereçamento das mensages enviadas
e controla todos os procedimentos envolvidos numa transmissão além dos referidos.
Ambos os equipamentos devem
ter o mesmo protocolo de comunicação
2.2 Processo de transferência de ficheiros
O Protocolo do transmissor lê os dados por blocos de informação
O Protocolo do receptor verifica a integridade dos dados e o endereço de destino
Transferência...
Os protocolos conferem mais segurança à transmissão de dados entre computadores, fazendo com que os dados transmitidos sejam aceites apenas se estiverem correctos.
Caso ocorram erros, os blocos de informação são transmitidos novamente.
2.3 Eficiência de um sistema de comunicação
A eficiência de um sistema de comunicação de dados depende fundamentalmente de três características:
1. Entrega (delivery)
-
O sistema deve entregar os dados ao destino correcto.
-
Os dados devem ser recebidos somente pelo dispositivo ou pelo utilizador de destino.
2. Confiabilidade
-
O sistema deve garantir a entrega dos dados.
-
Dados modificados ou corrompidos numa transmissão são pouco úteis.
3. Tempo de atraso
-
O sistema deve entregar os dados em tempo finito e predeterminado.
-
Dados entregues tardiamente são pouco úteis.
-
Por exemplo, no caso de transmissões multimédia, como vídeo, os atrasos não são desejáveis, de modo que eles devem ser entregues praticamente no mesmo instante em que foram produzidos, isto é, sem atrasos significativos.
2.4 Tipos de dados transmitidos
Os dados transmitidos podem ser:
Arquivos de dados Mensagens Voz e imagens digitalizadas
Ficha de trabalho nº2
AULA 3
3.1 Sistema de comunicação
A informação é transmitida por um meio de comunicação.
A forma mais comum de transmissão de uma mensagem é pelo som; o som é irradiado pelo ar no qual a informação se propaga por meio de ondas sonoras.
Na comunicação eléctrica entre equipamentos, o meio de transmissão mais comum é o fio de metal, por qual o sinal eléctrico se propaga, levando consigo a informação.
Numa transmissão de dados digitais por meio de fios, a informação é representada por sinais eléctricos no formato de pulsos.
3.2 Meios (canais) de comunicação
Além da transmissão por fios e cabos, que são meios sólidos, podemos transmitir informações por ondas electromagnéticas tais como:
RÁDIO
MICRONDAS
SATÉLITE
A transmissão de dados também pode ser feita por fibras ópticas, que utilizam variações de luz como sinal, o que permite a transmissão da informação a altas velocidades.
3.3 Sistema de comunicação básico
Um sistema básico de comunicação de dados é composto por cinco elementos:
1. Mensagem
É a informação a ser transmitida.
Pode ser constituída de texto, números, figuras, áudio e vídeo – ou qualquer combinação destes.
2. Transmissor
É o dispositivo que envia a mensagem de dados.
Pode ser um computador, uma estação de trabalho, um telefone, uma câmera de vídeo e assim por diante.
3. Receptor
É o dispositivo que recebe a mensagem.
Pode ser um computador, uma estação de trabalho, um telefone, uma câmera de vídeo e assim por diante.
4. Meio (Canal)
É o caminho físico por onde viaja uma mensagem originada e dirigida ao receptor.
5. Protocolo
É um conjunto de regras que governam a comunicação de dados.
Representa um acordo entre os dispositivos que se comunicam.
Ficha de trabalho nº3
AULA 4
4.1 Direção de fluxo de dados
Uma comunicação entre dois dispositivos pode acontecer de três maneiras diferentes:
Ficha de trabalho nº4
AULA 5
5.1 Transmissão de sinais analógicos e digitais por fios telefónicos
-
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.
Os sinais usados na transmissão de informação podem ser divididos em duas grandes categorias:
ANALÓGICOS
vs
DIGITAIS
5.2 Analógico vs Digital
Os termos "digital" e "analógico", no contexto das comunicações de dados, podem aplicar-se a:
-
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.
-
Digitais - tomam valores discretos. São exemploi os caracteres de texto e números inteiros. Também todos os dados armazenados e tratados por computadores digitais estão nesta forma.
