Redes de última milha_ conectando a borda ao núcleo da internet

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Redes de última milha:
conectando a borda
ao núcleo da internet
Prof. Sidney Ventury
Descrição
Tecnologias de redes de acesso para interconexão de redes residenciais
e institucionais à internet.
Propósito
As tecnologias de última milha ou redes de acesso são extremamente
importantes, pois permitem que os usuários domésticos e institucionais
possam acessar a internet. O profissional de Tecnologia da Informação
(TI) deve conhecer as principais tecnologias, a fim de especificar a
melhor solução para cada ambiente.
Objetivos
Módulo 1
Padrões de acesso à internet
com uso da linha telefônica
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Identificar os padrões para acesso à internet com base no uso da
linha telefônica.
Módulo 2
Acesso à internet via cabo coaxial
Descrever o funcionamento do acesso à internet via cabo coaxial.
Módulo 3
Acesso móvel à internet
Descrever o funcionamento do acesso móvel à internet.
Módulo 4
Novas tecnologias de acesso à
internet
Identificar as tecnologias mais recentes de acesso à internet.
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1 - Padrões de acesso à internet com uso da
linha telefônica
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os padrões para
acesso à internet com base no uso da linha telefônica.
Atualmente, é impossível imaginar uma empresa ou uma residência
que não possua acesso à internet. Para isso, são utilizadas as
chamadas redes de acesso ou última milha, que permitem a
interconexão dos usuários finais ao núcleo da rede: a internet.
Ao longo do tempo, a forma de acesso na última milha evoluiu do
emprego de modems em linhas analógicas de telefone ao acesso
via fibra ótica ou satélites em áreas de difícil acesso. Neste
conteúdo, vamos explorar essa evolução, passando pelo acesso de
banda larga, com o emprego de Assymetrical Digital Subscriber
Line (ADSL) – Linha Digital Assimétrica de Assinante –, cabo, fibra
ótica, satélite, e pelo acesso móvel.
Introdução
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Acesso à internet via linha
telefônica
Quando a internet foi aberta para uso comercial, na década de 1990, as
pessoas e as empresas almejavam se conectar à rede. Na época, a
forma mais utilizada para realizar o acesso era por meio da rede de
telefonia fixa, considerando que as pessoas já possuíam em suas casas
uma linha telefônica.
O sistema de telefonia fixa surgiu na década de 1890, com origem
totalmente analógica. A partir da década de 1980, esse sistema passou
a transportar dados além da voz.
A imagem a seguir mostra o esquema básico de uma rede de telefonia:
Sistema telefônico.
O sistema telefônico é baseado em comutação de circuitos e apresenta
três componentes principais:

Loop local
Linha do assinante composta por um cabo de par trançado, conectando
o telefone à central telefônica mais próxima (central local).

Troncos
Realizam a interligação das centrais telefônicas, transmitindo milhares
de canais telefônicos pelo uso da multiplexação.

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Centrais de comutação
Equipamentos que realizam a interligação entre os assinantes e entre
centrais. Seus comutadores conectam várias linhas telefônicas ou
troncos, criando uma ligação física entre os assinantes envolvidos,
durante a chamada.
Modem discado
A primeira forma de acesso à internet foi por meio das linhas telefônicas
analógicas, as quais possuem uma largura de banda de 3.000Hz (300Hz
a 3.300Hz), aproximadamente, que é suficiente para a transmissão da
voz e totalmente utilizada na transmissão.
Entretanto, quando desejamos fazer a transmissão de dados, devido à
interferência e à distorção causada em seus limites, não é possível
utilizar toda a largura de banda disponível, o que reduz a largura efetiva
para a 2.400Hz (600Hz a 3.000Hz), conforme mostra a imagem a seguir:
Largura de banda de uma linha telefônica.
Além disso, para realizar a transmissão de dados nesse tipo de linha, era
necessário o emprego do MODEM (MODulador/DEModulador): aparelho
responsável por modular o sinal analógico a ser transmitido,
representando os dados binários no emissor, e por demodular, ou seja,
recuperar os dados binários contidos no sinal analógico no destino.
