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SENAI Servio Nacional de Aprendizagem Industrial

Escola SENAI Antnio Souza Noschese UFP 2.01

RReeddeess ddee AAuuttoommaaoo TTrreeiinnaammeennttoo PPeettrroobbrrss 11 ppaarrttee

Redes de Automao Treinamento Petrobrs SENAI-SP, 2006 Trabalho elaborado pela Escola Senai Antnio Souza Noschese Coordenao Geral Waldemar de Oliveira Jnior Equipe responsvel Coordenao Benedito Loureno Costa Neto Elaborao Carlos Alberto Jos de Almeida Fbio Lobue dos Santos Reviso Rosria Maria Duarte Parada Escola SENAI Antnio Souza Noschese Av. Almirante Saldanha da Gama, 145 CEP: 11030-401 Ponta da Praia Santos-SP Fone (13) 3261-6000 Fax (13) 3261-2394 Internet: [email protected]

Sumrio

Vias de Transmisso de

Sinais Digitais

Redes Topologia

Redes - Dispositivos de

Conexo

Redes Controle de Acesso ao Meio

Protocolos de Comunicao

Conceitos Histria da transmisso de sinais Caractersticas de sistemas de comunicao de dados digitais Transmisso atravs de par condutor Transmisso atravs de sistemas de rdio

Transmisso atravs de fibras pticas

Exerccios

Redes Topologia - Topologia bus - Topologia Anel - Topologia Estrela

Redes - Dispositivos de Conexo - Hub - Repetidor - Bridge - Roteador Exerccios

Polling CSMA/CD Token passing Interrupo Exerccios.

Modelo ISO/OSI Protocolo orientado a caracter ou a bit Transferncia de arquivos

1 2 3

7

9

11

13

14

16

17

19

20

21

22

23 27 29

Comunicao Paralela

Comunicao Serial

Padres Seriais

Deteco de Erros de Comunicao

Formato de Pacotes Sesso de Transmisso Encerramento da Sesso Comunicao Paralela Conector Centronics Comunicao Serial Modos de sincronismo Transmisso sncrona Sentidos de transmisso Padres Seriais Padro RS 232-C Padro RS 422 Padro RS 485 Exerccios Deteco de Erros de Comunicao Paridade de Caracter Paridade de Blocos Mtodo de Paridade CRC Verificao de Redundncia Cclica Exerccios

33 35 37

40

41

42 45 47 48

50

53 54 57

60 61 62 63 64 67

Redes de Automao Treinamento Petrobrs

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1 Vias de Transmisso de Sinais Digitais Conceitos Sinal eltrico:

Chamamos de sinal eltrico a toda diferena de potencial que se manifeste num circuito; caso esse potencial permanea constante no tempo, chamado de sinal contnuo, caso contrrio, chamado de sinal varivel. Um sinal eltrico varivel pode ser classificado, quanto ao modo de sua variao no tempo, em sinal analgico e sinal digital.

Sinais analgicos:

So aqueles para os quais a variao de tenso pode assumir quaisquer valores de tenso entre um instante e outro, como por exemplo, um sinal eltrico entregue a um alto - falante por um amplificador de udio.

Sinais digitais:

So aqueles para os quais a variao de tenso permitida dentro de certos valores discretos, ou seja, uma quantidade finita de valores entre dois instantes, como um sinal eltrico proveniente da leitura de um disco laser, por exemplo.

Os sinais digitais podem ser binrios, caso os valores discretos de tenso possveis de serem assumidos sejam apenas dois, como o sinal eltrico utilizando em Lgica Digital TTL que admite apenas dois nveis de tenso, 0v e 5v.

Tipos de sinais.

As vantagens de se utilizar um tipo de sinal sobre outro, para a transmisso de

dados, ir depender apenas da aplicao. Em telecomunicao, utiliza-se muito a transmisso analgica; j em automao industrial mais comum encontrar-se a transmisso digital. Entretanto, com o avano tecnolgico, existe uma certa tendncia a se utilizarem sinais digitais mesmo em sistemas que exibem naturalmente uma caracterstica analgica, como telefone e TV, com o emprego de conversores analgicos - digitais e digitais - analgicos.


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Histria da transmisso de sinais

A disperso do Homem sobre o planeta Terra e a necessidade de se sentir acompanhado conduziu inveno de meios de comunicao distncia. Nos alvores pr-histria o Homem no dispunha seno da voz para comunicar distncia. Depressa se constatou que o alcance da voz era muito reduzido e lanou-se mo da percusso do tambor, segundo um cdigo simples, perdendo qualidade na transmisso, mas ganhando um alcance maior. A utilizao de fogueiras permitia a comunicao a distncias superiores a 20 quilmetros, mas o cdigo era muito elementar e o contedo da mensagem muito incipiente. Uma soluo de compromisso entre qualidade e alcance foi conseguida pela utilizao de estafetas.

Em 1794, Chappe inventa o telgrafo ptico que, utilizando um cdigo elaborado, permitiu a ligao telegrfica regular entre Paris e Lille transmitindo mensagens completas num intervalo relativamente curto, isto se no houvesse nevoeiro, se no fosse noite ou se o encarregado do posto de retransmisso estivesse presente e no se enganasse.

A descoberta da eletricidade permitiu a Samuel Morse inventar o telgrafo "por fios" em 1832. A mensagem completa era transmitida a grandes distncias e instantaneamente, segundo um cdigo binrio (impulsos longos e curtos = traos e pontos), denominado alfabeto Morse. A recepo da mensagem apenas dependia da presena do telegrafista de servio junto do aparelho receptor. O quantitativo de erros estava diretamente correlacionado com a aptido profissional de cada um dos telegrafistas que atuavam como emissor e receptor da mensagem.

Em 1844 construda a primeira linha telegrfica ligando Baltimore e Nova York. Em 1850 realiza-se uma tentativa para lanar um cabo telegrfico submarino entre a Frana e a Inglaterra e, em 1866, a Nova Inglaterra e a Irlanda so ligadas atravs de um cabo telegrfico submarino encurtando-se assim a distncia entre o continente Americano e a Europa.

Em 1876, Graham Bell inventa o telefone permitindo a transmisso da voz distncia sob a forma de impulsos eltricos analgicos. Os utentes passam a emissores e receptores de mensagens em alternncia sobre uma linha telefnica. Cedo se verificou que a distncia a que se podia estabelecer a comunicao telefnica era inferior disponvel no telgrafo de Morse. Esta restrio era devida a fenmenos de auto-induo eltrica e gerao de correntes parasitas que, progressivamente, foram sendo eliminados pela utilizao de novas tcnicas.


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Caractersticas de sistemas de comunicao de dados digitais

Sistemas de comunicao de dados digitais esto baseados no envio de informaes (letras, nmeros ou smbolos especiais) de um ponto a outro atravs da utilizao de sistemas binrios de codificao.

Sinais digitais possuem protocolos, os quais devem possibilitar a correta conversao entre o equipamento emissor e receptor. Essa linguagem comum dada por uma interface, um conjunto de normas e especificaes que determinam as caractersticas do sinal.

Um componente intrnseco sem o qual um sistema de comunicao no se constitui sua via de comunicao. Hoje em dia, em sistemas industriais so utilizadas basicamente trs tipos de vias:

Fios ou pares condutores.

Rdio transmisso.

Fibra ptica.

Transmisso atravs de par condutor

Os cabos eltricos so, em geral, os meios mais utilizados na comunicao de sinais digitais. Possuem caractersticas de construo diferenciada de forma a atender as diversas caractersticas de impedncia exigidas pelos diversos equipamentos disponveis no mercado. Cabo de pares tranados no blindados ( UTP ): Quando sinais CA ou pulsantes so transmitidos em um par de fios de um cabo multipar, possvel que se sobreponham sinais em pares adjacentes. Isto chamado cross-talk. Para prevenir isto, cada par no cabo deve ser tranado. A trana cancelar os sinais no desejados.

Cabo UTP.

Cabo de pares tranados blindados ( STP ):

Tem a mesma caracterstica do cabo UTP, com o acrscimo de um malha de fios metlicos ou material polister metalizado, normal mente combinado com fio de dreno


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com terminao para terra, para se prevenir contra correntes induzidas por componentes eltricos.

Cabo STP.

Cabos coaxiais: Possuem um condutor central envolvido por um condutor externo, tipo tubo. Tem vantagens ntidas sobre pares tranados quando altas freqncias e bandas largas so caractersticas do sistema de transmisso (largura de banda funo do nmero de sinais que devem ser manipulados por uma rede em um dado perodo).

Cabo coaxial.

Cabos coaxiais devem ser manipulados cuidadosamente quando instalados; se o

tubo externo for dobrado ou achatado a impedncia do cabo pode mudar, degradando o sinal. Instalado apropriadamente, tem vida longa e til, transportando grande quantidade de informao, por longas distncias.