-
-
Sinais
-
Analógicos - sinais cujas amplitudes e/ou frequência são usados para codificar os bits da informação transmitida
-
Digitais - sinais com apenas duas amplitudes que deste modo condificam os bits (0 e 1) que transportam
-
-
Transmissões
-
Analógicas - são o meio de transmitir sinais analógicos (como voz ou dados digitais mpdulados 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 lêem o padrão de 0's e 1's do sinal e reenviam-no num sinal ´limpo´e com a energia inicial
-
5.3 Distorção do sinal
Perda da forma do sinal durante a transmissão.
5.4 Atenuação do sinal
Perda da amplitude do sinal durante a transmissão.
Pode obrigar ao usos de repetidores para corrigir essa perda.
Ficha de trabalho nº5
AULA 6
6.1 MODULAÇÃO EM AMPLITUDE, FREQUÊNCIA E FASE
6.1 - Tipos de Modulação Analógica
As modulações analógicas assentam nos três parâmetros que usualmente variam num sinal analógico.
Existem três tipos de modulações analógicas:
-
Modulação em amplitude (AM – Amplitude Modulation)
-
Modulação em frequência (FM – Frequency Modulation)
-
Modulação em fase (PM – Phase Modulation)
Caso não se ussasse a modulação, o que é que aconteceria?
As antenas necessitam de ter um comprimento de pelo menos um décimo do comprimento da onda do sinal, o que significa que por vezes teriamos de contar com antenas de quilómetros para podermos receber um sinal de baixa frequência como, por exemplo, a voz.
Antena com 300Km? Impossível!
Modulando, por exemplo, esta frequência na faixa de frequência FM (88MHz a 108MHz) com uma antena de apenas 1 metro já seria possível receber o mesmo sinal.
6.2 - Tipos de Modulação Digital
Na disciplina de Redes de Comunicação, as modulações mais importantes serão as modulações digitais.
Iremos estudar três tipos de modulações digitais, coincidentes com os parâmetros que usualmente variam numa transmissão analógica:
-
Modulação em Amplitude (ASK – Amplitude Shift Keying)
-
Modulação em Frequência (FSK – Frequency Shift Keying)
-
Modulação em Fase (PSK – Phase Shift Keying)
6.2.1 - Modulações digitais
ASK
Os bits nulos recebem componente nula e os bits de valor 1 recebem uma onda de frequência f.
FSK
Os bits 0 e 1 alternam respetivamente entre uma onda de frequência f1 e f2.
PSK
Sempre que existe uma transição entre 0->1 e 1->0 existe uma inversão de fase na onda, com sentido contrário à representativa do bit anterior.
Ficha de trabalho nº6
AULA 7
7. TÉCNICAS DE CONVERSÃO ANALÓGICO-DIGITAL
Se por um lado existe informação digital nativa (documentos escritos em MS Word, páginas de intemet, jogos de computador, etc. ), por outro, existe informação analógica que necessita de ser convertida para digital, para poder ser manipulada por computador.
Exemplos disso são as fotografias digitais, a digitalização de documentos (através de scanners), música (CD, Mp3, WAV), vídeo e muitos outros.
NESTE PONTO, ABORDA-SE O PROCESSO DE DIGITALIZAÇÃO, OU MELHOR, O PROCESSO DE CONVERSÃO ANALÓGICO/DIGITAL(A/D).
7.1 Técnicas de conversão A/D
7.2 Digitalização
Mais importante do que as técnicas utilizadas é o processo inerente à digitalização. Chama-se digitalização ao processo de transformação de um sinal analógico num sinal digital.
Este processo consiste em três fases sequenciais:
-
Amostragem;
-
Quantização;
-
Codificação.
FASE_01: Amostragem
-
Consiste recolher apenas um conjunto discreto de valores, de um sinal contínui
Harry Nyquist (1889-1976), um engenheiro electrotécnico sueco, demonstrou através de um teorema (Teorema da Amostragem ou Teorema de Nyquist). que um sinal pode ser completamente reconstruido se deste forem extraídas amostras a um ritmo do dobro da frequência máxima (fmax) do sinal original (fs).
FASE_02: Quantificação
-
Converter os valores recolhidos na amostragem, apenas num conjunto de valores possíveis.
FASE_03: Codificação
-
Associar a cada valor quantificado, um código binários
EXERCICIO RESOLVIDO
Pretende-se converter um sinal analógico (fig.7) num sinal digital usando uma frequência de amostragem 1/t e 4 níveis de quantização. Apresente o sinal digital resultante.