O trabalho do modem é ilustrado a seguir:
Modulação/Demodulação.
Os modems evoluíram ao longo do tempo, aumentando sua velocidade
e englobando vários padrões, como:
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
V.32
Taxa de 9.600bps.

V.32 bis
Taxa de 14.400bps.

V.34 bis
Taxa de 33.600bps.

V.90
Taxa de 56.000bps.
Havia, ainda, o padrão V.92, que também possuía uma taxa de 56kbps,
como o V.90, mas que tinha recursos para melhorar o desempenho.
Você deve estar se perguntando:
Por que a evolução dos modems parou
neste padrão, com uma velocidade tão
baixa?
Devido à largura de banda limitada do sistema de telefonia, esse foi o
limite da tecnologia dos modems. Para aumentá-lo, foi necessário
utilizar outro paradigma: Digital Subscriber Line (DSL) – Linha Digital de
Assinante.
DSL
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A tecnologia DSL permitiu a comunicação digital em alta velocidade por
meio das linhas telefônicas convencionais existentes.
DSL é um conjunto de tecnologias, cada uma das quais diferindo pela
primeira letra (ADSL, VDSL, HDSL etc.). O conjunto é normalmente
chamado de xDSL, em que x pode ser substituído por qualquer uma das
letras:
 HDSL (High-bit-rate Digital
Subscriber Line)
Primeira solução DSL desenvolvida para ser uma
alternativa às linhas T-1 (1,544 Mbps). Para
transmissão full-dúplex, emprega dois pares
trançados (um par em cada direção). O emprego de
dois pares é uma grande desvantagem do HDSL.
 ADSL (Assymetrical Digital
Subscriber Line)
Tecnologia que oferece maior velocidade no
sentido de downstream (da internet para o usuário)
do que no sentido de upstream (do usuário para a
internet). Por essa razão, é chamada de
assimétrica. Não é adequada para clientes que
necessitam de banda larga simétrica, ou seja,
mesma velocidade em ambos os sentidos.
 VDSL (Very High-bit-rate Digital
Subscriber Line)
Tecnologia que permite maiores taxas de
transmissão comparadas à ADSL, mas com alcance
menor, utilizando apenas a linha telefônica. Para
compensar, pode ser empregada uma rede híbrida a
partir da combinação de par metálico e fibra ótica.
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Dessas tecnologias, a mais utilizada é a ADSL. Vamos estudá-la com
mais detalhes.
ADSL
ADSL é a tecnologia de banda larga mais utilizada por usuários finais
por meio das linhas telefônicas. A grande vantagem para as operadoras
é usar os loops locais existentes, sem necessidade de fazer qual tipo de
modificação. Muitos se perguntam:
Como, agora, a velocidade pode ser maior,
utilizando a mesma linha telefônica que
limitava a velocidade do acesso discado?
Como vimos, as linhas convencionais são preparadas para o uso de voz.
Portanto, existe na central um filtro que limita a banda passante da linha
a 4KHz, o que reduz o acesso discado. De forma simples, para utilizar
ADSL, as operadoras de telecomunicaçõesretiram esse filtro, liberando
toda a banda possível no par trançado telefônico, que corresponde a 1,1
MHz.
Entretanto, mesmo com toda a largura de banda disponível, a velocidade
de ADSL é suscetível a outros fatores, tais como a distância entre a
residência e a central de comutação, o diâmetro do cabo e a sinalização
utilizada.
Devido a esses fatores, os projetistas da solução adotaram uma
abordagem adaptativa, testando as condições da linha antes de
estabelecer uma taxa de dados. Portanto, a taxa de dados de ADSL não
é fixa: ela muda tomando como base a condição e o tipo de cabo
utilizado na linha do assinante.
DMT
Para que as informações sejam enviadas por meio de um enlace ADSL,
é utilizada a Discrete Multitone Technique (DMT): uma técnica
multicarrier que faz uso eficiente do canal, maximizando a taxa de
transferência e enviando diferentes números de bits em distintos
subcanais.
