Apostila Introdução à Comunicação de Dados e Redes de Computadores (versão PDF gratuita na Loja Virtual de TI)

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Resumo:

O foco da apostila é tratar de alguns assuntos considerados fundamentais no estudo de comunicação de dados e redes de computadores.

Foi utilizada como material complementar na disciplina de Redes de Computadores e de Comunicação de Dados em instituições de ensino médio e superior.

Edição 5.2 rev1. PDF. 2017. 340 páginas A4.

O comprador do apostila versão paga recebe o arquivo com as respostas dos exercícios.

Sumário:

PARTE 1 CONCEITOS DE TELECOMUNICAÇÕES E COMUNICAÇÃO DE DADOS.. 13

CAPÍTULO 1 COMUNICAÇÃO – CONCEITOS BÁSICOS.. 14

1.1 PROCESSOS DE COMUNICAÇÃO.. 14

1.1.1 Mensagem.. 14

1.1.2 Sinal e Informação. 15

1.1.3 Sinal 15

1.1.4 Informação. 15

1.1.5 Informação e Sinal 15

1.1.6 Qualidade de Sinal e de Informação. 16

1.1.7 Representação da Informação. 16

1.2 SINAIS.. 17

1.2.1 Sinal Analógico. 17

1.2.2 Sinais Digitais. 17

1.3 CODIFICAÇÃO DIGITAL. 18

1.3.1 Baud. 18

1.4 BANDA.. 18

1.4.1 Banda Passante. 18

1.5 SÉRIE DE FOURIER.. 19

1.5.1 Componentes de um Sinal 19

1.5.2 Domínio do Tempo e da Frequência. 19

1.5.3 – Um Pulso Retangular Representado nos Domínios do Tempo e Frequência. 19

1.5.4 Resumo dos Conceitos de Decomposição de Sinais. 20

1.6 TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS EM MEIOS FÍSICOS.. 20

1.7 BANDA PASSANTE E LARGURA DE BANDA.. 21

1.8 DISTORÇÃO DE SINAIS PELA FILTRAGEM DE FREQUÊNCIAS NO MEIO FÍSICO   21

1.9 CURVA DE GANHO PARA CADA FREQUÊNCIA EM UM MEIO FÍSICO.. 22

1.10 BANDA PASSANTE DOS MEIOS FÍSICOS.. 22

1.10.1 – Banda Passante Necessária. 23

1.10.2 Banda Passante Necessária Mínima. 23

1.11 TEOREMA DE NYQUIST. 23

1.11.1 Capacidade Máxima de um Canal 23

1.11.2 Relação entre Velocidade e Banda Passante. 24

1.12 DISTORÇÃO DE SINAIS.. 24

1.13 FONTES DE RUÍDOS.. 24

1.13.1 Ruído Térmico. 25

1.13.2 – Ruído de Intermodulação. 25

1.13.3 Ruído de Crosstalk. 25

1.13.4 Ruído Impulsivo. 25

1.14 QUANTIFICAÇÃO DO RUÍDO.. 25

1.15 LEI DE SHANNON.. 26

1.15.1 Lei de Shannon – Exemplo. 26

1.16 ATENUAÇÃO.. 26

1.16.1 Repetidores de Sinal 27

1.17 ECOS.. 27

1.18 INFORMAÇÃO X RUÍDO X LARGURA DE BANDA.. 27

CAPÍTULO 2 MODULAÇÃO.. 29

2.1 CONCEITOS.. 29

2.1.1 Modulação. 29

2.1.2 O porquê da modulação. 29

2.1.3 “Modulação” e “Modem” 29

2.2 TIPOS DE MODULAÇÃO.. 30

2.2.1 Modem analógico. 31

2.2.2 Modulação analógica. 31

2.2.3 Um portadora típica e suas propriedades. 31

2.3 O limite Nyquist & Portadoras em Linhas Telefônicas. 34

2.4 As técnicas (ou tipos) de modulação convencionais. 35

2.4.1 ASK (Amplitude Shift-Keying) ou Modulação por Amplitude. 35

2.4.2 FSK (Frequency Shift-Keying) ou Modulação por Frequência. 36

2.4.3 PM (Phase Modulation) ou Modulação por Fase. 38

2.5 TÉCNICAS COMBINADAS DE MODULAÇÃO.. 41

2.5.1 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM – Quadrature Amplitude Modulation. 42

