Fundamentos da Informática e Comunicação de Dados

Origem do homem:

• comunicação gestual – através de gestos
• comunicação verbal – linguagem falada
• comunicação escrita através de símbolos (hieróglifos, tecidos, papiro)

Idade Média: surgimento da imprensa - registro dos conhecimentos em larga escala 1540 – Gutemberg – impressão com tipos móveis 1838 - Samuel Morse - desenvolveu o telégrafo: nova época nas comunicações, as informações eram transmitidas através de pulsos elétricos, codificadas em código Morse (cadeias de símbolos binários que expressavam dois estados: ligado e desligado (longo e curto) : traço e ponto)

Thomas Edison – auxiliar de telegrafista – inventou o telégrafo de impressão 1876 - Graham Bell (Boston) e Elisha Gray (Chicago) - inventaram o telefone, mas Bell conseguiu patenteá-lo primeiro, ficando com o mérito do invento;

Thomas Edison - projetou o transmissor telefônico de carbono sendo o primeiro verdadeiramente prático, tornando-se o transmissor padrão do telefone (usado hoje em dia) rádio (1908), televisão (1922), telex, fax, Internet, telefonia celular.

anos 50 - processamento centralizado - máquinas grandes e complexas - sistemas batch: processamento em lotes

anos 60 - redes centralizadas com terminais interativos: possibilitavam aos usuários acessarem o computador central através de linhas de comunicações - sistemas on-line com terminais monocromáticos

anos 70 - redes públicas de pacotes - redes compartilhadas por várias empresas surgimentos dos micros: 

- 1976 – 1. computador pessoal Apple criado por Steve Jobs e Stephen Wozniac (construído numa garagem)

anos 80 - redes de computadores: descentralizou o processamento, distribuindo o poder computacional, possibilitando o compartilhamento de recursos através da interconexão de equipamentos;

- 1981 – IBM lança PC (Personal Computer) - DOS
- 1984 – Apple lança o Macintosh, utilizando ícones

anos 90 - redes corporativas integradas: arquitetura cliente/servidor;

LAN - Local Area Network - Rede local: conecta equipamentos com distâncias que variam de alguns metros até a alguns quilômetros (100m a 25 km);

MAN – Metropolitan Area Network – redes metropolitanas

WAN - Wide Area Network - Rede Geograficamente Distribuída: sua dispersão é na faixa de alguns quilômetros; Internet

ano 2000 - comunicação sem fio (wireless) - acesso á Internet via sistema de rádio, via conexão TV a cabo, via rede elétrica etc.

• batch - processamento realizado em lotes: as informações são armazenadas para posterior processamento; ex: compensação de cheques entre bancos; venda de bilhete de loteria; multas de trânsito
• on-line - processamento atualizado: as informações são processadas no momento em que elas são registradas ou solicitadas; ex: consulta da posição de estoque de um sistema informatizado; passagens aéreas
• real-time - processamento imediato: transações on-line cujo processamento interfere imediatamente numa ação subsequente; ex: sistemas de automação industrial; sistema de pilotagem automática

As conexões entre os equipamentos podem ser ponto a ponto ou multiponto

O canal de comunicação é utilizado para a transferência exclusiva entre dois pontos (DTE); - uma ligação ponto a ponto pode ser dividido em ponto a ponto dedicado ou ponto a ponto comutado;

Mantém os equipamentos sempre conectado entre si, mesmo quando não está ocorrendo a transmissão; (ex: linha de comunicação entre mainframes). Ideal para grande volume de dados com alta disponibilidade. Normalmente possui uma excelente qualidade de transmissão

O link só é mantido durante a transmissão; utiliza-se a rede pública de telefonia para esse tipo de conexão; (ex: conexão residencial com a Internet)

Ideal para tráfego eventual

Não possui uma boa qualidade de transmissão - possibilidade de ruídos durante a comunicação

Muito utilizada como backups de linha de comunicação

O canal de comunicação pode ser compartilhado entre diversas estações É necessário um DTE como controlador da comunicação a fim de controlar o endereçamento das estações e a sequencialização das mensagens (ex: UDD) Todas as demais estações que estão compartilhando o canal devem ter endereços específicos ex: linha de comunicação entre a matriz e suas diversas filiais