No ADSL, são empregados 256 subcanais, com 4,312KHz cada, o que
permite utilizar toda a largura de banda disponível do meio físico de
1,104MHz. Os subcanais são multiplexados em frequência (FDM), e
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cada canal utiliza modulação QAM, como pode ser visto na imagem a
seguir:
Multicarrier
Termo referente à utilização de subcanais no canal de comunicação,
que são alocados para a transmissão de voz: upstream e downstream.
Discrete Multitone Technique.
A divisão dos canais é feita da forma a seguir:

Canal 0
Reservado para comunicações de voz.

Canal 1 a 15
Usados como banda de proteção para evitar interferências entre a voz e
os dados.

Canais 6 a 30 (25 canais)
Usados para fazer upstream de dados e seu controle.

Canais 31 a 255 (225 canais)
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Usados para para fazer downstream de dados e seu controle.
O gráfico a seguir ilustra como é realizada a distribuição da largura de
banda entre os canais de voz, upstream e downstream.
Largura de banda ADSL.
Comentário
Note que a largura de banda para o downstream é nove vezes maior
(225 canais) do que para upstream (25 canais), caracterizando a
assimetria do canal.
Instalação do ADSL no cliente
No lado cliente, é necessário que seja instalado um modem específico,
com suporte à DMT, que separará os canais de dados e voz.
Modem ADSL.
Além disso, é necessária a instalação de um splitter na rede telefônica
do usuário, que funcionará como um filtro de frequências, separando o
canal 0 para o telefone fixo e os canais 6 a 256 para o tráfego de dados.
Splitter
Geralmente, os splitters ficam ligados logo na entrada de linha de uma
residência ou empresa. A partir deles, são derivados um par de fios para
o modem e outro para os dispositivos de voz. Dessa forma, um sinal não
interfere no outro. Isso garante, particularmente, a qualidade da
chamada de voz, visto que a transmissão dos dados gera ruido na linha.
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Splitter.
A imagem a seguir ilustra uma instalação de um modem ADSL no
cliente. A linha do assinante é conectada a um splitter que separa o
tráfego de dados e de voz.
Instalação no cliente.
Como a instalação do splitter e uma nova fiação para a linha de dados
encareciam a solução, foi desenvolvido o ADSL Lite, que consiste em
conectar o modem diretamente na tomada de telefone e o modem ao
computador. Para evitar ruído nas chamadas telefônicas, são utilizados
microfiltros na ligação do telefone à rede.
Micro�ltros
Um microfiltro ADSL filtra os sinais de alta frequência gerados pelo
ADSL para não interferir na ligação de voz. A instalação ADSL Lite típica
envolve instalar microfiltros em cada telefone, fax ou em outros
dispositivos de voz, deixando o modem como o único dispositivo não
filtrado.
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Splitter à esquerda e microfiltro à direita.
O ADSL Lite usa 256 portadoras DMT com modulação de 8 bits, em vez
dos 15 bits do ADSL, o que diminui a velocidade de transmissão nos
dois sentidos.
Instalações na operadora telefônica: DSLAML
Para que o ADSL funcione corretamente, no lado da operadora de
telecomunicações, há um equipamento chamado Digital Subscriber Line
Access Multiplexer (DSLAM).
DSLAM.
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O DSLAM executa funções similares ao modem ADSL, além de realizar o
empacotamento dos dados que serão enviados para a internet. Na
chegada à operadora, também é necessária a instalação de filtros que
separarão o canal de voz dos canais de dados, conforme mostra a
imagem a seguir:
DSLAM.
ADSL
No vídeo a seguir, explicamos como uma rede ADSL está organizada,
assim como os seus componentes e sua operação.
Protocolos de camada de enlace
Para que seja possível o acesso à internet por meio das linhas
telefônicas, é necessário que sejam utilizados protocolos da camada de
enlace, que encapsularão os datagramas IP e os transmitirão via
modems. Dois protocolos se destacam: Point to Point Protocol (PPP) e
PPP over Ethernet (PPPoE).
PPP
O PPP é um protocolo projetado para gerenciar o enlace de ligações
ponto a ponto e muito utilizado no acesso utilizando modem analógico.