Nota:
Quantos mais pontos forem recolhidos (amostragem), mais fiel será a conversão do sinal.
Ficha de trabalho nº7
AULA 8
8. A IMPORTÂNCIA DAS MEDIDAS
Para a disciplina de Redes de Comunicação é fundamental conhecer algumas grandezas e medidas.
Saber a quantidade de bits que podemos transferir entre dois pontos por unidade de tempo é essencial para medir a capacidade de um sistema de comunicação.
8.1 DÉCIBEL (DB)
O decibel é mais conhecido como medida de intensidade do som, porém, também é utilizado para descrever todos os sinais de rede
DB mede a perda ou ganho de potência de uma onda.
Os decibéis negativos => representam uma perda na potência (atenuação) da onda ao propagar-se
Os decibéis positivos => representam um ganho na potência se o sinal for amplificado
Exemplos:
- 10 dB o sinal teve uma atenuação.
+ 10 dB o sinal teve um ganho.
8.2 Largura de Banda
É a diferença entre a frequência mais alta e a mais baixa que o canal pode realmente transmitir.
É a quantidade de informação que pode ser transferida de um ponto na rede para outro ponto num determinado período.
Exemplo:
8.3 Throughput
O throughput refere-se à largura de banda realmente medida, numa determinada hora do dia, usando rotas específicas de Internet, e durante a transmissão de um conjunto específico de dados na rede.
O throughput é muito menor que a largura de banda digital máxima possível do meio que está a ser usado.
Alguns dos factores determinam o throughput são:
-
Dispositivos de interligação;
-
Tipos de dados que estão a ser transferidos;
-
Topologias de rede;
-
Número de utilizadores na rede;
-
Computador do utilizador;
-
Computador servidor.
8.4 Bit Rate
É o número de bits transferido por unidade de tempo (segundo); está diretamente relacionado com a largura de banda do meio de transmissão.
Exemplos:
Kbps, Mbps, Gbps.
Em multimédia, o Bit-rate é o número de bits usados por segundo, para representar o conteúdo a ser exibido.
Quanto maior for o Bit-rate, maior será a qualidade, assim como o tamanho do arquivo.
Por vezes o Bit-rate é utilizado como grandeza de medida para codificar ficheiros multimédia:
-
MP3
-
DivX
-
RMvb
-
etc
Teste de velocidade da ligação à Internet
Ficha de trabalho nº8
Próxima aula TESTE DE AVALIAÇÃO INTERMÉDIO
AULA 9
9. TÉCNICAS DE CODIFICAÇÃO
Como foi referido anteriormente, é fundamental transmitir a informação sem erros, por isso a codificação tem como principal objectivo:
preservar o sincronismo do relógio entre o emissor e o receptor
OS CÓDIGOS DE LINHA
Os códigos de linha foram criados para ajudar a manter a integridade dos dados ao longo do seu percurso.
Em geral, os códigos de linha devem ter em conta certos aspectos:
-
a largura de banda que utilizam,
-
a imunidade a erros e ruídos,
-
o tempo de bit (Duty Cycle),
-
a possibilidade de recuperação do relógio de sincronismo (CLK)
-
a existência de componente contínua nula (transformadores ao longo do canal que bloqueiam o sinal contínuo não nulo).
Existem 3 tipos de códigos de linha
-
NRZ - Non Return Zero
-
RZ - Return Zero
-
Manchester
9.1 NRZ - NON RETURN ZERO
O código de linha do tipo Non Return Zero indica que o sinal não necessita obrigatoriamente de ir a zero entre transições de bit.
Tem Duty Cycle de 100% (o impulso prolonga-se durante todo o bit).
Existem três tipos de codificação NRZ.
-
NRZ Unipolar
-
NRZ Polar
-
NRZ Bipolar (AMI)
9.1.1 - NRZ unipolar
-
Este tipo de codificação é a mais simples (a sua única vantagem).
-
Apresenta alguns problemas, como por exemplo, a componente DC não nula e as longas sequências de 0's ou 1's determinam que facilmente perca sincronismo.
-
É utilizado para gravação digital em suportes magnéticos
Os limites da onda estão sempre entre 0 e 1 e tomam o valor 1 quando o bit a codificar é 1 e 0 quando o bit a codificar é 0.