2.5.2 Modulação Codificação em Treliça (Trellis Codification Modulation – TCM) 44

2.5.2.1 Técnica de Detecção Viterbi 45

2.5.3 Modulação em código de pulso (Pulse Code Modulation – PCM) 47

CAPÍTULO 3 MULTIPLEXAÇÃO.. 48

3.1 INTRODUÇÃO.. 48

3.2 TIPOS DE MULTIPLEXAÇÃO.. 48

3.2.1 Multiplexação por Divisão de Frequência (Frequency Division Multiplexing – FDM) 48

3.2.1.1 Técnica para Realizar a Multiplexação por Divisão de Frequência. 49

3.2.1.2 Multiplexação na Frequência de Dois Sinais de Voz. 49

3.2.2 Multiplexação por Divisão de Tempo (Time Division Multiplexing – TDM) 50

3.2.2.1 TDM Síncrono. 51

3.2.2.1.1 Canal 52

3.2.2.1.1.1 Canais Dedicados e Chaveados. 52

3.2.2.1.1.2 Canal Chaveado. 53

3.2.2.1.1.3 Canal Dedicado. 53

3.2.2.1.1.4 Chaveamento de Circuitos. 53

3.2.2.2 TDM Assíncrono. 53

3.2.3 CDMA.. 54

3.3 MULTIPLEXADOR X ACESSO MÚLTIPLO.. 54

3.4 HIERARQUIAS DE TRANSMISSÃO DIGITAL. 54

3.4.1 PDH.. 54

3.4.1.1 Hierarquia de Sinais Europeia e Hierarquia de Sinais Americana. 55

3.4.1.1.1 Hierarquia de Sinais T1  (Hierarquia Americana) 55

3.4.1.1.2 Hierarquia de Sinais E1  (Hierarquia Europeia) 56

3.4.2 SDH.. 56

3.4.2.1 Tendências das Redes SDH.. 58

3.4.2.2 Glossário sobre Modulação. 59

CAPÍTULO 4 MODELOS DE REFERÊNCIA DE INTERCONEXÃO OSI E TCP/IP.. 60

4.1 O MODELO OSI/ISO.. 60

4.2 RESUMO DESCRITIVO DAS CAMADAS DO MODELO DE REFERÊNCIA OSI 66

4.3 O MODELO DE REFERÊNCIA TCP/IP.. 67

4.3.1 Camada Host/Rede (Camada Física/Enlace no modelo OSI) 68

4.3.2 Camada Inter-Rede (Camada de Rede no modelo OSI) 68

4.3.3 Camada de Transporte. 68

4.3.4 Camada de Aplicação. 69

4.4 HISTÓRIA DO TCP/IP.. 69

4.5 CONCEITO DO TCP/IP.. 72

4.6 INTERCONEXÃO TCP/IP  – O QUE É TCP/IP?. 72

4.6.1 Um conjunto de protocolos de interconexão. 73

4.6.2 Aplicações de rede que usam os protocolos de interconexão. 73

4.6.3 Interconexão de Redes. 73

4.7 AS QUATRO CAMADAS DO TCP/IP (modelo original) 74

4.7.1 Encapsulamento. 76

4.7.2 Demultiplexação. 76

4.7.3 Fragmentação. 76

4.8 Comparação entre os Modelos de Referência OSI e TCP/IP.. 77

4.9  CRÍTICAS AOS MODELOS DE REFERÊNCIA.. 78

4.10 PROTOCOLOS PADRÕES DE CADA MODELO.. 79

4.11 TENDÊNCIA DO MODELO TCP/IP QUANTO AO NÚMERO DE CAMADAS.. 80

CAPÍTULO 5 MEIO DE TRANSMISSÃO.. 82

5.1 INTRODUÇÃO.. 82

5.2 TERMINOLOGIA.. 83

5.3 TIPOS DE MÍDIAS MAIS UTILIZADAS EM TELECOMUNICAÇÕES.. 83

5.3.1 Meios físicos guiados. 83

5.3.1.1 Pares metálicos. 83

5.3.1.1.1. Tipos de Transmissão. 85

5.3.1.1.2. Fenômenos de Transmissão. 85

5.3.1.1.3. Tipos de Cabos. 85

5.3.1.1.4. Vantagens. 85

5.3.1.1.5. Desvantagens. 86

5.3.1.1.6. Aplicações. 86

5.3.1.2 Cabos Coaxiais. 87

5.3.1.2.1 Tipos de Cabos Coaxiais. 88