Algumas funções do PPP são:

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Definir o formato do quadro a ser trocado entre os dispositivos;
Identificar a forma como os dois dispositivos podem negociar o
estabelecimento da conexão e da troca de dados;
Encapsular o datagrama da camada de rede;
Realizar a autenticação dos dispositivos;
Prover conexão a vários tipos de enlaces físicos;
Configurar os endereços de rede – algo particularmente útil quando
o usuário doméstico precisa de um endereço de rede temporário
para se conectar à internet.
O quadro PPP possui sete campos:
Flag Endereço Controle
01111110 11111111 00000011
Quadro PPP
Adaptado de: IEEE, 2018.
Flag
O marcador (01111110) é utilizado para marcar o início e o final de
cada quadro.
Endereço
Indica qual é o endereço da estação que receberá o quadro. Sempre
será preenchido com o valor (11111111), já que, como é utilizado em
enlaces ponto a ponto, o receptor deve sempre estar configurado
para aceitar quadros.
Controle
Este byte contém a sequência binária padrão 00000011, indicando
que não é fornecida transmissão confiável.
Protocolo
Este byte indica que tipo de pacote está contido na área de dados.
Dados
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Encapsulam o datagrama do protocolo de camada de rede, com
tamanho padrão de 1500 bytes, podendo ser negociado outro
tamanho ao se estabelecer a conexão.
FCS
Frame Check Sequence. É o conjunto de 16 ou 32 bits usado para
detecção de erros durante a transmissão.
A imagem a seguir ilustra uma conexão típica PPP:
A imagem a seguir ilustra uma conexão típica PPP:
1. O dispositivo que deseja iniciar a conexão envia um quadro de
pedido de iniciação de configuração de um link (pacote Configure-
Request).
2. Ao receber um Configure-Request, o receptor processa a
solicitação e transmite um Configure-Ack. Nesse momento, o
enlace de camada dois está estabelecido.
3. Os dois dispositivos trocam um conjunto de pacotesde controle
com o objetivo de autenticar os usuários, obter endereços válidos
de rede etc. Ao final desta fase, o enlace estará aberto.
4. O receptor inicia o teste do enlace enviando um pedido de echo
request (solicitação eco).
5. O iniciador responde com um echo reply (resposta eco).
6. Ocorre a efetiva troca de dados entre os dois dispositivos.
7. É solicitado o fechamento do enlace com uma mensagem
Terminate-Request.
8. O outro dispositivo responde com uma mensagem Terminate-Ack e
finda a conexão.
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PPPoE
Normalmente, os usuários finais utilizam a conexão PPP por meio de
uma interface de rede Ethernet para acesso à rede interna do ISP, que
também usa Ethernet. Isso levou ao uso de uma variação do PPP: o
PPPoE.
O PPPoE surgiu em 1999, no contexto da popularização do ADSL, como
solução para acesso à rede IP dos provedores. O objetivo era definir um
método de encapsular os quadros PPP em quadros Ethernet, além de
tornar mais fáceis o controle de acesso e o gerenciamento dos recursos
da rede.
A imagem a seguir mostra o esquema típico da utilização do PPPoE:
ENLACE PPPoE.
Aqui, podemos observar que existem dois tipos de equipamentos:
Host (CPE)
Computador ou equipamento que inicia o enlace.
Concentrador (AC)
Equipamento que recebe pedidos de estabelecimento de enlace e
funciona como roteador para os enlaces PPPoE.
Quando o PPPoE é usado em uma infraestrutura ADSL, aparece uma
arquitetura de protocolos de enlace que fazem o encapsulamento das
PDUs a serem transmitidas, conforme apresentado:
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Encapsulamento PPPoE.
Estabelecimento de sessões
PPPoE
Os passos para o estabelecimento do enlace são:
1. O CPE inicia o processo ao realizar a descoberta de um AC,
enviando, em broadcast, um PPPoE Active Discovery Indication
(PADI).
2. Um ou mais ACs respondem com um PPPoE Active Discovery Offer
(PADO), contendo os serviços disponíveis e seus identificadores.
3. O CPE escolhe umas das ofertas e envia para o AC um PPPoE
Active Discovery Request (PADR), requisitando o início de uma
sessão.
4. O AC escolhido responde com um PPPoE Active Discovery Session-
Confirmation (PADS).