9.1.2 - NRZ polar
-
Este tipo de codificação apresenta as mesmas vantagens e desvantagens do anteiror.
-
Os limites da onda neste tipo de codificação estão entre -1 e 1.
-
Também éusado para gravação digital em suportes magnéticos.
A onda codificada toma o valor 1 quando o bit a codificar é 1 e toma o valor -1 quando o bit a codificar é 0.
9.1.3 - NRZ bipolar (AMI)
-
Este tipo de codificação resolve o problema relativo à componente DC mas sofre igualmente de perda de sincronismo com facilidade.
-
Os limites da onda neste tipo de codificação estão entre -1, 0 e 1.
-
É utilizado nas interfaces RDIS.
A onda codificada 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.
EXERCÍCIO RESOLVIDO
Codifique a seguinte sequência de bits 10110000100000111 com os seguintes códigos de linha: NRZ unipolar, NRZ polar e NRZ Bipolar.
9.2 - RZ RETURN ZERO
O código de linha do tipo Return Zero indica que, em cada transição, metade do bit o sinal vai a zero.
Diz-se por isso que tem um Duty Cycle de 50% e utiliza o dobro da largura de banda em relação aos códigos NRZ.
Existem três tipos de codificações RZ:
-
RZ Unipolar
-
RZ Polar
-
RZ Bipolar (AMI)
9.2.1 - RZ unipolar
-
Este tipo de codificação apresenta as mesmas vantagens e desvantagens do NRZ unipolar com a agravante de que utiliza, como já foi referido o dobro da largura de banda.
-
Os limites da onda estão sempre entre 0 e 1
-
É usado nas mesmas aplicações que o NRZ unipolar
Toma o valor 1 quando o bit a codificar é 1 e toma o valor 0 quando o bit a codificar é 0.
No entanto só permanecem nesses valores metade do tempo (Duty Cycle=50%). Na outra metade tomam sempre o valor 0
9.2.2 - RZ polar
-
Este tipo de codificação apresenta as mesmas vantagens e desvantagens do NRZ polar (e o dobro da largura de banda).
-
Os limites da onda neste tipo de codificação estão entre -1 e 1.
-
É usado nas mesmas aplicações que NRZ polar.
Toma o valor 1 quando o bit a codificar é 1 e toma o valor -1 quando o bit a codificar é 0.
No entanto só permanecem nesses valores metade do tempo (Duty Cycle=50%). Na outra metade tomam sempre o valor 0
9.2.3 - RZ bipolar (AMI)
-
Este tipo de codificação apresenta as mesmas vantagens e desvantagens do NRZ Bipolar (e o dobro da largura de banda).
-
Os limites da onda neste tipo de codificação estão entre -1, 0 e 1.
-
É usado nas mesmas aplicações que NRZ bipolar.
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.
No entanto só permanecem nesses valores metade do tempo (Duty Cycle=50%). Na outra metade tomam sempre o valor 0
EXERCÍCIO RESOLVIDO
Codifique a seguinte sequência de bits 10110000100000111 com os seguintes códigos de linha: RZ unipolar, RZ polar e RZ Bipolar.
9.3 MANCHESTER
Este código de linha, à semelhança do RZ, também apresenta um Duty Cycle de 50%. Logo necessita do dobro da largura de banda em relação ao código NRZ.
No entanto exibe vantagens em relação aos anteriores, tais como:
-
nunca apresentar componente nula,
-
nunca perder o sincronismo de relógio entre o emissor e o receptor
-
e ter a capacidade de detecção de erros.
Existem 2 tipos de codificações Manchester
-
Manchester normal
-
Manchester Diferencial
9.3.1 - Manchester Normal
-
Os limites da onda neste tipo de codificação estão entre 1 e -1.
-
Neste código de linha, as decisões são sempre tomadas a meio de cada bit.
-
É usado em redes do tipo Ethernet
As transições entre 0->1 e 1->0 ocupam a largura de um bit desde o meio do bit anterior até ao meio do bit seguinte.
As restantes transições, 0->0 e 1->1, ocupam apenas meio bit.
9.3.2 - Manchester Diferencial
-
Os limites da onda neste tipo de codificação estão entre -1 e 1.