Comunicação indica a transferência de informação entre um transmissor e um receptor. A posse de informações corretas e de qualidade permite a correta tomada de decisões, direções a serem seguidas e estratégia a serem desenvolvidas nos negócios. A informação armazenada é conhecimento acumulado que pode ser consultado, utilizado e transferido, servindo como um fornecedor de ensino e cultura para a sociedade. Isto mostra a grande importância que uma estrutura de telecomunicações e informática tem em uma sociedade. Informações circulando em quantidade e com qualidade, com as pessoas e empresas tendo acesso a essas informações, possibilitam que todos se comuniquem mais rapidamente entre si, o que gera uma atividade econômica maior e um desenvolvimento mais rápido da sociedade. Sistemas de comunicação eficientes possibilitam que as empresas vendam mais, produzam mais e gerem mais empregos.

Hoje, muita informação está disponível, porém a questão agora passa a ser: o que fazer com tanta informação e como extrair os dados realmente importantes? Tão importante quanto à transmissão de informação é a sua compreensão e interpretação corretas. Para que transmissor e receptor se entendam, devem falar com o mesmo código, símbolos ou linguagens, dentro de regras preestabelecidas as quais chamamos de protocolo de comunicação.

As comunicações corporativas, nas últimas décadas, deram um grande salto tecnológico e continuam a se desenvolver rapidamente. Tecnologias e equipamentos são substituídos rapidamente por outros com maior capacidade de integração e menor custo. Essa apuração técnica e normatizações internacionais desenvolvidas por organizações internacionais como o ITU (CCITT), fizeram com que equipamentos e fabricantes diferentes passassem a operar entre si, permitindo uma crescente interoperabilidade e portabilidade entre sistemas, dando flexibilidade e preservando os investimentos dos usuários. A transferência de informação entre um ponto e outro, basicamente, indica que temos um transmissor e um receptor. Nesses dois pontos, podemos Ter tanto pessoas como equipamentos se comunicando e utilizando-se de uma mesma linguagem de comunicação, a qual permite o perfeito entendimento entre ambos. No caso de equipamentos, as regras e linguagem de comunicação utilizada entre ambos são chamadas de protocolo. A comunicação é feita por meio de comandos de programas que são codificados e transmitidos por sinais elétricos. O protocolo de comunicação é um programa de computador que, por meio de um conjunto de regras préprogramadas, permite a transferência de dados entre dois pontos, controlando o envio e recepção, checando a existência de erros na transmissão, confirmando o recebimento, fazendo o controle do fluxo de dados, endereçando as mensagens enviadas e controlando outros aspectos de uma transmissão. Obviamente ambos os equipamentos devem utilizar o mesmo protocolo de comunicação, ou seja, falar a mesma língua.

O protocolo nada mais é do que um programa carregado nos computadores que se comunicam entre si, sendo o responsável pela transmissão, recebimento e checagem das mensagens transmitidas e recebidas. Os protocolos de comunicação dão, portanto, uma maior segurança na transmissão de dados entre computadores, fazendo com que os dados transmitidos sejam aceitos somente se estiverem corretos, sem erros de transmissão. O tipo de informação (dados) transmitida pode ser:

1. Arquivos de dados;
2. Mensagens;
3. Voz e imagem digitalizada transmitida como os dados.

São cinco os elementos fundamentais de qualquer processo de comunicação:

1. A fonte de informação (emissor ou origem das informações que se deseja transmitir);
2. A informação (são as informações que se deseja transmitir, dados arquivos em geral);
3. O meio (via ou canal ou veículo pelo qual a informação é transmitida entre fonte e destino);
4. O destino da informação (receptor).
5. O Protocolo de comunicação (são as regras que regem a comunicação).

Algumas vezes, dependendo do meio de comunicação ou do próprio receptor ou transmissor, são necessárias interfaces para facilitar a comunicação.