Cabos que conduzem sinal eltrico sempre interagem com o mesmo. No importa o tipo de cabo, ou o material que o compem (cobre, prata, ouro, carbono, etc.), no existe cabo eltrico que seja verdadeiramente neutro, que no interfira no sinal. Sinais eltricos so transmitidos atravs das vibraes dos eltrons que compem o cabo. O nmero de eltrons pelo caminho, grau de pureza do material, arranjo molecular, freqncia do sinal e temperatura ambiente so fatores que afetam a propagao em cabos eltricos.

Alm de fatores intrnsecos construo dos cabos, a transmisso pode ser afetada tambm por componentes externos. A todos estes componentes que afetam uma transmisso damos o nome de rudo.

Rudo pode ser definido como um sinal indesejvel que est sempre presente em um sistema de comunicao. Pode ser classificado como:


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Feitos pelo homem (mquinas eltricas, ignio de motores exploso).

Atmosfricos (tempestades (descargas eltricas)).

Interestelares (provenientes do espao, principalmente por exploses solares).

Para reduo dos efeitos causados por rudos, so utilizados os seguintes artifcios:

Uso de blindagens com aterramento adequado.

Filtros.

Escolha correta do local de instalao da rede.

Quando os rudos atingem amplitudes maiores do que as toleradas pelos dispositivos componentes do sistema de comunicao, eventualmente ocorre a queima destes dispositivos. Para prevenir este fato, usualmente instalam-se equipamentos para proteo do sistema, estes equipamentos so, em geral, protetores, acopladores ou isoladores, cada um possui uma caracterstica que sensivelmente o difere dos outros.

Os protetores so desenvolvidos para suprimir provveis surtos que possam se propagar atravs do par condutor da rede de dados. Existem muitos tipos de protetores, alguns deles projetados para queima instantnea aps o sistema ter sido atingido por um surto. Um protetor de surto pode ser ligado ao par condutor de duas formas:

Em srie:

Ligao de um protetor de surto em srie com a via condutora.

A ligao em srie possui o inconveniente da interrupo do circuito em caso de

queima do protetor. Em paralelo:


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Ligao de um protetor de surto em paralelo via condutora.

A ligao em paralelo tem o inconveniente de que, aps a queima do protetor, caso haja novos surtos, no existir proteo ativa.

Protetores de surto.

Os isoladores tm a funo de isolar um determinado circuito externo do equipamento o qual deseja-se proteger, alguns isoladores, como os galvnicos, proporcionam uma certa atenuao a rudos, alm das suas principais funes que so acoplar circuitos que porventura sejam incompatveis e proteger o equipamento.

Isolador galvnico.


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Os acopladores pticos tm a funo bsica de proteger partes sensveis de um dispositivo contra surtos que possam exceder o valor mximo suportvel pelo equipamento, comprometendo assim sua integridade. Em geral, utilizam-se acopladores pticos para proteo de entradas discretas (digitais) de equipamentos. Os acopladores pticos so constitudos basicamente de um foto transistor e um diodo emissor de luz, de forma que o sinal acoplado isolado completamente da fonte emissora.

Placa com acopladores pticos. Transmisso atravs de sistemas de rdio Um sistema de rdio comunicao constitudo basicamente por equipamentos de rdio transcepo e antenas. Em geral, os dados transmitidos modulam portadoras analgicas de faixas de freqncia distintas. Por isto, tambm so utilizados moduladores e demoduladores de dados que muitas vezes so partes integrantes de um mesmo equipamento, constituindo o que podemos chamar de rdio-modem.

Rdio modem industrial.

Atravs de sistemas de comunicao de dados podemos desenvolver muitas topologias, que iro definir algumas caractersticas do sistema de rdio comunicao como velocidade e imunidade a rudo. Basicamente podemos ter as seguintes topologias:


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Sistema de rdio comunicao convencional: O sistema de rdio comunicao convencional possibilita transmisso e recepo

de forma alternada, nunca simultnea. Esta caracterstica deve-se ao fato de os transmissores e receptores do equipamento transceptor trabalharem em uma mesma freqncia. Uma vez emitida uma portadora atravs de um canal de freqncia, este canal no poder ser ocupado, sob o risco de interferncia, at que a transmisso emitida seja concluda. um sistema de transmisso simples, mas que devido a sua simplicidade, exige que o protocolo utilizado trate os sinais de controle para que seja possvel um gerenciamento da transmisso e recepo. O canal de freqncia utilizado no poder ser compartilhado por uma outra rede, o que limita sua extenso de atuao. Sistema de rdio comunicao com utilizao de duas freqncias:

constitudo basicamente pelas mesmas componentes do sistema convencional, porm, os transceptores utilizam freqncias distintas para transmisso e recepo o que possibilita transmisso e recepo simultnea dos dados. Um sistema de rdio comunicao com utilizao de duas freqncias acrescenta velocidade quando comparado aos sistema convencional e tambm demanda um tratamento menos sofisticado dos sinais de controle do protocolo utilizado. Porm, os canais de freqncia utilizados, continuam no podendo ser compartilhados por outras redes, o que limita mais ainda a sua extenso de atuao.

Protetor de surtos para antenas.

Sistema de espalhamento espectral:

Tambm conhecido como spread-spectrum. O sistema de espalhamento espectral tem como principal vantagem o compartilhamento de canais de freqncia com um ndice de interferncia reduzido. Isto conseguido devido ao fato de que o sistema transceptor alterna continuamente os canais de transcepo permanecendo em cada canal por um tempo bem reduzido, o que possibilita que outras redes compartilhem este mesmo canal atravs de um sistema semelhante. Basicamente so utilizadas duas tcnicas:


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Seqncia direta : Onde a o sinal a ser emitido multiplicado por um cdigo pseudo-aleatrio, todos os transceptores do sistema possuem esta mesma tabela de cdigos o que possibilita a codificao do sinal no sistema transmissor e sua posterior decodificao no sistema receptor. Esta tcnica diminui sensivelmente as possveis interferncias por possuir um sistema de correo de erros intrnseco.

Salto de freqncia (frequency hooping): A portadora que carrega o sinal a ser transmitido orientada a saltar atravs de uma nica seqncia entre diferentes freqncias, esta alternncia simultnea entre todos os transceptores do sistema.

Dispositivos que utilizam o espalhamento espectral para difuso de informaes geralmente possuem baixa potncia de transmisso.

Sistema hbrido:

So desenvolvidos a partir da juno de componentes dos sistemas j citados, procurando-se integrar as caractersticas de cada um necessidade do sistema de comunicao.

Um sistema de comunicao atravs de rdios possui uma grande

susceptibilidade a surtos, principalmente de origem atmosfrica que podem, ocasionalmente, atingir a antena do equipamento, para minimizar as perdas em casos como este, fazemos uso de protetores especficos para antenas, que devem ser adquiridos levando-se em conta entre outros fatores, a faixa de freqncia em que o equipamento opera. Transmisso atravs de fibras pticas

A fibra ptica um filamento de vidro com dimetro bastante reduzido, feito de quartzo de alta pureza, com duas partes principais: o ncleo, por onde se propaga a luz, e a casca, que serve para manter a luz confinada no ncleo. As duas camadas tm ndices de refrao diferentes, permitindo que o feixe de luz que entra por uma das extremidades (emitido por um dispositivo externo como, por exemplo, um laser), seja confinado no ncleo e conduzido, com baixssimas perdas, at a extremidade oposta (onde detectado por outro dispositivo externo (como por exemplo, um foto-diodo), que far a converso da energia luminosa, em corrente eltrica). O tamanho do cabo de fibra ptica determina seu modo de operao e suas perdas. Fibras single-mode tm um dimetro muito pequeno em relao casca. Fibras multi-mode tm um ncleo largo em relao casca. Os termos single-mode e multi-mode referem-se ao nmero de caminhos que a luz pode tomar para alcanar o outro lado.


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Modo Ncleo (mm) Casca (mm)

Single-mode 8 125 Multi-mode 50 125 Multi-mode 62.5 125 Multi-mode 100 140

Relao entre ncleos e cascas de fibras pticas.

A fibra ptica praticamente imune s influncias do meio ambiente por onde est

passando (gua, irradiaes, interferncias com outros cabos e com outras fibras). Imunidade total a interferncia eletromagntica (EMI) e interferncia por radiofreqncia (RFI). No gera campos magnticos e eletromagnticos. Insensvel a relmpagos e descargas atmosfricas. Segura mesmo em contato com condutores de alta voltagem, pois totalmente dieltrica. Muito segura contra grampeamento (roubo de informaes) e suporta grandes distncias entre repetidores.

A fibra ptica surgiu para ser a resposta para a maioria das aplicaes industriais. Porm, h ainda o problema do custo. Entretanto, devido fibra ptica possuir uma grande largura de banda com grande imunidade a rudo e capacidade dieltrica e tambm devido a grande diminuio de seu custo nos ltimos anos, ela tem sido recomendada para utilizao em cabos que constituem os barramentos principais (backbones) de redes locais. Entretanto deve-se considerar a sua limitao no uso em barramentos industriais devido a sua incapacidade de suprir energia (alimentao) aos dispositivos de campo.