-
À semelhança do anterior, as decisões são sempre tomadas a meio de cada bit.
-
As diferenças aqui reside apenas nas transições entre bits serem codificadas de forma diferente do anterior.
-
É usado em redes do tipo Token Ring
As transições entre 0->1 e 1->1 ocupam a largura de um bit desde o meio do bit anterior até ao meio do bit seguinte.
As restantes transições, 0->0 e 1->0, ocupam apenas meio bit.
EXERCÍCIO RESOLVIDO
Codifique a seguinte sequência de bits 10110000100000111 com os seguintes códigos de linha: Manchester Normal e Manchester Diferencial.
Ficha de trabalho nº9
AULA 10
10. LIGAÇÕES SINCRONAS E ASSINCRONAS
Um sistema de comunicação interliga um emissor e um receptor através de um canal.
Entre eles é estabelecida uma ligação que poderá ser síncrona ou assíncrona.
A forma como o receptor consegue ler os dados transmitidos pelo emissor depende destes tipos de ligações.
10.1 TRANSMISSAO SINCRONA
A palavra síncrona indica a presença de um relógio.
Este será o responsável por sincronizar emissor e receptor durante a transmissão de informação.
O sincronismo permite ao receptor saber quando deve começar a ler os dados e quando deve parar.
Conta também com uma verificação de erros do tipo CRC (será explicado no ponto 11.1.3) que, no caso de erro na transmissão do bloco de dados, garante uma retransmissão da informação.
Na figura seguinte é possível observar o formato de uma trama de dados usada numa transmissão síncrona.
Como é visível, o início de leitura dos dados no receptor ocorre após a leitura do campo STX, que indica o início de transmissão. Neste momento, o receptor sabe que tem de ler os dados enviados pelo emissor até que apareça o campo ETX, que indica o final da transmissão.
Este tipo de transmissão permite que uma grande quantidade de dados (blocos) sejam transmitidos de uma só vez e ao longo de grandes distâncias, tomando-se muito eficiente. Geralmente é usada em Ethernet.
10.2 TRANSMISSAO ASSINCRONA
Este tipo de transmissão diz-se assíncrona visto não usar um relógio de sincronismo para a transmissão de dados.
Sem a presença de um relógio para indicar ao receptor quando deve ler a informação proveniente do emissor é necessário utilizar marcadores (flags) que desempenhem essa função.
Possui como principais vantagens apresentar baixo custo e fácil configuração
Vejamos a trama de dados transmitida no modo assíncrono com as flags necessárias
O receptor ao ler o Start Bit (flag inicial) sabe que a partir deste terá um byte (8 bit) de dados para ler.
Nesse byte, o último bit poderá contar com um bit de paridade que irá fazer a verificação de erros .
O Stop Bit (flag final) indica que o byte de dados terminou de ser transmitido.
Devido a este cabeçalho adicional, necessário para o controlo, torna a transmissão assíncona menos eficiente que a transmissão síncrona, não sendo por isso usado para a transmissão de grandes quantidade de informação e entre grandes distâncias.
Ficha de trabalho nº10
AULA 11
11. TÉCNICAS DE DETECÇÃO E CORRECÇÃO DE ERROS EM TRANSMISSÕES DIGITAIS
11.1 Detecção de Erros
Devido a fenómenos como o ruído e as interferências, que podem ocorrer numa transmissão de dados, deturpando a mensagem original, foram aplicados códigos de detecção e correção de erros às
transmissões.
Vamos descrever três detectores de erros que são os mais frequentemente utilizados em redes de comunicação:
-
Verificação de paridade
-
Checksum
-
CRC
11.1.1 Verificação de paridade
Este é um dos métodos mais utilizados para detecção de erros Bit de paridade indica o número de bits 1 presentes num caracter (byte)
Assim diz-se que que a paridade é:
• PAR – se tiver um número par de 1’s
• IMPAR – se tiver um número impar de 1’s
Como vimos anteriormente, no caso das tramas síncronas o último bit do byte, se não contiver dados, é utilizado para verificação de paridade. Assim, este assume o bit 0 quando temos paridade par e 1
quando temos paridade ímpar. Vejamos os exemplos:
11001100 – a mensagem está correcta. O último bit é zero indicando que o número de 1's que o precede é par (4 uns).