5.3.1.2.1.1 Cabo Coaxial Banda Larga. 88

5.3.1.2.1.2 Cabo Coaxial Banda Base. 89

5.3.1.2.2 Vantagens do Cabo Coaxial  sobre o par trançado. 90

5.3.1.2.3 Desvantagens do Cabo Coaxial 91

5.3.1.2.4 Aplicações típicas. 91

5.3.1.3 Fibras Ópticas. 91

5.3.1.3.1 Vantagens das Fibras Ópticas. 93

5.3.1.3.2 Desvantagens das Fibras Ópticas. 94

5.3.1.3.3 Instalação. 94

5.3.1.3.4 Aplicações. 94

5.3.1.3.5 Transmissores e Receptores Ópticos. 95

5.3.1.3.5.1 Transmissores. 95

5.3.1.3.5.2 Receptores. 95

5.3.1.3.6 Conectores Óticos. 96

5.3.2  Meios físicos não guiados (Transmissão de Dados Sem Fio) 96

5.3.2.1 Sistema Rádio. 97

5.3.2.1.1 Propagação das ondas de rádio. 99

5.3.2.2 Micro-ondas. 102

5.3.2.2.1 Vantagens das Micro-ondas. 102

5.3.2.2.2 Desvantagens de Micro-onda. 103

5.3.2.2.3 Aplicações típicas. 103

5.3.2.3 Satélite. 103

5.3.2.3.1 Vantagens de Transmissão por Satélite. 104

CAPÍTULO 6 INTRODUÇÃO À COMUNICAÇÃO DE DADOS.. 106

6.1 TRANSFORMANDO DADOS EM INFORMAÇÃO.. 108

6.2 COMUNICAÇÃO DE DADOS.. 109

6.2.1 Códigos Digitais Binários. 110

6.2.2 Representando dados. 110

6.2.3 Códigos – Adicionando Significado para os Bits. 111

6.2.4 Representação de Caráter ASCII 111

6.3 FUNÇÕES DA COMUNICAÇÃO DE DADOS.. 112

6.3.1 – I – Transmissão de dados. 112

6.3.2 – II – Adaptação (força e conversão) 116

6.3.3 – III – Detecção e Correção de Erros. 121

6.3.4 – IV – Estabelecimento e controle da comunicação. 123

CAPÍTULO 7 TRANSMISSÃO SERIAL ASSÍNCRONA E SÍNCRONA.. 125

7.1 DEFININDO OS TERMOS ASSÍNCRONO E SÍNCRONO.. 125

7.2 O PROBLEMA DA SINCRONIZAÇÃO.. 125

7.3 TRANSMISSÃO SERIAL  ASSÍNCRONA.. 126

7.3.1 Taxa de Bit (Bit-rate) e Taxa de Baud (Baud-rate) 129

7.4 TRANSMISSÃO SÍNCRONA.. 130

7.4.1 Características da Comunicação Serial Síncrona. 132

7.4.2 Técnicas de Detecção de Erros. 133

CAPÍTULO 8 MODEMS.. 135

8.1 HISTÓRICO.. 135

8.2 MODEM ANALÓGICO.. 135

8.2.1 O que é o modem?. 135

8.2.2 MODEMs Residenciais. 135

8.2.3 MODEMs Diagrama Funcional 136

8.2.4 Como funciona um modem?. 136

8.2.5 O telefone. 136

8.2.6 O computador e a porta serial 137

8.2.7 Os modems. 137

8.2.8 Como um modem define sua velocidade de transmissão e recebimento?. 137

8.2.9 Velocidade serial x Velocidade modem.. 138

8.2.10 Modulação e Demodulação. 139

8.2.11 A modulação. 139

8.3 PADRÕES TÍPICOS MODEMS ANALÓGICOS.. 140

8.4 CURVA DE RESPOSTA DE FREQUÊNCIA DOS MODEMS.. 141

8.5 MODEMS DIGITAIS.. 142

8.5.1 Características. 143

8.5.2 Técnicas de Codificação Modems Digitais. 143

8.5.2.1 Codificação AMI 144

8.5.2.2 Codificação HDB-3. 144

8.5.2.3 Codificação Miller 146

CAPÍTULO 9 INTERFACES DE DADOS.. 147