Conector ptico.

As perdas em sistemas de transmisso que utilizam fibra ptica so em funo de:

Emendas

Conectores

Atenuao causada pelo prprio cabo ptico (impurezas e imperfeies na fibra).


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Exerccios

1.Cite trs vias de comunicao utilizadas na transmisso de dados em redes

industriais.

2.Ao montar uma rede de comunicao com a utilizao de um cabo flat (fios

paralelos), verificou-se que a quantidade de erros nesta rede era muito grande devido

a sobreposio de sinais em linhas adjacentes. Qual a soluo para este tipo de

problema e por que?

3.Devo projetar uma rede de alta velocidade operando em um sistema industrial onde

esta fica susceptvel a indues provenientes de equipamentos de cho de fbrica,

quais os cabos que tenho como opo?

4.Cite os fatores que afetam a propagao de sinais em cabos eltricos.

5. Como pode ser definido e classificado o rudo em cabos de comunicao?


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6. Em uma rea porturia existem equipamentos de carga e descarga do tipo

transtainer que operam equipamentos atravs de pontes rolantes. A comunicao

entre a unidade de controle localizada na base do transtainer e a parte mvel do

equipamento feita atravs de cabos que precisam ser trocados constantemente

devido a rompimentos. Foi solicitada a soluo para o problema de troca de

informaes entre as unidades fixa e mvel do equipamento. Resolva tecnicamente

a proposta levando em conta que a distncia entre os equipamentos de quinze

metros e h grande interferncia de rdio freqncia na regio por ser uma rea

porturia.

7. Levando em conta todos os meios de transmisso apresentados, qual voc utilizaria

para uma rede que tem uma alta capacidade de transmisso de dados e que

interliga equipamentos por uma distncia maior que cinco mil metros por reas

susceptveis a interferncia eletromagntica? Por qu?

8. Cite duas razes pelas quais as fibras pticas no so muito mais difundidas na

utilizao em barramentos industriais.

9. O sinal eltrico medido na sada de um microfone dinmico analgico ou digital?


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2 Redes - Topologias

A topologia de uma rede de comunicao o modo como fisicamente os

computadores esto interligados entre si. As topologias mais comuns so: Bus, Anel e

Estrela.

Topologia bus

Na topologia Bus, todos os equipamentos partilham uma via comum de trfego de

dados.

As vantagens do uso dessa topologia: Custo reduzido com o cabo de rede, pois esta topologia utiliza um nico cabo para interligar os dispositivos. Facilidade no acrscimo de novas estaes de trabalho. As desvantagens do uso dessa topologia: Qualquer problema no cabo ou em alguma placa da rede, fatalmente ir paralisar totalmente o trfego. Sua manuteno nesse caso fica ainda comprometida pelo fato de no se saber exatamente a localizao do ponto do cabo ou qual placa da rede com defeito.

Topologia bus.


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Topologia em anel

Neste tipo de topologia, todos os equipamentos so interligados entre si no formato

fsico de um anel.

As vantagens do uso dessa topologia:

Se houver algum problema com a rede local, poder existir uma rota alternativa,

dependendo da implementao, como para o acesso a uma determinada CPU.

As desvantagens do uso dessa topologia:

Dificuldade no acrscimo ou retirada de estaes de trabalho devido ao fato de

ter que se abrir o anel.

Topologia em anel.

Topologia em estrela

Este tipo de rede possui sua configurao como uma combinao das configuraes

das redes tipo Bus e Anel.

As vantagens do uso dessa topologia:

Alta confiabilidade e segurana, j que cada uma das estaes da rede possui

seu prprio cabo de acesso a rede.

Qualquer problema num ramo ir paralisar somente a ele mesmo, no

interferindo no restante da rede.

Facilidade no acrscimo de novas estaes de trabalho.

Manuteno simplificada, devido ao fato que qualquer problema em determinado


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conjunto de cabo, placa ou CPU, ser facilmente detectado.

As desvantagens do uso dessa topologia:

Maior quantidade (comprimento) de cabos para interligar um determinado grupo

de estaes de trabalho do que na topologia Bus.

Necessidade do uso de um concentrador de fiao ( HUB ).

Topologia em estrela.


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3 Redes Dispositivos de Conexo

Uma rede de computadores basicamente um conjunto de dispositivos

microprocessados ligados entre si de forma a possibilitar o armazenamento, recuperao,

e partilha de informao pelos seus utilizadores. Os dispositivos envolvidos so:

Computadores, servidores, impressoras e dispositivos de armazenamento de dados, entre

outros. Numa rede, um n um ponto de ligao, distribuio ou ponto terminal. De

forma geral, um n tem a capacidade de processar, reconhecer ou transmitir os dados

para outros ns.

As redes trouxeram novas facilidades de processamento de informao, permitem

utilizar as potencialidades de diversos equipamentos, assim como as capacidades dos

seus utilizadores independentemente da sua localizao geogrfica. Uma rede local

permite o processamento de informao de uma forma mais rpida e econmica que

anteriormente. possvel reduzir o dinheiro gasto na aquisio de hardware, pois a

partilha de perifricos possibilita ter menos e melhores perifricos, desta forma, o tempo

necessrio gesto e manuteno do sistema tambm reduzido. Uma rede bem

concebida permite controlar os acessos aos recursos da rede, desta forma, possvel

defender nveis de acesso para os diversos recursos.

As redes podem classificar-se quanto topologia de organizao que apresentam,

podendo ter uma topologia em barramento, anel, ou estrela. ainda possvel caracterizar

as redes quanto distribuio espacial como sendo redes locais vulgarmente designadas

de LAN ( Local Area Network ), redes metropolitanas tambm designadas de MAN(

Metropolitan Area Network ), e por ltimo as redes de grande distribuio geogrfica

tambm designadas de WAN ( Wide Area Network ).

Uma rede tambm caracterizada pela tecnologia que utiliza na transmisso fsica dos

dados, pode utilizar a tecnologia Ethernet, ARCNET, FDDI, Token Ring, etc. Pode ainda

caracterizar-se uma rede pelo tipo de dados que transporta (voz, dados, ou ambos), por

quem pode utilizar a rede (pblica, ou privada), qual a natureza das ligaes (telefone,

comutao dedicada, sem comutao, ou ligaes virtuais), tipos de ligaes fsicas (fibra

ptica, cabo coaxial e fio de cobre).


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Consideramos dispositivos de conexo todo equipamento envolvido na transmisso da

informao de um ponto a outro da rede, como exemplo de dispositivos de conexo

podemos citar: HUBs, roteadores, bridges, repetidorese e gateways.

HUB:

O HUB uma parte importante de um sistema de cabeamento estruturado. Os

primeiros tinham o mesmo nvel de funcionalidade. Sua principal funo era implementar

uma configurao em estrela. Os HUBs atuais permitem, inclusive, gerenciamento de

fluxo de dados na rede.

Repetidor:

Quando deseja-se distncias superiores as permitidas por um padro eltrico de

transmisso utiliza-se um repetidor, sua funo ligar dois segmentos de rede,

regenerando o sinal e permitindo que distncias maiores sejam atingidas.

Bridge:

A bridge (ponte) um dispositivo utilizado para interligar duas redes para que elas

atuem como se fossem uma nica rede. Atuam no controle de fluxo, deteco e

opcionalmente correo de erros de transmisso e endereamento fsico. Sua aplicao

est na segmentao de redes extensas de diferentes topologias ou simplesmente para

interligao de redes com diferentes tipos de cabos.

Roteador:

O roteador tem uma funo parecida com a da bridge (interligar redes). A diferena

que os roteadores trabalham de maneira mais inteligente. Um roteador conhece os

endereos de todos os dispositivos interligados na rede, inclusive de outros roteadores. A

principal vantagem deste dispositivo que ele consegue traar a melhor rota de envio de

dados na rede, diminuindo assim o trfego intenso.


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Gateway:

Um gateway um dispositivo que faz a interligao de duas redes que utilizam

protocolos diferentes.

Proxy:

O proxy um intermedirio que atua como cliente/servidor e que permite acesso a

redes exteriores a nossa rede. Um proxy funciona como um gateway, a diferena, que

para o usurio, o acesso a rede externa atravs do proxy mascarado, ou seja, na

realidade, o usurio acessa o servidor e o servidor que acessa a rede externa.

Firewall:

um sistema informtico constitudo por hardware e software especfico, cuja

funo reforar a segurana entre duas redes. O objetivo principal evitar que

dispositivos externos acessem mquinas de um sistema que no esto configuradas para

acesso pblico.