10101011 - a mensagem está errada. O byte teria assim de ser retransmitido visto o bit de paridade dizer que o número de 1's é ímpar e no entanto é par (4 uns).
Contudo poderão existir erros e o bit de paridade indicar que a transmissão foi feita sem erros. Vejamos o exemplo seguinte:
10111101 - o bit de paridade indica que existe número ímpar de 1's na transmissão, o que está correcto.
No entanto, imaginemos que sabemos que os dois bits 1's que estão sublinhados foram alvos de erro. Então, o verdadeiro valor destes bits seria zero. Vejamos o bloco de bits sem erro.
10011001 - como podemos verificar o bit de paridade indica que o número de 1’s presente no bloco transmitido é impar, o que mais uma vez é verdade apesar de termos corrigido os bits que estavam
anteriormente errados.
Conclusão: sempre que o número de bits errados for par não é detectado erro, segundo esta abordagem.
11.1.2 CheckSums
São técnicas utilizadas para detectar erros principalmente na Internet e denominam-se somas de verificação.
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 receptor, há lugar novamente à soma do
segmento. Se da soma de checksums (normal e complemento para 1) resultarem apenas 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 detector de erros.
EXERCÍCIO RESOLVIDO
Este método apresenta, à semelhança do anterior, algumas falhas.
Poderá não se detectar erros:
-
se os bits não estiverem ordenados;
-
se tiverem sido inseridos bits nulos;
-
ocorram múltiplos erros que se anulem entre si.
Ficha de trabalho nº11
AULA 11
continuação
11.1.3 -CRC (Cyclic Redundancy Check)
Esta é uma técnica mais eficiente que as anteriores. Muitas vezes, é também denominada por método de detecção polinomial. O método consiste em adicionar um conjunto de bits (FCS - Frame Check
Sequence) à mensagem original a transmitir.
Os bits FCS são calculados através da seguinte expressão:
M(x) é a nossa mensagem original sem código de erros
G(x) é o polinómio gerado pré-definido (chave da nossa codificação)
EXERCICIO RESOLVIDO
Seja a mensagem a transmitir.
Pretende-se calcular o FCS a adicionar a M(x) para que esta inclua um código detector de erros do tipo CRC.
Use o polinómio gerado
Tendo em atenção a unidade de referência em redes de comunicação, será conveniente transformar as funções polinomiais em conjuntos de bits. Para isso usamos a seguinte fórmula, que nos permite calcular o número de bits para representar M(x):
Como pode verificar, o número de bits é calculado através do valor do expoente de maior grau de M[x] adicionado de 1 unidade. Para M[x] mostrado anteriormente temos que:
M(x) será então representado por 7 bits
Mas como são preenchidos os valores destes 7 bits? Muito simples.
Basta verificar no polinómio M[x) quais as componentes nulas e não nulas de cada expoente. Vejamos:
Não nulas: Grau do expoente: 6, 5, 3, 1, 0;
Nulas: Grau do expoente: 4, 2;
Assim, nas posições 6, 5, 3 , 1 , 0 o valor é 1 e nas restantes posições (4 e 2) o valor é 0.
Desta forma, fica completa a nossa transformação de M[x] para binário.
Para a função G(x) o processo é exatamente o mesmo.
Seja a função polinomial a ser transformada para binário, seguindo o processo aplicado a M(x), obtemos:
Já temos M(x) e G(x). Porém na fórmula do cálculo de FCS o numerador é representado pelo produto :
A M(x) terá de ver acrescentado à sua direita tantos zeros quantos o valor do grau do polinómio G(x). Como G(x) é um polinómio de grau 4 então acrescentam-se 4 zeros.
Podemos agora calcular FCS.
Este é, como verificámos, calculado pelo quociente entre
No entanto, esta divisão é do tipo aritmética polinomial módulo 2 que é o mesmo que realizar a divisão aplicando uma gate XOR
Neste caso particular pode concluir-se que não houve lugar a erros.
O resto não é mais que o FCS, isto é, a sequência de bits que é necessário acrescentar a M(x).
Finalmente, para a mensagem ser transmitida com CRC terá de ser acrescida (não confundir com somada) de FCS:
Tudo o que se viu anteriormente diz respeito ao emissor. Mas como é que o receptor verifica se houve erro na transmissão ou não? Para isso é necessário que no receptor esta mensagem, agora já com
CRC, seja novamente dividida por G(x) (chave da codificação).