A informação é transmitida por um meio de comunicação. Uma das formas mais comum e conhecida de transmissão de uma mensagem é pelo som, o qual é irradiado pelo ar, ou seja, nesse tipo de comunicação o meio de transmissão é o ar, sendo o meio de transmissão o ar no qual a informação se propaga por meio de ondas sonoras. O som é o sinal irradiado que faz o ar vibrar e transmitir o sinal.

Na comunicação entre equipamentos, por estarmos num meio chamado elétrico, o meio de comunicação mais comum é o fio de metal, por intermédio do qual o sinal elétrico se propaga, levando consigo a informação. Numa transmissão de dados digitais por meio de fios, a informação é representada por sinais elétricos no formato de pulsos.

Além de transmissão por fios e cabos, que são meios sólidos, podemos também transmitir informações por ondas eletromagnéticas que são as transmissões por: radio, microondas e satélite. A transmissão de dados também pode ser feita através de fibras ópticas, utilizando variações na intensidade da luz como sinal, o que permite a transmissão de dados a altíssimas velocidades. O tipo de transmissão mais conhecido entre os usuários de computadores residenciais é a transmissão por conexões telefônicas, utilizando-se de Modem. Os Modems são pequenos aparelhos que fazem a adequação do sinal digital do computador em sinal analógico para possibilitar a utilização da linha telefônica. O Modem recebe o sinal digital do computador e coloca-o dentro de uma onda com a freqüência necessária para a transmissão através da linha telefônica, esse processo é chamado de modulação.

Até o início da década de 60, os computadores eletrônicos eram utilizados apenas de forma isolada, isto é, sem oferecer oportunidade de exploração a qualquer usuário remotamente situado.

O constante e ultra-rápido aperfeiçoamento dos recursos científicos e tecnológicos gerou, já na primeira metade daquele decênio, a possibilidade desse acesso remoto. Pouco mais de dez anos após o advento da industrialização do computador, portanto, tornou-se possível uma das mais poderosas formas de seu emprego: o teleprocessamento, base da comunicação de dados, verdadeira associação entre técnicas de processamento de dados e de telecomunicações.

O teleprocessamento e, consequentemente, a comunicação de dados envolve os meios e os equipamentos especializados para transporte de qualquer informação que, originada em um local, deva ser processada ou utilizada em outro local. Hoje os recursos do teleprocessamento (TP), além de amplamente diversificados, oferecem crescentes índices de qualidade e, portanto, confiabilidade.

• Telecomunicação – é um processo de comunicação que utiliza como veículo de transmissão linhas telegráficas, telefônicas, microondas ou satélites.
• Teleprocessamento – processamento de dados à distância, utilizando-se de recursos de telecomunicações.

bit, byte, caractere e bloco/mensagem

Bit (Binary Digit) - é a menor unidade de informação binaria, digital ou do computador:
ligado - valor 1 - desligado - valor 0

Byte - conjunto de 8 bits (padrão de armazenamento); Caractere - conjunto de “n” bits representando uma letra, um número ou um símbolo conforme o código de representação utilizado (ASCII, EBCDIC, Baudot, BCD, ANSI) Ex: caracter A (ASCII - 8) = (01000001)2 = (41)16 Bloco/mensagem - conjunto de caracteres representando uma informação Ex: FUNDAMENTOS

Obs: o que trafega no meio de transmissão é bit (aceso/apagado, ligado/desligado)

O sinal elétrico digital ou binário do computador é na verdade um sinal em formato de um trem de pulsos, ou seja, uma seqüência de pulsos, 1s ou 0s, saltando de um valor ao outro instantaneamente no formato de uma onda quadrada, que se repetem em uma seqüência baseada no tipo de informação palavra ou byte.

O sinal elétrico analógico possui uma variação constante e estável conhecida como onda senoidal, a onda senoidal possui um padrão que se repete e é chamado de ciclo, possui também uma amplitude que é a altura da onda, medida em volts no caso de ondas elétricas.