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Exerccios

1. Cite uma vantagem e uma desvantagem da utilizao da topologia BUS. 2. Cite uma vantagem e uma desvantagem da utilizao da topologia estrela. 3. Cite o nome e desenhe o esquema de duas topologias de rede. 4. Dado o esquema abaixo, identifique os dispositivos de conexo:


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Os processos de controle so responsveis pelo fluxo ordenado das informaes,

garantindo a integridade dos dados e a utilizao ordenada pelos diversos usurios da

rede. Os mtodos mais comuns so:

Polling: No mtodo polling, o gerenciador de recursos "pergunta" a cada um dos computadores

da rede se estes querem utilizar algum recurso da LAN ou no, sucessivamente. Ao final

da seqncia de scan o processo se repete. A ordem do polling definida em funo da

prioridade de cada usurio podendo ser alterada por configurao.

Sua principal vantagem o fato de ser um controle determinstico, ou seja uma

estao poder calcular e saber quando ter acesso ao meio.

Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD): No mtodo CSMA/CD, no existe a figura do gerenciador de comunicao, sendo

possvel que cada usurio conectado rede poder iniciar a transmisso a qualquer

instante.

Os usurios antes de iniciarem a transmisso, verificam se j existe alguma estao

transmitindo "Carrier Sense", uma vez que a rede est sendo partilhada por diversos

usurios "Multiple Access". A finalidade desta verificao reduzir o nmero de colises,

otimizando o uso da rede.

Partindo dessa premissa, duas estaes ligadas na rede podero iniciar a transmisso

ao mesmo tempo, ocorrendo uma coliso. Nas placas adaptadoras da rede com esse tipo

de acesso ao meio existe um circuito de hardware denominado "collision detection" que

informa ao processador da placa que houve a coliso. Neste caso, as duas estaes

geradoras da "coliso" ficaro em silncio momentaneamente "collision avoidance". O

prximo passo para as duas estaes tentar uma nova transmisso. Para que no

ocorra uma nova coliso, as estaes iniciaro em tempos diferentes a nova transmisso

e esses tempos sero selecionados previamente na configurao do sistema.

4 Redes Controle de Acesso ao Meio


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Token passing: Neste processo, cada usurio da rede, usando o direito de transmitir ou no, transfere

este direito para outro usurio da rede e assim sucessivamente, at o retorno das

mensagens do gerenciador de recursos.

Supondo uma rede em anel existir um padro de bits, circulando atravs do anel com

identificao da estao de destino. Esta estao adiciona sua mensagem na rede e

tambm o endereo da prxima estao de destino e assim sucessivamente.

O total de informaes que podem ser transmitidas durante a posse do Token

limitada, para que todas as estaes possam igualmente compartilhar o cabo.

Interrupo (report by exception): Neste modo de comunicao a estao remota monitora os seus valores de entrada e

quando detecta alteraes significativas, ou valores que ultrapassem os limites definidos,

iniciam a comunicao com a estao central e a conseqente transferncia de dados.

O sistema est implementado de modo a permitir a deteco de erros e recuperao

de colises. Antes de iniciar a transmisso, a estao remota verifica se o meio de

transmisso est a ser utilizado por outra estao, aguardando, se tal suceder, um tempo

aleatrio antes de efetuar nova tentativa de transmisso.

Em caso de colises excessivas em que o sistema gravemente afetado, a estao

remota cancela a transmisso aguardando que a estao central proceda a leitura dos

seus valores atravs de polling.


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Exerccios

1. Descreva como funciona o controle de acesso ao meio do tipo polling. 2. O que determinismo?

3. Assinale verdadeiro (V) ou falso (F) referente ao mtodo de acesso CSMA/CD. ( ) Neste mtodo h um gerenciador de informaes que controla cada iniciao de transmisso. ( ) Aps detectada uma coliso na rede, as estaes responsveis por esta coliso iniciam imediatamente uma nova transmisso. ( ) O acrnimo CD no nome deste mtodo de acesso significa deteco de coliso (collision detection).

4. (Provei 2002) O processo de controle e monitoramento de sistemas complexos envolvendo e interligando diversas reas de uma planta industrial deve ser monitorado e supervisionado a partir de uma estao central. Um sistema SCADA deve ento ser instalado, e, por razes de segurana, uma mensagem de alarme deve ser exibida na tela de superviso imediatamente aps a deteco de qualquer falha no processo, para que o operador da estao central possa executar prontamente a ao de controle apropriada. Assinale a opo que descreve um modo de comunicao vivel ao sistema SCADA nessa situao, do ponto de vista tcnico e econmico.

( A ) Comunicao por polling ou mestre/escravo, por meio de linha dial up. ( B ) Comunicao por polling ou mestre escravo, por meio de link de rdio. ( C ) Comunicao por polling ou mestre/escravo, por meio de cabos. ( D ) Comunicao por interrupo, por meio de linha dial up. ( E ) Comunicao por interrupo, por meio de link de rdio.


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5 Protocolos de Comunicao

Protocolos de comunicao so convenes ou regras utilizadas por um programa ou

sistema operacional para a comunicao entre dois ou mais pontos.

Para integrar em rede a diversidade de computadores ou outros dispositivos

microprocessados gerados pela filosofia de sistemas abertos, foram criados padres de

camadas para os protocolos.

Existem protocolos proprietrios e abertos. Protocolo proprietrio aquele cuja

tecnologia propriedade de uma companhia especfica, onde no se pode fazer muita

coisa a no ser com autorizao desta companhia. J com protocolo aberto, o acesso

especificao completo e disponvel a um preo acessvel ou mesmo por preo

nenhum. Em outras palavras: pode-se us-la ou desenvolver produtos que a usam com

baixo custo.

Modelo ISO/OSI Origem:

O modelo OSI (Open System Interconnect) foi criado em 1977 pela ISO

(International Organization for Standartization) com o objetivo de criar padres de

conectividade para a interligao de sistemas de computadores.

Descrio:

Os aspectos gerais dessa conectividade foram divididos em 7 nveis funcionais,

facilitando assim a compreenso das questes fundamentais de um processo de

comunicao entre programas de uma rede de computadores. Cada nvel presta servios

ao nvel imediatamente acima e serve-se de servios prestados pelo nvel imediatamente

abaixo. A interface entre esses nveis se faz de acordo com procedimentos perfeitamente

estabelecidos, conhecidos como protocolos.

O modelo ISO/OSI faz uma diviso muito clara das funcionalidades dos nveis de um

sistema de comunicao. Ele de grande auxlio para o entendimento das diversas

arquiteturas de comunicao.


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Camadas do padro ISO/OSI.

Camada 1 Fsica: A camada 1 compreende as especificaes do hardware utilizado na rede (em seus

aspectos mecnicos, eltricos e fsicos). Exemplos: padres mecnicos e eltricos da RS-

232C, RS-485A, padres para modulao V.22, V.42, etc. A unidade de informao

utilizada pela camada fsica o bit (um bit de cada vez em transmisses seriais e n bits

de cada vez em transmisses paralelas). Esta camada est fortemente padronizada, que

torna possvel que equipamentos de vrios fabricantes possam ser fisicamente

conectados entre si, sem problema de incompatibilidade fsica entre conectores ou

incompatibilidade entre os sinais eltricos gerados pelos equipamentos de transmisso.

Camada 2 Enlace: Esta camada responsvel basicamente pelo acesso lgico ao ambiente fsico da

rede. Em outras palavras, a camada que controla como e quando a camada fsica ir

transmitir alguma informao para a rede. A camada de enlace tambm responsvel

pelas funes de controle/correo de erros de transmisso que, porventura, ocorram na

camada fsica e tambm pelo controle de fluxo. O controle de fluxo um mecanismo que

possibilita ao transmissor saber se o receptor est habilitado a receber dados (o receptor

pode estar com os buffers de recepo cheios ou com algum problema momentneo que

o impossibilita de receber dados). A unidade de informao tratada por esta camada o

quadro (frame) ou bloco de informao.

1 FSICO

2 ENLACE

3 REDE

4 TRANSPORTE

5 SESSO

6 APRESENTAO

7 APLICAO


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Camada 3 Rede: A camada de rede fornece mecanismos para o estabelecimento da conexo entre dois

ns da rede que desejem se comunicar. As principais funcionalidades prticas so a

adio da capacidade de endereamento e roteamento de informaes na rede. A

unidade de informao utilizada chamada de pacote.

Camada 4 Transporte: A camada de rede no garante que um pacote chegue ao seu destino, e tambm no

garante que os pacotes recebidos estejam em ordem correta. A camada de transporte

acrescenta informaes que permitem que este controle seja realizado para prover um

servio de transmisso realmente confivel. Esta camada ir isolar as camadas

superiores dos problemas relativos a transmisso dos dados na rede. As principais

funes desta camada so a multiplexao (vrias conexes de transporte partilhando

uma nica conexo de rede, particularmente interessante em equipamentos multitarefa), o

splitting (uma conexo de transporte ligada a vrias conexes) e rede, que permite, por

exemplo, a criao de vrios endereos virtuais em um nico equipamento fsico sem que

se altere nenhuma aplicao.