5. Inicia-se a sessão (Session), quando são trocados quadros PPP,
como no estabelecimento de um enlace PPP usual.
6. A sessão é encerrada com o envio do PPPoE Active Discovery
Terminate (PADT).
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A imagem a seguir ilustra esse passo a passo:
Sessão PPPoE.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Durante o estabelecimento de uma conexão PPPoE, os envolvidos
trocam uma série de pacotes entre si. Quanto a essa troca, é
possível afirmar que:
1. O AC inicia o processo enviando um pacote PADI.
2. Quando aceita uma oferta, o CPE envia ao AC o pacote PADR.
3. O AC responde o pacote PADR com um pacote PADS.
4. A sessão é encerrada com um pacote PADT, que somente
pode ser enviado pelo AC.
Está correto o que se afirma em
A II e IV.
B II e III.
C III e IV.
D II, III e IV.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
Quem inicia o processo de troca de pacotes durante a conexão
PPPoE é o CPE. Nesse processo, tanto o AC quanto o CPE podem
enviar o PADT.
Questão 2
No ADSL, o DMT subdivide a largura de banda disponível em canais.
Considerando que a largura de banda disponível de 1104KHz foi
dividida em 256 canais, em sua configuração típica, qual será a
largura de banda disponível para o downstream?
Parabéns! A alternativa C está correta.
Como a largura de banda total é de 1104 KHz, cada canal possui
4,3125 KHz. Como na configuração típica, 225 canais
correspondem ao downstream, sua largura é de: 225 x 4,3125 =
970,3125 KHz.
E I, II e III.
A 1104KHz
B 107,8125KHz
C 970,3125KHz
D 4,3125KHz
E 21,5625KHz
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2 - Acesso à internet via cabo coaxial
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever o funcionamento
do acesso à internet via cabo coaxial.
Redes de tv a cabo
A TV a cabo surgiu na década de 1940, com o objetivo de atender aos
locais em que a recepção por antenas de TV era difícil ou impossível.
Para solucionar esse problema, era instalada uma antena em um local
em que era possível receber o sinal e retransmiti-lo utilizando cabos
coaxiais. Esse esquema era denominado Community Antena TV (CATV)
– Antena de TV Comunitária.
CATV.
Nesse esquema, que operava de forma unidirecional, o headend recebia
os sinais de vídeo das estações transmissoras e retransmitia os sinais
aos cabos coaxiais. Como os sinais eram atenuados ao longo do cabo,
amplificadores eram instalados a intervalos regulares. Além disso, eram
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instalados splitters de cabo para dividir os cabos entre vários usuários,
bem como transceptores (TV box) para cada cliente.
Headend
Nome dado à central de TV a cabo que realiza o processamento, a
geração e a transmissão de sinais audiovisuais para os usuários de uma
TV por assinatura.
Splitter
Transceptor (TV box)
Na década de 1970, após o lançamento de um serviço de distribuição de
filmes via cabo, pela Time Inc., outras empresas seguiram esse
caminho, o que levou ao surgimento da TV por assinatura, utilizando
cabo coaxial. Isso ocasionou dois efeitos na indústria:
 Grandes corporações adquiriram
e estenderam os sistemas a cabo
existentes, visando aumentar
sua base de assinantes.
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Devido a esses dois efeitos, a TV a cabo seguiu um padrão similar ao da
telefonia, com a conexão de estações finais e a possibilidade de
comunicação interurbana. Com o passar dos anos, o sistema de TV a
cabo cresceu e evoluiu tecnologicamente, substituindo os cabos
coaxiais entre as cidades por fibra ótica.
Esse tipo de sistema híbrido, que combina
�bra ótica com cabos coaxiais, é
denominado Hybrid Fiber Coax (HFC).
HFC.
Nessa arquitetura, o meio de transmissão usado na ligação entre o RCH
e o nó ótico é a fibra ótica, e deste para os receptores dos usuários é o
cabo coaxial.
O HFC admite comunicação bidirecional.
Com o crescimento do número de assinantes da TV a cabo e com a
tecnologia HFC permitindo comunicações bidirecionais, as operadoras
tiveram a ideia de ofertar serviço de acesso à internet.