Sendo o sinal analógico uma onda que varia continuamente e é transmitida por diversos meios, ela está mais sujeita a distorções, atenuações e ruídos ao longo da transmissão. Isto faz com que as transmissões analógicas tenham uma qualidade que varia de acordo com o meio e com os equipamentos que estão sendo utilizados para sua transmissão e tratamento. O sinal elétrico analógico, normalmente, não possui uma freqüência fixa e sem variações. O sinal varia dentro de uma faixa de freqüência, ou seja, ora suas ondas têm um ciclo menor, ora tem um ciclo maior no tempo.

Como exemplo, citamos a voz humana que apresenta uma variação de sua freqüência variando desde 90 Hz a 1150 Hz. A média de freqüências produzidas pela voz humana numa conversação corrente é de 150 Hz para os homens e 250 Hz para as mulheres. A voz feminina por ser mais aguda ou fina possui frequência mais elevada.

Para transmitirmos a voz humana, precisamos de uma faixa de freqüência entre 90 Hz e 1150Hz. O meio de transmissão do sinal deve ser capaz de deixar passar toda a faixa de freqüência necessária para que não haja perda na qualidade do sinal. O meio de transmissão deve, portanto, Ter uma “faixa de passagem” ou “banda passante” que permita a passagem de todas as frequências que o sinal tenha.

A taxa em que podemos enviar dados sobre um canal é proporcional à largura de banda do canal. Mas o que significa largura de banda (bandwidth)? O termo largura de banda considerando o mundo informática representa a capacidade (ou taxa) de transmissão do canal, ou serviço especializado (speedy) expresso em bps (bits por segundo), é um valor nominal da capacidade de transmissão de um meio (fio metálico, fio de fibra óptica, um enlace de radio, um serviço WI-FI etc.

Já o Throughput representa a capacidade (ou taxa) de transmissão instantânea (ou real) do meio ou serviço especializado em um determinado momento. Ex: O serviço ADSL (Speedy) 500 tem largura de banda de 500Kbps (500000 bits por segundo), mas seu throughput (taxa instantânea de transmissão) irá variar durante o dia entre diferentes valores, tipo as 15:20 da tarde, o serviço permite trafegar dados a 458Kbps

Exemplos de larguras de bandas de frequências:

Existem, basicamente, três tipos de meios de transmissão de dados:

1. Transmissão por fios metálicos ou cabos de cobre, na qual os dados são transmitidos por sinais elétricos que se propagam pelo fio metálico, entre eles podemos citar.

Par de fios. Dois condutores de cobre trançados revestidos individualmente de material isolante elétrico, normalmente PVC. Podem suportar transmissões com velocidade de 10 Mbps a até 100 Mbps com baixo custo. Apresentam impedância de 600  (Ohms) e utilizam conectores do tipo RJ11 (para 4 vias - ligação telefônica).

Cabo de pares. Conjunto de pares de fios reunidos, isolados com papel, PVC ou polietileno (cabo múltiplo). Sua construção abrange 7 categorias com diferentes capacidades de transmissão, de 1Mbps (categoria 1) até 100Mbps (categoria 5). Apresentam impedância de 100  (UTP) e 150  (STP), mas utilizam um conector maior o RJ45 (8 vias);

O cabo de par trançado é composto por pares de fios. Os fios de um par são enrolados em espiral a fim de, através do efeito de cancelamento, reduzir o ruído e manter constante as propriedades elétricas do meio por toda a sua extensão. O efeito de cancelamento reduz o nível de interferência eletromagnética / radiofrequência. Podemos dividir os pares trançados entre aqueles que possuem uma blindagem especial (STP - Shielded Twisted Pair) e aqueles que não a possuem (UTP - Unshielded Twisted Pair).

Um cabo STP, além de possuir uma malha blindada global que confere uma maior imunidade às interferências externas eletromagnética/radiofrequência, possui uma blindagem interna envolvendo cada par trançado componente do cabo cujo objetivo é reduzir a diafonia. Um cabo STP geralmente possui dois pares trançados blindados, uma impedância característica de 150 Ohms e pode alcançar uma largura de banda de 300 MHz em 100 metros de cabo.