Camada 5 Sesso: A camada de sesso permite a usurios em mquinas diferentes estabelecerem

sesses entre eles. Uma sesso permite que sejam utilizados servios de gerenciamento

da conexo entre dois ns de forma mais aperfeioada que a camada de transporte. Um

dos servios mais importantes da camada de sesso o gerenciamento de tokens.

Imagine que existem alguns protocolos que enviam uma seqncia de comandos e fica

aguardando resposta. Suponha agora que o n destino fez a mesma operao e tambm

est aguardando. Temos agora os dois equipamentos aguardando resposta um do outro,

o que no ir ocorrer. Uma forma de evitar este tipo de problema atravs do token. O

equipamento que possui o token tem permisso para realizar a operao crtica. A

camada de sesso oferece mecanismos para o gerenciamento da passagem desse token.

Um outro servio a recuperao de erros. Imagine que um arquivo esteja sendo

transmitido e ocorra um erro, devido a um colapso total da rede. Depois que a rede

retornar a sua operao normal, se no existisse um processo de sincronizao, teramos

que abortar a transmisso e recome-la do incio.


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Camada 6 Apresentao: A funo da camada de apresentao realizar transformaes nos dados a serem

transmitidos. Por exemplo: compresso de dados, criptografia, converso de cdigos, etc.

Esta camada se preocupa basicamente com o reconhecimento, interpretao e alteraes

nos dados a serem transmitidos.

Camada 7 Aplicao: Esta camada trata dos protocolos de aplicao propriamente ditos. No define como a

aplicao deve ser, mas sim o protocolo de aplicao correspondente. Oferece aos

processos de aplicao os meios para que estes utilizem os recursos fornecidos pelas

demais camadas. Os processos de aplicao so o usurio do ponto de vista do modelo

OSI. Existem vrios padres definidos para esta camada, sendo compartilhados por um

grande nmero de aplicaes.

Nesse modelo pode-se notar que as funcionalidades de um sistema de comunicao

foram divididas em dois domnios: o da rede, referente conectividade entre os

computadores, descritos pelas camadas 1 a 3 (Fsica, Enlace e Rede), e o da aplicao,

referente comunicao entre os programas que fazem uso da rede, descrito pelas

camadas 5 a 7 (Sesso, Apresentao e Aplicao). A camada 4 (Transporte) a

camada que faz a ligao entre os programas de aplicao e os recursos das redes de

computadores.

Aplicao Apresentao Sesso

Camada 7

Camada 6

Camada 5

Aplicao

Transporte

Camada 4 Ligao

Rede Enlace Fsico

Camada 3

Camada 2

Camada 1

Rede

Diviso das camadas do modelo ISO/OSI.


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Protocolo orientado a caracter ou a bit Os protocolos podem ser classificados quanto forma de manipulao de dados em

protocolos orientados a caracter e protocolos orientados a bit. Os primeiros consideram que a menor unidade de informao o caracter (normalmente composto de 8 bits), trabalhando, assim, com caracteres ou blocos de caracteres; os orientados a bit no esto presos ao reconhecimento de caracteres - trabalham com bits ou padres especiais de bits no necessariamente agrupados de 8 em 8.

Uma diferena importante entre esses dois enfoques pode ser verificada quando se

necessita realizar uma transferncia de arquivo do tipo texto (.doc, .txt, ) e de arquivo do tipo binrio (.exe, .com, .obj., .lib); enquanto os arquivos tipo texto costumam utilizar apenas caracteres ditos imprimveis, como letras, nmeros, smbolos, mais os de formatao de folha, como backspace, line, feed, etc., os arquivos binrios no se restrigem apenas a esse conjunto, admitindo qualquer combinao de bits; assim sendo, um protocolo orientado a bit pode tanto manipular arquivos-textos quanto arquivos-binrios, enquanto um protocolo orientado a caracter necessita de cuidados especiais para manipular arquivos binrios.

Controle de Fluxo - XON / XOFF Vamos iniciar estudando controle do fluxo de dados numa transmisso assncrona. O

protocolo que estudaremos conhecido como XON / XOFF, orientado a caracter e muito utilizado com Modens, Plotters, etc.; esse tipo de protocolo tambm chamado de handshaking de software.

Sua especificao bem simples. Depois de iniciada uma transmisso de dados, o

Receptor enviar ao Transmissor o cdigo XOFF quando deseja uma pausa na transmisso de dados, e o cdigo XON quando deseja que a mesma continue.

A figura abaixo mostra o diagrama N-S simplificado de um programa de transmisso que utilize este protocolo.


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Diagrama N-S simplificado de um programa.

Costuma-se atribuir o cdigo ASCII equivalente a Control - Q (DC1 ou 11H) para XON

e o valor Control - S (DC3 ou 13H) para XOFF. Um problema comum como o XON / XOFF pode ocorrer quando fazemos transmisso

de arquivos de texto tipo documentos que utilizam caracteres especiais para indicar texto em negrito, sublinhado, etc., num sistema onde o receptor ecoa os caracteres recebidos pelo transmissor, como uma espcie de verificao contra erros.

Caso o texto seja gerado no editor de texto Wordstar, modo documento, ao se utilizar

de um trecho sublinhado, o Wordstar automaticamente insere o caracter 13H (coincidentemente o mesmo valor utilizado para XOFF!) para servir de controle no comeo e no fim do trecho sublinhado, como pode ser visto na figura abaixo.

Cdigo ASCII do Texto

Texto

0D 0A 64 69 66 69 63 69 6C 20 13 64 69 7A 65 72 difcil dizer

20 71 75 65 20 66 6F 69 20 62 6F 6E 69 74 6F 13 que foi bonito

OD 0A 69 6E 75 74 69 6C 20 63 6F 6E 74 61 72 20 intil contar

6F 20 71 75 65 20 70 65 72 64 1A 1A 1A 1A 1A 1A o que perdi

Assim que for transmitido o caracter 13H, o Receptor o ecoa de volta ao Transmissor

que, ao receb-lo, interpreta-o como XOFF, parando de transmitir e aguardando ento um XON para voltar a transmisso.


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Como o Receptor no enviou o caracter XOFF por sua iniciativa, foi apenas eco do que recebeu, no tem por que enviar XON e assim fica aguardando o transmissor. Concluso: ambos aguardam que o outro transmita e assim a comunicao cessa! a sndrome do "Esperando Godot", referncia pea teatral de Becket; para evitar essa situao basta desabilitar o eco.

Transferncia de arquivos Os produtos para transmisso assncrona de arquivos costumam trabalhar com blocos

de arquivo, e a necessidade dessa estratgia fcil de reconhecer a partir da seguinte questo: Como deve ser feita a verificao de erros numa transmisso de arquivo: a cada byte ou apenas aps a transmisso de todo o arquivo?

fcil verificar que nenhuma das duas condies satisfatria: a verificao a cada byte seria certamente mais demorada, e a verificao apenas ao final da transmisso poderia ser ineficiente - caso um nico byte chegue errado, deve ser retransmitido todo o arquivo.

A soluo intermediria dividir o arquivo em blocos de tamanho conveniente, organiz-los apropriadamente de modo a ser fcil o reconhecimento do seu incio ou do seu fim antes de envi-los.

Essa organizao feita com a ajuda de Campos de controle auxiliares, anexados ao bloco de dados de modo a facilitar o controle e a recuperao do arquivo original. A figura a seguir exemplifica esse processo de organizao de blocos de dados atravs de campo de controle.

Processo de organizao de blocos de dados atravs de Campo de controle.

Assim sendo, na figura acima, a funo do campo 1 pode ser a de identificar o incio

deste bloco de dados, os caracteres que fazem parte do Bloco de dados podem ser associados a um campo de dados; o campo 4 pode conter informaes que ajudem na verificao de erros; o campo 2 pode conter o nmero seqencial que ajude na recuperao posterior do arquivo, e assim por diante.


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Os campos associados ao Bloco de Dados caracterizam uma unidade de transmisso

chamada Pacote; um exemplo de transmisso de Pacotes com quatro campos pode ser visto na figura a seguir:

Exemplo de transmisso de Pacotes com quatro campos.

Conforme o Protocolo que estivermos estudando, podemos encontrar vrios tipos de

Campos, entretanto, alguns so freqentemente utilizados em vrios Protocolos, diferindo apenas quanto ao tamanho ou posio dentro de um Pacote.

Vamos ento considerar quatro tipos bsicos de Campos: de Identificao, de Controle

de Seqncia, de Dados e de Verificao de Erros, assinalando para cada um algumas caractersticas gerais.

Campo de Identificao: * Caracterizao: Este campo serve para a Identificao do Pacote, uma vez que

podemos necessitar de Pacotes com funes especiais tais como Confirmao de Bloco, Bloco Recusado, etc., alm de Bloco com Dados.

* Tamanho: Costuma ser de um byte. * Posio no Pacote: Este Campo costuma ser o primeiro, devido sua natureza.