9.1 INTERFACE RS232C / EIA232. 147

9.2 RECOMENDAÇÃO V.24 (RECOMENDAÇÃO FUNCIONAL) 151

9.3 RECOMENDAÇÃO V.28 (RS 232) 154

9.4 COMUNICAÇÃO SÍNCRONA X ASSÍNCRONA NA RS232. 155

9.5 RS-422, RS-485, V.11 E OUTRAS INTERFACES EQUILIBRADAS.. 155

9.6 RECOMENDAÇÃO V.35. 157

9.6.1 Interface digital V.35. 158

9.6.2 Características dos circuitos balanceados. 160

9.7 RECOMENDAÇÃO V36. 160

9.7.1 Pinagem RS449 / V.11. 161

9.7.2 Interface Principal RS449 (V-36) 161

9.7.3 Interface Secundária EIA-449 (V-36) 162

9.8 OUTROS DISPOSITIVOS SERIAIS (NÃO ASSÍNCRONOS EIA-232) 162

9.8.1 Sucessores do EIA-232. 162

9.8.2 EIA-422-A (equilibrado) e EIA-423-A (desequilibrado) 162

9.8.3 EIA-485. 163

9.8.4 EIA-530. 163

9.8.5 EIA-612/613. 163

9.9 OUTRAS RECOMENDAÇÕES.. 163

9.9.1 RECOMENDAÇÃO G.703. 163

9.9.2 Interface RJ-45. 165

9.9.3 Recomendação G.957. 165

9.10 Equivalência Funcional dos Sinais de Interfaces. 165

CAPÍTULO 10 PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO.. 167

10.1 PROTOCOLOS ORIENTADOS A BYTE / CARACTER.. 167

10.1.1 Protocolos START/STOP.. 168

10.1.2 Protocolos BSC.. 168

10.2 PROTOCOLOS ORIENTADOS A BIT. 169

10.2.1 Protocolos SDLC.. 169

10.2.2 PROTOCOLO HDLC.. 173

10.2.3 Protocolo X.25. 175

10.2.4 Protocolo ETHERNET. 176

PARTE 2 – REDES DE COMPUTADORES.. 178

CAPÍTULO 11 INTRODUÇÃO À REDE LOCAL DE COMPUTADORES.. 179

11.1 INTRODUÇÃO.. 179

11.2 REDES DE COMPUTADORES.. 180

11.3 MODOS DE OPERAÇÃO.. 184

11.4 INTRODUÇÃO ÀS REDES LOCAIS DE COMPUTADORES.. 185

11.5 Componentes de uma rede Local (Local Area network – LAN). 188

11.6 INTERCONEXÃO DE REDES.. 188

11.6.1 Básico de Interconexão de Redes. 188

11.7 Quando as Ethernets Se Tornam Muito Lentas. 201

11.8 Frame Padrão Ethernet 202

11.8.1 Frame padrão Ethernet completo. 203

CAPÍTULO 12 CAMADA DE ENLACE.. 204

12.1 PROTOCOLO ETHERNET (REDE LOCAL) 204

12.1.1 Ethernet: Acesso CSMA –CD.. 205

12.1.2 Protocolo Ethernet e as Camadas OSI 207

12.1.3 Bridges X Switches X Hubs. 208

12.1.4 Formato do quadro Ethernet 210

12.1.5  Sequência de transmissão. 212

12.1.6  O pior caso de colisão em rede semi-duplex. 213

12.1.7  Quadro Ethernet e extensão da rede. 214

12.2 PROTOCOLO HDLC (WAN) 216

CAPÍTULO 13 – CAMADA DE REDE – IP.. 220

13.1 COMO SURGIU O PROTOCOLO IP.. 220

13.2  TCP/IP NETWORKING – ENDEREÇAMENTO IP.. 220

13.3 FORMATO BÁSICO DO ENDEREÇAMENTO IP.. 222

13.4 REGISTRANDO ENDEREÇOS IP.. 222

13.5 CLASSES DE ENDEREÇO IP.. 223

13.6 MÁSCARA DO ENDEREÇAMENTO IP.. 225

13.7 TCP/IP NETWORKING – ROTEAMENTO E TCP/IP.. 226

13.8 PROTOCOLOS DE ROTEAMENTO.. 231

13.9 ESTRUTURA TCP/IP DA MICROSOFT. 232

13.10 Programas e Utilitários TCP/IP.. 234