Vale observar que, ao contrário do que acontece com cabos coaxiais, a blindagem nos STPs de 150 Ohms não faz parte do caminho percorrido pelo sinal mas é aterrado nas suas duas extremidades. Isto tem a vantagem de possibilitar uma taxa de sinalização muito alta, com poucas chances de distorção do sinal mas, por outro lado, tal tipo de blindagem ocasiona uma perda do sinal que exige um espaçamento maior entre os pares de fios internos ao cabo e a blindagem. O cabo de par trançado sem blindagem (UTP) é composto por pares de fios, sendo que cada par é isolado um do outro e todos são trançados juntos dentro de uma cobertura externa. Não há blindagem física no cabo UTP; ele obtém sua proteção do efeito de cancelamento dos pares de fios trançados. O cabo de par trançado sem blindagem projetado para redes, mostrado na figura abaixo, contém quatro pares de fios de cobre sólidos modelo 22 ou 24 AWG. O cabo tem uma impedância de 100 ohms. O cabo de rede UTP tem um diâmetro externo de 1,17 polegadas ou 4,3 mm. Com o aumento das taxas de transmissão, cabos de par trançado de melhor qualidade foram sendo produzidos.

A EIA/TIA (Electronic Industries Association/Telecommunication Industry Association) realizou a tarefa de padronização dos cabos UTP através da recomendação 568. Os cabos UTP foram divididos em 7 categorias no que se refere a:

• taxas de transmissão e qualidade do fio, sendo que as classes 3, 4 ,5 e 5e suportam respectivamente as taxas abaixo indicadas.
• bitola do fio, especificada em AWG (American Wire Guage), onde números maiores indicam fios com diâmetros menores;
• níveis de segurança, especificados através de regulamentação fornecida pelos padrões reguladores da Underwriter Laboratories (UL).

tipos: o par trançado pode ser classificado em:

- não-blindado (UTP - Unshielded Twisted Pairs) - par trançado comum;
- blindado (STP - Shielded Twisted Pairs) – possui proteção “blindada” protegendo os fios

Linhas de energia AC ou alta tensão. Podem ser utilizadas para telecomunicações ou trafegar sinais de Internet (sinais de telefonia, telegrafia, sinal de dados etc.), tecnologia identificada como PLC (Power Line Comunications), que utilizando pequenos módulos moduladores permite trafegar dados inclusive de uma rede de computadores.

Cabo coaxial. Cabo constituído por um condutor (fio de cobre) interno cilíndrico, no qual é injetado o sinal, envolvido por um isolante (Polietileno ou PVC) separando-o do outro condutor (malha) externo. Esta malha metálica que envolve o primeiro conjunto tem a função de evitar a irradiação e a captação de sinais. O cabo coaxial tem um custo maior que o par trançado devido a sua forma de construção, que permite transmissão a velocidades maiores, dezenas de megabits, que o par trançado. Possui impedância elétrica na faixa de 50  (Ohms) e 75  (Ohms), e utilizam conectores do tipo BNC.

2. Transmissão através de fibras ópticas, na qual os dados são transmitidos por sinais luminosos que se propagam pelo vidro ou plástico, cobrindo longas distâncias sem ruídos e sem serem deteriorados.

Fibras ópticas. O fio de fibra fica no centro do cabo, revestido por uma proteção plástica, sobre a qual temos mais uma camada de fibras de alta resistência, envolvida pelo revestimento externo do cabo. Apresenta altíssima capacidade de transmissão, podendo transportar sinais na faixa de 194000 Gbps, 231000 Gbps e 353000 Gbps (Gigabits/s). Podem ser de dois tipos: Multímodo (62,5/125 mícron), que aceita a aplicação de vários sinais (raios de luz) com diferentes ângulos de entrada e Monomodo (8,3/125 mícron) para apenas um sinal (raio de luz).

3. Transmissão por irradiação eletromagnética (ondas de radio), em que os dados são transmitidos por sinais elétricos irradiados por antenas através do espaço.