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Campo de Controle de Seqncia * Caracterizao: Trata-se de um contador que incrementado a cada Pacote

enviado pelo Transmissor para auxiliar o Receptor a detectar perda de Pacotes; esse contador relativo, ou seja, supondo ser de um byte seu tamanho, a contagem ser de 0 a 255 com retorno a zero novamente, repetindo-se indefinidamente.

* Tamanho: Costuma ser de um byte ou menor. * Posio no Pacote: Pode ser aps o Campo de Identificao e antes do Campo

de Dados. Campo de Dados

Caracterizao: Possui os dados propriamente ditos, muitas vezes separados por caracteres especiais para indicar incio de bloco, fim de bloco ou fim de arquivo.

Tamanho: Pode ser de tamanho fixo ou varivel; cada um tem vantagens e desvantagens.

Posio no Pacote: Costuma ser sempre aps o Campo de Controle de Seqncia e antes do Campo de Verificao de Erros. Campo de Verificao de Erros

Caracterizao: Utilizado para enviar o BCC ou CRC calculado sobre o Campo de Dados somente. Tamanho: Costuma ser de dois bytes no caso de CRC e Checksum, e de um byte no caso de BCC. Posio no Pacote: normalmente colocado no final do Pacote.

Uma observao vale aqui: conforme a natureza do Pacote, no se torna necessrio

utilizar todos os Campos acima descritos; por exemplo, num Pacote de Confirmao de Dados Recebidos, apenas o Campo de Identificao o que interessa.

Os campos podem ter apenas um byte de tamanho e neste caso utilizamos um

conjunto de caracteres existentes na Tabela ASCII selecionados para este fim, descritos na tabela abaixo.


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Abreviao

Cdigo

ASCII Descrio Uso Comum

SOH 01H Start of Header Indica o incio de um cabealho

(header) ou Campo de Identificao.

STX 02H Start of Text Indica o incio do bloco de

dados, e marca o fim do header. ETX 03H End of Text Indica o fim do bloco de dados.

EOT 04H End of

Transmission Indica fim de uma transmisso

quando enviado no lugar de SOH.

ENQ 05H Enquiry

Quando se est estabelecendo uma ligao, pode significar "Voc est me ouvindo?"; durante uma sesso pode significar pedido de identificao ou status atual.

ACK 06H ACKnowledge Utilizado quando feita uma

recepo livre de erros.

DLE 10H Data Link Escape

Utilizado quando se deseja utilizar caracteres com o significado de controle, no de dados.

NAK 21H Not ACKnowledge Utilizado quando feita uma

recepo com erros.

SYN 22H SYNchoronous

idle

Utilizado em sistemas sncronos que necessitam manter caracteres na linha, mesmo quando estiver em repouso (idle).

ETB 23H End of

Transmission Block

Indica o final do bloco de dados e a existncia de ao menos mais um bloco a ser transmitido. s vezes utilizado no lugar de ETX.


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Formato de Pacotes Como exemplo, vamos verificar como formar pacotes a partir do uso de tais caracteres.

A tabela a seguir fornece alguns dos vrios formatos possveis para um Pacote, aps a qual apresentamos um grfico especial utilizado para representar esses - uma prtica comum na documentao de um protocolo.

Diagrama de Pacotes possveis.

Vamos verificar onde cada tipo de pacote poderia ser utilizado: O pacote tipo 1 pode servir para enviar ao receptor alguma identificao do

Transmissor e, ao transmissor, alguma identificao do receptor , se necessrio. O pacote 2 pode ser enviado antes da transmisso efetiva de dados, com o nome

original do arquivo, no Campo de Dados, que ser transmitido.


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O pacote tipo 3 transmite dados e avisa que o arquivo ainda no terminou, pelo uso de ETB.

O pacote tipo 4 uma outra opo que pode ser utilizada ao invs do pacote 2. O pacote 5 pode ser utilizado para o ltimo bloco de dados. Como o ltimo bloco

de dados pode ter tamanho menor que os demais, este pacote pode ser menor tambm. Caso isso seja um inconveniente, bom utilizar ETB no final do bloco de dados, preencher com espao os bytes restantes para completar o tamanho do campo, e encerrar o mesmo com ETX.

Sesso de Transmisso Outro ponto que define um Protocolo a forma com que o mesmo processa a

transmisso; em outras palavras, como o Protocolo conduz a Sesso de Transmisso. Pode-se dizer que uma Sesso de Transmisso genrica de arquivo possui trs etapas principais: Abertura, Transmisso e Encerramento. Estas podem ser subdividas em outras conforme o interesse do projetista. Vamos analisar essas trs etapas principais resumidamente:

Abertura da Sesso O propsito desta etapa o de estabelecer uma ligao (ou "link") entre Receptor e

Transmissor, ou seja, deve conter todas as tarefas necessrias para a conexo fsica entre os dois. A tabela abaixo contm um exemplo de possveis tarefas executadas durante uma Abertura de Sesso, supondo uma comunicao via Modem entre um terminal e um computador que exige senha para acesso.

Tarefas Descrio

Obter nmero Busca o nmero a ser discado, solicitando-o ao operador ou ao banco de dados.

Discar nmero

Solicita e aguarda do Modem a ligao telefnica. Caso positivo, passa controle tarefa seguinte.

Enviar senha Transmite a senha e aguarda confirmao de acesso passando o controle Sesso seguinte.


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Sesso de Transmisso Esta diz respeito ao envio do arquivo propriamente dito; neste caso, deve-se proceder

confirmao ou no de cada Bloco de dados recebido. Esta confirmao pode ser realizada de duas formas distintas: confirmao por conjunto de Blocos ou Bloco-a-Bloco.

A transmisso com confirmao por conjunto de blocos considera um certo nmero de

Blocos, dentre o total, que formam uma espcie de "janela" de dados, como a figura abaixo mostra:

Transmisso com confirmao por conjunto de blocos.


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Ao final da transmisso da janela , o Receptor envia a confirmao ou no dos blocos recebidos, aps o que o Transmissor procede retransmisso apenas dos blocos com erros, ou seja, a retransmisso s feita para os blocos errados, e no para a janela toda.

Este mtodo exige maior habilidade do

programador, pois o controle de seqncia de janelas mais sofisticado.

Trecho de uma sesso de transmisso.

Na transmisso com confirmao bloco-a-bloco, o Receptor realiza uma confirmao a

cada bloco recebido; assim, no caso de erro, realiza-se apenas a retransmisso do mesmo.

Uma transmisso que utiliza este mtodo mais lenta que a anterior, porm, mais

fcil de implementar.


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Transmisso com confirmao bloco-a-bloco.

Encerramento da Sesso Esta parte do Protocolo deve trabalhar com as tarefas pertinentes desconexo ou

lgica estabelecida, liberando os canais de comunicao, memria alocada, fechando arquivos e tarefas afins.

Exemplo de Transmisso Vamos simular uma sesso de transmisso, utilizando os caracteres ASCII j vistos e

os conceitos at agora estudados. Sesso de Abertura Esta parte do protocolo deve obter a certeza da ligao entre Transmissor e Receptor;

no exemplo da figura abaixo, isto obtido pelo envio do caracter ENQ pelo Transmissor at que se obtenha uma resposta positiva do Receptor, no caso um ACK.

Este procedimento chamado tambm de "sincronizao", pois permite que ambos os lados do canal de comunicao preparem-se para o incio da transmisso de dados propriamente dita.


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Sesso de abertura.

Sesso de Transmisso

Uma vez estabelecida a ligao entre Tx e Rx, deixamos a sesso de Abertura e adentramos na sesso de Transmisso.

A figura abaixo mostra um trecho dela, note que o protocolo utilizado o de

confirmao por bloco, observe tambm o procedimento de retransmisso de pacote com erro (pacote # 6).

Sesso de transmisso.


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Sesso de Encerramento

Aps certificar-se do recebimento correto do ltimo bloco de dados, o transmissor encerra a sesso de dados, enviando uma srie de EOT at que receba o ACK do receptor - a partir daqui encerra-se a transmisso.

Sesso de encerramento. Resumo

Orientado a Bit Utiliza padres de bits no necessariamente agrupados de 8 em 8. Orientado a byte Utiliza caracteres (8 bits)

Controle de fluxo Xon / Xoff Protocolo Usos mais comuns Transferncia de arquivos

Binrios ou textos

Confirmao bloco-a-bloco Transferncia de Arquivos

Quebra em Blocos, Campos e Pacotes Confirmao por janela

Sesso de Abertura Estabelece a ligao

Inicializao, sincronismo entre Tx e Rx

Sesso de Transmisso

Mantm a troca de dados

Controla seqncia de blocos, verificando erros

Etapas de uma Transmisso

Sesso de Encerramento Desfaz a ligao

Libera memria, fecha arquivos, etc.