RCH
 Sistema distintos, de cidades
diferentes, tiveram de ser
integrados, a �m de distribuir o
conteúdo de forma homogênea,
o que levou as empresas a
interligarem via cabo as diversas
localidades.
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Regional Cable Head – Central regional de cabos. Recebe os sinais de
televisão e os retransmite para os usuários via hubs de distribuição, que
são os responsáveis pela modulaçãoe distribuição dos sinais.
Acesso à internet via cabo
coaxial
Atualmente, as empresas de TV a cabo concorrem com as empresas de
telefonia no fornecimento de banda larga residencial. A telefonia utiliza
as tecnologias xDSL, enquanto as empresas de TV a cabo utilizam o
esquema HFC.
A diferença das tecnologias empregadas já começa no meio de
transmissão. O cabo coaxial tem uma largura de banda muito maior que
o par trançado telefônico e é menos suscetível a interferências devido à
sua blindagem.
A arquitetura entre eles também é diferente. No ADSL, cada assinante
possui seu par de fios, que o atende exclusivamente, enquanto no
acesso via cabo, o mesmo cabo atende a diversos assinantes, como
ilustrado a seguir:
HFC X ADSL.
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Quando utilizado para difusão do sinal de TV, esse compartilhamento do
cabo é natural e não acarreta maiores problemas. No entanto, quando
utilizado para transmissão de dados, quanto maior a quantidade de
usuários utilizando o sistema, piores serão a qualidade da conexão e
sua velocidade efetiva. Isso requer das operadoras uma gerência muito
eficiente desse compartilhamento, pois, apesar de a largura de banda do
coaxial ser muito maior que o par trançado, ela é compartilhada por
todos.
A solução encontrada para lidar com esse problema foi desmembrar os
cabos coaxiais longos em vários troncos, ligando-os diretamente a um
nó de fibra, como mostra a primeira seção (a) da imagem. Assim, a
parte compartilhada atende a menos assinantes, limitando, dessa
forma, o impacto no compartilhamento da banda do cabo, já que, do nó
de fibra para o headend, a largura de banda disponível é muito alta,
devido à própria característica da fibra ótica.
Na seção (b) da imagem, é apresentada a solução ADSL. Como é
possível perceber, a última milha é uma ligação dedicada da estação
final (central) da operadora até a casa do assinante, utilizando par
trançado.
Faixas de frequência no
cabo
Os cabos coaxiais utilizados em um sistema HFC possuem uma largura
de banda aproximada de 5 a 750MHz (cabos de melhor qualidade
podem chegar a 1GHz) e foram divididos em três faixas para permitir o
acesso à internet, como mostra a imagem a seguir:
Divisão da banda no cabo coaxial.
Dentro de cada faixa, são utilizados canais de 6MHz. Vamos conhecer
essas faixas:
 Faixa para dados na direção de
downstream
O d d d i t t á i f i
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QAM-64
No QAM-64, são usados 6 bits/baud. Como um bit é usado para
correção de erros, restam 5 bits de dados por baud. O padrão especifica
1Hz para cada baud. Isso significa que, teoricamente, os dados na
direção de downstream podem ser recebidos a 30Mbps (5bits/Hz x
6MHz). O padrão estabelece o uso de apenas 27Mbps.
QPSK
No QPSK, são usados 2 bits/baud. O padrão especifica 1Hz para cada
baud. Isso significa que, teoricamente, os dados na direção de upstream
podem ser transmitidos à taxa máxima de 12Mbps (2bits/Hz x 6MHz).
Entretanto, a taxa de dados normalmente é inferior a 12Mbps.
Atenção
Os dados da internet para o usuário ocupam faixas
de frequências superiores, de 550 a 750MHz,
empregando modulação QAM-64 ou superior. Com
uma largura total de 200MHz, são fornecidos 33
canais de downstream.
 Faixa para transmissão de TV
Funciona na direção de downstream, ocupando as
frequências 54 a 550MHz, e pode suportar mais de
80 canais.