Os pacotes são transmitidos através do ar, em frequências de microondas; A comunicação se dá através da irradiação do sinal por uma antena e que é captado por uma outra que necessariamente deve estar visível; exige que se tenha uma visada direta entre a antena transmissora e a receptora;

A velocidade pode atingir 2Mbps, 10 Mbps, ... Nesse tipo de transmissão, a distância máxima entre as antenas é de 50 Km; caso a distância seja maior, ao longo do trajeto será necessário estações repetidoras que recebam e retransmitam as ondas;

Enlace de rádio. Os sinais modulados são transmitidos pela antena de um equipamento de rádio normalmente guia de onda, composta por condutores ocos de seção reta, circular ou retangular, rígidos ou flexíveis, que guiam as ondas de rádio de freqüências muito altas em direção da antena do equipamento receptor. Esta capta o sinal e o conduz ao equipamento receptor completando a ligação rádio ou através de antenas parabólicas que realizam a comunicação via satélites. Operam com frequências desde os 900MHz, 2,4 GHz e 18GHz

vantagem: uma alternativa para transmissões onde não é viável a instalação de cabos (mais barato construir duas torres com distância de 50 km do que cavar trincheiras para embutir um cabo ou fibra;

desvantagens: - segurança: a informação pode ser capturada por outras pessoas; - interferência (provocada por fontes que geram sinais na mesma banda de frequência da rede): pode ser afetada por tempestades ou outros fenômenos atmosféricos;

Os pacotes são transmitidos através do ar, em frequências de rádio (Khz a Ghz); Possibilidade de transmitir dados unidirecional na faixa VHF: usando sub-portadora de rádio FM (ex.: broadcasting – difusão de cotações do mercado financeiro) Útil para ambientes de rede local móvel ou locais de difícil acesso (impossibilidade de instalação de cabos) Segurança – não existe fronteira para um sinal de rádio (podem ser captadas por um receptor não autorizado), solução: usar criptografia para garantir privacidade. Interferência: é possível ocorrer se forem geradas na mesma banda de frequência da rede. ex.: radares, motores elétricos, dispositivos eletrônicos, etc.

O satélite tem a mesma função das estações repetidoras nos sistemas de microondas: um grande repetidor de ondas no céu; Normalmente os satélites são geoestacionários e estão localizados aproximadamente a 36.000 km de altitude (por estarem em uma velocidade relativa á da Terra, eles são aparentemente fixos em relação a um ponto na superfície terrestre - período de translação em torno da Terra é de 24 horas); A órbita geoestacionária é limitada (os satélites não podem ficar muito próximos entre si para não gerar interferência) e é controlada pelo ITU - União Internacional de Telecomunicações; Permite fornecer serviços de comunicação com alto grau de confiabilidade e disponibilidade; O custo dos enlaces por satélite independe da distância, sendo usado mais comumente em comunicação de longa distância; A transmissão por satélite é dividida em canais - ex.: o Brasilsat I está equipado com 24 canais de rádio, permitindo até 12.000 ligações telefônicas simultaneamente; O satélite divide sua banda em transponders: - subsistemas de comunicações, funciona como um repetidor

- GEO – órbita geo-estaionária (36.000 km) ex: Embratel / Brasilsat – 4 satéites - LEO – órbita baixa (150 a 1.500 km) ex: Projeto Iridium da Motorola – 60 satélites cobrindo todo o planeta.

Wi-Fi, serviço de rede sem fio, usado em Hot Spots, disponibilizado com varias capacidades de transmissão, de acordo com o padrão utilizado (IEEE 802.11 b – banda de 11 Mbps, IEEE 802.11g – 54 Mbps, IEEE 802.11a – 54 Mbps ou até 108 Mbps com adaptações).

BlueThooth, sistema wire-less com capacidade de transmissão de até 720 Kbps, mas com pequena área de cobertura, inferior a um raio de 10 metros.

GPRS (GSM), serviço de conexão oferecido pelas operadoras de telefonia celular, com capacidade ou banda de 115 Kbps, oferece a mesma área de cobertura do serviço de telefone celular, mas pode apresentar grande instabilidade em áreas mais afastadas.

EDGE (GSM), serviço de conexão oferecido pelas operadoras de telefonia celular, apresenta capacidade ou banda de 384 Kbps, oferece a mesma área de cobertura do serviço de telefone celular, mas pode apresentar grande instabilidade em áreas mais afastadas.