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6 Comunicao Paralela

Na comunicao paralela o computador envia (ou recebe) todos os bits ao perifrico de

uma s vez por um conjunto de fios. Para cada bit de informao existe um fio para o seu trfego, alm do fio de referncia (massa) ligando o computador ao perifrico. Nesse tipo de comunicao torna-se difcil a utilizao para longas distncias pela dificuldade e custo de instalao de uma grande quantidade de fios.

Comunicao paralela

A porta paralela, em microcomputadores padro IBM PC, normalmente caracterizada por um conector de 25 pinos (DB-25). O dispositivo perifrico pode possuir um conector desse padro ou um outro de 50 pinos, o Centronics (C50M), assim chamado porque o desenho original da interface paralela foi feito pela empresa com esse nome. A interface Centronics usada para conectar impressoras, alguns scanners e drives de mdia removvel, como o Zip Drive.


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Conector paralelo centronics

O modelo tradicional de porta paralela, utilizado desde os tempos do XT, conhecido como "normal" ou SPP (Single Parallel Port). Possui taxa de transferncia de 150 Kb/s e unidirecional. Para a conexo micro-micro ou na conexo de equipamentos externos (como o ZIP Drive), o sistema usa transmisso 4 bits por vez, utilizando sinais de retorno como "busy", "paper out", etc. Este sistema s funciona bem mesmo com impressoras. Para a conexo de ZIP drives e at mesmo impressoras mais rpidas, a porta paralela tradicional muito lenta, sobretudo porque unidirecional e utiliza apenas 4 bits de retorno (ou seja, transmite a 8 bits, porm recebe informaes a 4 bits por vez).

Para resolver este problema, foi desenvolvida a porta paralela avanada ou EPP (Enhanced Parallel Port). Este modelo de porta paralela bidirecional e atinge uma taxa de transferncia de 2 Mb/s. Entretanto, para atingir esta taxa, necessita de um cabo especial, pois o cabo tradicional s comporta uma taxa de at 150 Kb/s. Este cabo conhecido no mercado como "cabo bidirecional", sendo que sua verdadeira caracterstica no ser bidirecional, mas sim permitir altas taxas de transmisso.

Aumentar a taxa de transferncia trouxe um problema: a necessidade de mais ateno por parte do processador. Para resolver isto, desenvolveu-se a porta paralela ECP (Enhanced Capabilities Port). Ela igual a EPP porm utiliza um canal de DMA, que faz com que a transmisso e recepo sejam feitas sem a interveno do processador, aumentando o desempenho do micro.


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7 Comunicao Serial

A transmisso serial o processo pelo qual bit a bit transmitido de forma seqencial por uma linha fsica. O conjunto de um determinado nmero de bits forma um caractere.

. Exemplo de transmisso do caractere ASCII A formado pelos bits 01000001011.

Velocidade de transmisso

A velocidade de uma transmisso digital de dados pode ser referenciada com relao a dois parmetros: quanto ao fluxo de dados ou quanto sinalizao, ou representao, no meio de comunicao.

Com relao ao fluxo de dados, adota-se o conceito de taxa de transferncia de bits por unidade de tempo, independente de como esta se processe no meio de comunicao. calculada como:

VTx = [ ]bpsT

NBitsTx

VTx: Velocidade ou taxa de transmisso sendo, NbitsTx: Nmero de Bits Transmitidos T: Intervalo da transmisso em segundos bps: Unidade em bits por segundo


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Exemplo: uma transmisso de 12.000 bits em 10 segundos tem velocidade de

1.200 bps, pois

VTx = bps200.110000.12 =

Esta definio de velocidade pode ser aplicada tanto s transmisses seriais

quanto s paralelas. Com relao velocidade referenciada sinalizao, considera-se que um bit de

informao pode ser representado por algum tipo de sinalizao (nvel de tenso, freqncia, etc...), que mantida por um fixo e uniforme perodo, chamado de tempo de bit. O nmero, ento, dessas sinalizaes em um segundo, adotado como velocidade daquela transmisso e foi criada uma unidade especial, o baud, provavelmente em memria a Jean Marie Emile Baudot, funcionrio do telgrafo francs, a quem se atribui a criao do cdigo BAUDOT, usado em telegrafia. comum a referncia a este tipo de velocidade como "taxa de baud" ou "baud rate" do sistema. Este tipo de definio utilizado apenas em transmisses seriais, devido sua prpria caracterstica e origem histrica, ou seja, o Telgrafo.

Representao de tempo de bit.

Exemplo: -Se Tb = 0,005 s, ento a taxa de transmisso : Taxa = 1/0,005s = 200 bauds ou 200 bps Aqui temos um exemplo onde existe um tipo de sinalizao, no caso nvel de

tenso, para representar cada bit. O clculo da velocidade simples quando se conhece o tempo de bit - basta aplicar uma regra de trs para se obter o resultado: Se um bit (ou uma sinalizao) tem uma durao igual a Tb segundos, quantos bits (ou sinalizaes) ocorrero em 1 segundo? Basta inverter o tempo de bit para se obter o resultado. Neste


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caso fcil verificar que a velocidade em bauds igual velocidade em bps, pois o nmero de sinalizaes por segundo eqivale ao de bits por segundo.

Temos agora uma transmisso onde cada nvel lgico associado a uma freqncia diferente, ou seja, continuamos a ter a relao de um tipo de sinalizao (neste caso freqncia) para cada bit. O clculo de velocidade se faz como o anterior, basta inverter o tempo de bit, aqui a taxa em baud tambm a mesma em bps. Observe entretanto que "sinalizao" no sinnimo de freqncia ou nvel de tenso.

Nveis lgicos associados a freqncias.

Exemplo: -Se Tb = 0,005 s, ento a Taxa de Transmisso : Taxa = 1/0,005s = 200 bauds ou 200 bps Mesmo possuindo distintas definies, as unidades bps e baud so muitas vezes

utilizadas como sinnimas por muitos autores e publicaes da rea, pois em muitos sistemas, como visto nos exemplos anteriores, o seu valor numrico coincide; porm, podem apresentar valores muito distintos entre si para um sistema onde se empregue algum mtodo especial de transmisso que inclua compactao de dados ou codificao especial, em que uma sinalizao na linha possa representar mais de um bit de informao. Assim sendo, fcil imaginar que se possa conseguir, por exemplo, com uma taxa de transmisso de 2400 bauds, um fluxo de dados de 9600 bps.

Como regra geral, utiliza-se a velocidade de transmisso medida em baud quando

se est interessado em explicitar as caractersticas do sinal eltrico no meio de transmisso empregado, e utiliza-se o bps quando estamos mais interessados em explicitar o volume de dados enviados durante uma transmisso. Em nosso curso, como sempre utilizaremos sistemas onde cada bit representado por um tipo de sinalizao na linha, poderemos utilizar tanto uma unidade quanto a outra, sempre com a ressalva de que se trata de grandezas diferentes.


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Modos de sincronismo

Mesmo aps definidos o tipo e velocidade de uma transmisso digital de dados, um outro problema permanece: como que o receptor pode estar sincronizado com o transmissor, de modo a interpretar corretamente a seqncia de bits enviada por este ltimo?

Para entendermos melhor esse problema observemos a figura abaixo que mostra uma transmisso serial sendo feita, nos casos dos caracteres ASCII "G" e "K". Observe que, dependendo do bit com o qual o Receptor considera iniciada a recepo, podemos ter uma incorreta interpretao do trem de dados; esse problema conhecido como falha ou erro de sincronismo. Para evitar essas falhas de sincronismo necessrio que tanto Transmissor quanto Receptor estejam de acordo quanto ao incio e trmino de uma unidade de informao. Para tanto, duas tcnicas ou mtodos foram criados: o sincronismo e o assncrono.

Interpretao serial de caracteres.

Transmisso assncrona:

Este tipo de sincronismo caracterstico de transmisses seriais; nele se necessita que seja definido um dos estados de tenso da linha como sendo de repouso e outro estado definido como de atividade. Tais estados em telegrafia so chamados, respectivamente, de marca e espao, nomenclatura que vamos adotar daqui para frente. Marca normalmente associada ao estado lgico "1", e representada por uma tenso positiva ou nula, enquanto Espao associado com o estado lgico "O" e representado por um valor de tenso negativo. Essa definio importante pois os circuitos de


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hardware sabem que ir se iniciar uma transmisso quando o estado da linha mudar de marca para espao.

Nveis de marca e espao.

O mtodo assncrono consiste em acrescentar, para cada caracter a ser

transmitido, um bit de espao no incio da transmisso, caracterizando a transio da linha de repouso para atividade, e outro bit de marca ao final da transmisso, para garantir a caracterizao de uma transio de linha em atividade para repouso. Note que o sincronismo existe apenas durante a transmisso de cada unidade transmitida, ou caracter.

Transmisso assncrona.