Se o resto for zero diz-se que não houve erro e o contrário se o resto for diferente de zero.
Ficha de trabalho nº11 - continuaçao
AULA 12
12. TÉCNICAS DE COMPRESSÃO DE DADOS
Podemos dizer que a compressão de dados permite:
-
reduzir o espaço ocupado pelos ficheiros em disco;
-
reduzir o tempo de transferência de ficheiros.
A compressão não é mais que a remoção do que é redundante e/ou do que é irrelevante no conjunto da informação original.
Mas afinal como é possível comprimir informação?
Podemos fazê-lo aplicando algoritmos, com e sem perdas. Os pontos seguintes descrevem em por menor cada uma dessas técnicas.
12.1 – Compressão com perdas
A compressão com perdas tira partido da redundância e da irrelevância. As perdas são irreversíveis.
Este tipo de compressão com perdas é usada para ficheiros multimédia, por exemplo:
-
Vídeo (MPEG)
-
Música (MP3)
-
Imagem (JPEG)
Música - MP3
No caso particular dos ficheiros Mp3 é possível obter um ficheiro praticamente com a mesma qualidade do ficheiro original com apenas 1/10 do tamanho. Este tipo de compressão, como indicado acima, tira partido da redundância e da irrelevância, tendo o segundo um papel de grande importância quando comprimimos um ficheiro para Mp3.
A verdade é que o ser humano." em média, apenas é capaz de ouvir as frequências no intervalo [20Hz, 20KHz] - limiar de audição. Então porque não eliminar todas as frequências que não se encontrem neste intervalo? É exatamente este o princípio que é aplicado à compressão de ficheiros Mp3 e que lhes permite manter a qualidade apesar do tamanho reduzido.
Imagem - JPEG
VIDEO
Já no caso de compressão de vídeo, eliminar a redundância é a palavra-chave.
Sabendo que um vídeo é composto por imagens que são mostradas sequencialmente, comparam-se imagens seguidas mantendo a informação que não mudou de uma para a outra codificando apenas
os pixéis relativos à mudança (macrobloco).
A compressão com perdas é uma das técnicas mais utilizadas para comprimir ficheiros multimédia.
12.2 – Compressão sem perdas
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A compressão sem perdas tira partido apenas da redundância (informação a mais da qual se pode prescindir sem que existam perdas).
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A informação é recuperada sem qualquer alteração após o processo de descompressão.
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Este processo é utilizado para compressão de texto e em aplicações onde a informação seja muito importante (transações bancárias, informação médica, etc).
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Os ficheiros associados a este tipo de compressão são o zip, rar, arj, entre outros.
Caso particular do TEXTO
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No caso particular da compressão de ficheiros de texto, claramente esta não pode ser com perdas, ou perderíamos parte na nossa informação.
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Aplica-se sim um algoritmo sem perdas que irá analisar o texto e verificar as redundâncias. Entenda-se redundância como a frequência com que uma determinada palavra aparece no texto.
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Após esta análise, substituem-se as palavras por símbolos que irão permitir ocupar um espaço menor em disco.
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O processo pode ser invertido através de correspondência entre símbolos e palavras na descompressão (tabela de correspondência).
Exemplo: considere a sequência de caracteres AATTTT; uma codificação possível seria #4T em que # corresponde a duas letras A e 4T aos quatro T.
12.3 – Natureza dos dados
O processo de compressão pode ser realizado com conhecimento ou não da natureza dos dados a comprimir.
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Compressão por entropia – Quando não tem em conta a natureza dos dados a comprimir
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Compressão atendendo à fonte – Quando tem em conta a natureza dos dados a comprimir.
No primeiro caso, os algoritmos são sempre sem perdas, enquanto no segundo são aplicados tanto a algoritmos com perdas como sem perdas.
Esta diferença é evidente quando tentamos comprimir por exemplo um ficheiro de música no formato Wav em ficheiro Zip. Não resultará deste processo qualquer compressão, já que este algoritmo não tem
em conta o tipo de dados que está a comprimir aplicando sempre a mesma técnica independentemente do tipo de ficheiro.
Quadro resumo sobre a compressão de dados