 Faixa para dados na direção de
upstream
Os dados da residência do assinante para a internet
ocupam uma faixa de frequências mais baixa, de 5
a 42MHz, com modulação QPSK, visto que, nessa
faixa de frequência, o uso da modulação QAM não é
adequada devido ao ruído. Com uma largura total
de 37MHz, são fornecidos 6 canais de upstream.
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Se a operadora utilizar um cabo coaxial com maior largura de banda e
empregar outros tipos de modulação, como a QAM-256, podem ser
alcançadas maiores taxas de transmissão.
Compartilhamento da
largura de banda do cabo
Como sabemos, a largura de banda do cabo coaxial é compartilhada por
todos os usuários que estiveram ligados àquele segmento. Isso se
aplica a todas as três faixas, mas, como a faixa dos canais de TV é
somente para downstream, essa faixa não é afetada pela demanda dos
usuários.
Tipicamente, um segmento de cabo coaxial atende a 500 ou mais
assinantes.
Como, então, um sistema com 6 canais de upstream ou 33 canais de
downstream pode atender a todos esses assinantes, tendo em vista
que, para baixar ou enviar dados, o assinante deve ocupar um dos
canais?
A resposta é pela multiplexação dos sinais, que ocorre da seguinte
forma:
Upstream
A largura de banda é
dividida em canais FDM,
que são compartilhados
entre os assinantes de
uma mesma região. A
companhia de cabo
aloca um canal, estática
ou dinamicamente, para
um grupo de
assinantes. Se um
assinante quiser enviar
dados, disputará o
acesso ao canal com
outros assinantes que
querem fazer o mesmo.
O assinante tem, então,
Downstream
Os canais são
distribuídos para grupos
de assinantes,
utilizando multicasting.
Se existirem dados para
qualquer um dos
assinantes do grupo,
esses dados serão
enviados pelo canal a
cada um dos
assinantes. Mas, como
cada assinante também
tem um endereço
registrado junto ao
provedor, o cable
modem compara o

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de aguardar até que o
canal esteja disponível.
endereço transportado
nos dados com o
endereço designado
pelo provedor. Se o
endereço coincidir, os
dados serão
preservados. Caso
contrário, serão
descartados.
Multicasting
Transmissão de informação para múltiplos destinatários
simultaneamente, usando a estratégia mais eficiente, em que as
mensagens só passam por um link uma única vez e somente são
duplicadas quando o link para os destinatários se divide em duas
direções.
Dispositivos do sistema de
acesso à internet via cabo
Basicamente, são necessários dois equipamentos para o acesso à
internet via cabo:
CM
Modem a cabo – Cable Modem (CM).
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CMTS
Sistema de término de modem a cabo – Cable Modem
Termination System (CMTS).
O cable modem é instalado na casa do cliente e realiza a conexão com a
rede do provedor de serviço. Normalmente, é conectado à rede do
usuário por meio de uma rede Ethernet ou Wi-Fi, como mostra a imagem
a seguir:
Cable Modem.
Quando um modem a cabo é ligado, percorre os canais downstream,
procurando por um pacote especial, emitido periodicamente pelo
headend, para fornecer parâmetros de configuração do sistema aos
modems que acabaram de se conectar.
Ao encontrar esse pacote, o novo modem anuncia sua presença em um
dos canais upstream. O headend responde, atribuindo ao modem seus
canais upstream e downstream. Essas atribuições podem ser alteradas
mais tarde, se o headend julgar necessário equilibrar a carga. Os
modems atuais seguem ao padrão Data-Over-Cable Service Interface
Specifications (DOCSIS).
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Para fornecer os serviços de acesso à internet, os
CMTS devem ser conectados, por meio de links de
dados de alta capacidade, para um provedor de
serviços de rede – muitasvezes, vezes a própria
operadora de TV a cabo.
O CMTS é instalado dentro do hub de distribuição da empresa de TV a
cabo e possui capacidade de atender a centenas ou até mesmo
milhares de modems, dependendo de seu modelo.
Podemos entender o CMTS como o equivalente ao DSLAM do ADSL. Ele
é responsável por receber dados da internet e repassá-los a um
dispositivo combinador, que os envia ao assinante. O CMTS também
recebe dados do assinante e os passa para a internet.