O bit de espao no incio da transmisso chamado de "start bit" , o bit de marca

ao final chamado de "stop bit", sendo muito comum utilizarem-se 2 ou 1,5 stop bits em transmisses seriais. Se voc achou estranho utilizar 1,5 bit como stop bit, observe que, para os circuitos de hardware, o bit representa um nvel de tenso e um tempo (tempo de bit) de permanncia dessa tenso; assim sendo, 1, 1,5 ou 2 stop bits representam tempos que os circuitos de hardware devem aguardar para considerar terminada a decodificao dos bits anteriormente recebidos.


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Start e stop bits.

Transmisso sncrona:

Este tipo de transmisso pode ser utilizado tanto em transmisses seriais quanto paralelas; ele exige a existncia de um sinal especial, gerado normalmente pelo Transmissor, que garanta o sincronismo entre os circuitos de hardware do Receptor, esse sinal chamado de relgio, ou "clock", ou simplesmente de sinal de Sincronismo, ou apenas "sinc" para abreviar. Este sinal garante a interpretao correta dos bits e mantm o sincronismo ao longo de toda a transmisso e no apenas durante o envio de um caracter, como o caso da transmisso assncrona.

Transmisses paralela e serial sncronas.


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No caso das transmisses seriais, costuma-se adotar ainda uma seqncia especial de bits chamada de moldura, ou "frame", antes da transmisso do pacote de dados propriamente dita, de modo a assegurar que os circuitos de hardware possam decodificar corretamente o pacote de dados pela simples identificao deste "frame".

Frame e sinal de sincronismo.

Com relao s vantagens e desvantagens de um mtodo sobre outro, fcil

verificar que a transmisso sncrona exige ao menos uma via a mais no meio de comunicao para o sinal de sincronismo, o que aumenta os custos; por outro lado, a transmisso assncrona, feita mesma velocidade de uma sncrona, tende a ser menos eficiente porque insere ao menos dois bits por caracter transmitido. Tanto uma tcnica quanto outra podem ser encontradas em um ambiente de automao.

Sentidos de transmisso

Em um sistema de comunicao de dados, podemos sempre identificar um canal de comunicao tendo em suas extremidades elementos que trocaro informaes. Quanto ao sentido de transmisso, esse canal pode ser classificado como: Simplex:

So canais em que a comunicao se processa em um nico sentido. Isto , a um dos terminais cabe a funo de transmisso enquanto ao outro cabe a funo de recepo. Um sistema de rdio difuso comercial e um receptor AM/FM domstico pode ser considerado um sistema simplex.

Exemplo transmisso simplex.


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Semi-Duplex (Half-Duplex):

So canais em que a informao se processa alternadamente em cada um dos sentidos. Cada um dos terminais do canal funciona, portanto, ora como transmissor, ora como receptor. Rdios transceptores que trabalham em uma mesma freqncia para transmisso e recepo podem ser considerados um sistema half-duplex.

Exemplo transmisso half-duplex.

Duplex-Completo (Full Duplex):

So canais em que a comunicao se processa simultaneamente nos dois sentidos, isto , ambos os terminais do canal de comunicao funcionam simultaneamente como transmissores e receptores. Rdios transceptores que trabalham em freqncias diferentes para transmisso e recepo podem constituir um sistema full-duplex.

Exemplo transmisso full-duplex.


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8 Padres Seriais

O setor de comunicao industrial conta atualmente com uma quantidade muito grande de produtos e protocolos usados nas comunicaes entre as plataformas de computadores e os dispositivos usados nas aplicaes de automao industrial. Muitos destes dispositivos utilizam os padres EIA RS 232, RS 422 e RS 485 entre os computadores e dispositivos microprocessados. Erroneamente tem-se o conceito de que estes padres definem protocolos de comunicao especficos. Os padres ANSI/EIA RS-xxx especificam apenas as caractersticas eltricas de um protocolo, portanto, dizem respeito apenas a sua primeira camada (nvel fsico).

O padro RS 232-C

O padro RS 232 uma conexo serial encontrada tipicamente em PC's, a letra C na nomenclatura deste padro refere-se sua ltima reviso utilizada para diversos propsitos: Conexo para mouse, impressora, modem, bem como para monitorao e controle de instrumentao industrial, porm, este padro limitado a uma conexo ponto-a-ponto entre a porta serial do PC e o dispositivo, a uma distncia mxima de 15m.

A transmisso dos sinais digitais, ou seja, dos nveis lgicos 0 e 1. executada associando-se estes nveis a uma faixa preestabelecida de tenso DC. Tenses de +3 a +15 Vcc correspondem ao nvel lgico 0, enquanto tenses de 15 a 3 Vcc correspondem ao nvel lgico 1. A zona morta entre +3 Vcc e 3 Vcc projetada para absorver rudos na transio entre os nveis lgicos. Em diferentes padres de modulao, porm, esta zona morta pode variar. Por exemplo, as definies para o tipo de modulao V.10 indicam que a zona morta est entre +0,3V at 0,3V. Alguns receptores desenvolvidos para o padro RS-232 so sensveis a diferenas de 1 V ou menos.

A funo dos principais pinos a seguinte: DCD (data carrier detect): Indica recebimento de portadora. RXD (received data): Dados recebidos. TXD (transmited data): Dados transmitidos. DTR (data terminal ready): Indica que o terminal de dados est pronto. DSR (data set ready): Indica que o equipamento de comunicao de dados est pronto.


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RTS (request to send): Requisio para envio de dados. CTS (clear to send): Livre para enviar. RI (ring indicator): Indicador de chamada.

Descrio dos pinos dos conectores utilizados no padro RS 232.

Os sinais RTS e CTS so utilizados para controle do fluxo de dados, em

transmisses assncronas estes sinais permanecem constantemente habilitados, entretanto, quando o equipamento de transmisso de dados, conectado a um dispositivo que permite comunicao atravs de vrias linhas simultneas ou para dispositivos em que a portadora no pode ser constantemente transmitida (por exemplo, rdio modems), o sinal RTS utilizado para habilitar a transmisso da portadora.

Os sinais de clock (encontrados apenas no conector DB25, nos pinos 7,17 e 24), so sinais utilizados apenas em transmisses sncronas.


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Cabos de comunicao

Tipicamente, temos dois tipos bsicos de comunicao no padro RS 232: De um equipamento terminal de dados para outro e de um equipamento terminal de dados para um equipamento de comunicao de dados. Os cabos utilizados para estes dois tipos de comunicao so interligados como segue:

Cabo para conexo cross over DB25 pinos no padro RS 232.

Cabo para conexo sem inverso DB25 pinos no padro RS 232.

Estes cabos atendem uma grande gama de dispositivos desenvolvidos para

comunicao serial, porm, nada impede que alguns dispositivos utilizem diferentes cabos de comunicao em decorrncia de caractersticas de hardware ou das outras camadas do protocolo utilizado.

Para composio de cabos com outros tipos de conectores utilizados no padro RS 232, deve-se orientar atravs da descrio dos sinais de cada pino, visto que para conectores diferentes, a ordem da pinagem tambm alterada. Conceito de barramento diferencial balanceado

Barramentos so as vias de comunicao por onde trafegam os dados. Um

barramento diferencial balanceado aquele em que um fio de comunicao utiliza um outro fio para transmisso complementar, ou seja, os dados transmitidos em uma fio so


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complementares aos dados transmitidos no outro. Porm, isto no significa que um fio ser a referncia do outro. Ambos compartilham um elemento terra comum. Esta caracterstica implica em algumas vantagens como imunidade a rudos (j que os dados complementares garantem a chegada do mesmo dado em uma amplitude e seu complemento) e caracterstica de alta impedncia do barramento, o que implica na possibilidade de se atingir uma grande distncia de transmisso como velocidades relativamente altas. O padro RS 422

a conexo serial utilizada tipicamente em computadores Apple Macintosh. Este padro apresenta grande imunidade a rudo quando comparado com RS 232. Isto se deve transmisso diferencial que utiliza duas linhas para transmisso e duas para recepo. Neste tipo de transmisso o nvel lgico 0 associado a tenso de 5 Vcc, enquanto o nvel lgico 1 associado tenso 5 Vcc.

Encontramos em vrias aplicaes, principalmente em interconexes de grande distncia, o uso do padro RS 422. Suas principais caractersticas so:

- A comunicao feita sempre no processo mestre escravo, sendo que o computador central faz o papel de mestre e os perifricos se comportam como escravos. Isto significa que todo o gerenciamento de comunicao ser produzido pelo computador central.

- Devido as suas caractersticas de barramento diferencial balanceado, sua sada pode ficar em estado de alta impedncia, com isto conseguimos grandes distncias com altas taxas de comunicao.

- A linha de comunicao pode ter vrios equipamentos conectados em paralelo (sistema multidrop).

Conexo multidrop para o padro RS 422.


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A vantagem do barramento padro RS 422 em relao ao barramento RS 485 que este possui maior imunidade a rudos e consegue transmitir uma quantidade maior de dados e em uma velocidade maior, porm, o barramento RS 422 traba

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