13.11 AS QUATRO CAMADAS PRINCIPAIS DO SUITE DE PROTOCOLO TCP/IP.. 235

13.11.1 Camada de Interface de rede (Network Interface Layer) 236

13.11.2 Camada de Internet (Internet Layer) 236

13.11.3 Camada de Transporte (Transport Layer) 236

13.11.4 Camada de aplicação (Application Layer) 236

13.12 Estrutura Básica do Cabeçalho Pacote IPv4. 237

13.13 IP e Roteamento. 237

13.14 RESUMO DE PROTOCOLOS DO TCP/IP.. 244

13.15 CABEÇALHO DO PROTOCOLO IP Versão 4 (IPv4) 245

13.16 PROTOCOLO IPV6. 247

13.17 NOMES DAS CAMADAS E NÚMEROS DAS CAMADAS DO TCP/IP.. 250

CAPÍTULO 14 CAMADA DE TRANSPORTE.. 252

14.1 PORTAS E SOCKETS.. 252

14.1.2 Sockets. 254

14.2 USER DATAGRAM PROTOCOL (UDP) 256

14.2.1 Formato do datagrama UDP.. 257

14.2.2 Interface de programa da aplicação UDP.. 258

14.3 Protocolo de Controle de transmissão (TCP) 258

14.3.1 Conceito do TCP.. 259

14.3.1.1 O princípio da janela. 260

14.3.1.2 O princípio da janela aplicado ao TCP.. 263

14.3.1.3 TCP formato do segmento. 264

14.3.1.4 Reconhecimentos e retransmissões. 269

14.3.1.5 Estabelecimento de uma conexão TCP.. 270

14.3.2 Interface programação da aplicação TCP.. 271

14.3.3 Algoritmos de controle de congestionamento do TCP.. 272

14.3.3.1 Slow Start 273

14.3.3.2 Prevenção de Congestionamento (Congestion Avoidannce) 274

14.3.3.3 Retransmissão Rápida (Fast Retransmit) 276

14.3.3.4 Recuperação Rápida. 277

CAPÍTULO 15 CAMADA DE APLICAÇÃO – TELNET, FTP, HTTP, etc. 279

15.1 TELNET. 282

15.2 FTP (FILE TRANSFER PROTOCOL) 284

15.3 DNS : DOMAIN NAME SYSTEM.. 290

15.3.1 Introdução. 290

15.3.2 Navegando na WEB utilizando o Sistema de Nome de Domínio  (DNS) 291

15.4 HTTP (HYPER TEXT TRANSFER PROTOCOL) 292

15.5 SMTP.. 297

15.6 POP3. 302

15.7 IMAP.. 307

15.8 SNMP (SIMPLE NETWORK MANAGEMENT PROTOCOL) 307

15.9 UTILITÁRIOS DA CAMADA DE APLICAÇÃO.. 310

15.9.1 Ping. 310

15.9.2 Ipconfig. 310

15.9.3 Ipconfig /all 310

15.9.4 Netconfig. 310

15.9.5 Arp –a. 310

15.9.6 Route. 310

15.9.7 Tracert (Windows)  ou Trace route (Linux) 310

15.9.8 Hostname. 311

15.9.9 Netstat 311

CONSIDERAÇÕES FINAIS.. 312

BIBLIOGRAFIA.. 313

ANEXO A UNIDADES DE MEDIDAS.. 315

ANEXO B EXEMPLOS CÁLCULO CAPACIDADE MÁXIMA DE MEIO DE TRANSMISSÃO   316

ANEXO C ENDEREÇAMENTOS IP.. 318

ANEXO D UTILITÁRIOS TCP/IP.. 319

ANEXO E PRINCIPAIS COMANDOS ROTEADORES CISCO.. 320

ANEXO F EXERCÍCIOS.. 322

APÊNDICE A – CADASTRO NO BLOG INFRAESTRUTURA DE REDES.. 334

APÊNDICE B – INDICAÇÕES DE CURSOS ON-LINE/E-BOOKS POR ASSUNTO.. 335

APÊNDICE C – CURSOS ON-LINE DOS AUTORES.. 338

APÊNDICE D – OUTROS E-BOOKS/LIVROS DOS AUTORES.. 339

APÊNDICE E – VIDEOAULAS DOS AUTORES   340


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