O tráfego de downstream é realizado encapsulando pacotes IP, de
acordo com o padrão DOCSIS. Esses pacotes são transportados em
fluxos de dados que são normalmente modulados em um canal de TV,
usando as versões 64-QAM ou 256-QAM.
Os dados upstream (dados que seguem do modem ao headend ou
internet) são transportados em quadros Ethernet, também
encapsulados dentro de quadros DOCSIS e modulados com QPSK.
A imagem a seguir mostra a localização do CMTS:
CMTS
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Acessando a internet via
cabo
No vídeo a seguir, abordamos como a infraestrutura das operadoras de
TV a cabo podem ser utilizadas para permitir o acesso à internet.
DOCSIS
O DOCSIS especifica a arquitetura e os protocolos a serem utilizados na
rede de dados a cabo, e é utilizado para troca de dados entre o CM e o
CMTS. Do ponto de vista físico, ele realiza a multiplexação utilizando
FDM na ligação do CM ao CMTS, com canais de 6MHz de largura e uma
vazão máxima de 40Mbits/s por canal.
A transmissão do CMTS para o CM ocorre por difusão, ou seja, todos os
modems que estão no canal recebem o sinal, mas, como apenas o
CMTS está transmitindo, não existe o problema do acesso múltiplo e,
portanto, a ocorrência de colisão.
Já quando falamos da transmissão do CM para o CMTS, surge o
problema de como lidar com vários modems querendo transmitir ao
mesmo tempo, o que poderia gerar colisões.
Como lidar com isso?
Observe a imagem a seguir:

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Canais entre o CMTS e os CM.
Aqui, vemos que cada canal do modem é dividido em slots de tempo,
similar ao uso do TDM: cada um, por sua vez, subdivido em mini-
intervalos, durante os quais os modems a cabo podem transmitir ao
CMTS, desde que este conceda, explicitamente, permissão para isso.
Para conceder permissão, o CMTS envia uma mensagem de controle
(MAP) para o modem que deseja transmitir em um canal, especificando
o tempo a ele alocado. Dessa forma, os outros modems sabem a quem
foi alocada a banda do canal e não transmitem, evitando, assim, a
colisão.
Surge, então, a pergunta:
Como o CMTS sabe qual CM deseja transmitir?
Existe um conjunto especial de mini-intervalos dedicados para os
modems requisitarem transmissão. Essas requisições podem colidir
com as requisições de outros modems. Se isso ocorrer, o CM não a
detectará e solicitará uma nova requisição de transmissão, depois de
um intervalo de tempo.
Vamos ver, de forma simplificada, o protocolo de interação do CM com o
CMTS:
No upstream
1. O CM verifica periodicamente os canais de downstream disponíveis
por intermédio de um pacote enviado pelo CMTS. Esse pacote
solicita a qualquer CM novo que se anuncie em um canal de
upstream.
2. O CMTS envia um pacote para o CM, definindo seus canais
alocados de downstream e upstream.
3. O CM inicia, então, um processo, denominado ranging, que
determina a distância entre o CM e o CMTS. Esse processo é
necessário para a sincronização de todos os CM e CMTS e para a
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definição dos mini-intervalos a serem usados para o
compartilhamento dos canais de upstream.
4. O CM envia um pacote para o ISP, solicitando seu endereço IP.
5. CM e o CMTS trocam, então, alguns pacotes entre si para
estabelecer parâmetros de segurança que são necessários para
acesso a uma rede pública, como uma TV a cabo.
6. O CM envia seu identificador exclusivo para o CMTS.
7. A comunicação pode ser iniciada no canal de upstream
estabelecido, e o CM pode disputar os mini-intervalos para envio de
seus dados.
No downstream
O CMTS envia pacotes com o endereço do CM receptor, usando o canal
alocado de downstream para o grupo de usuários.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Os sistemas HFC foram uma evolução do CATV – sistema original
da TV a cabo. Quanto ao HFC, é possível afirmar que
1. o cabo coaxial interliga o nó ótico à casa do assinante.
2. o cabo ótico interliga o nó ótico ao RCH.
3. o sistema é unidirecional.
4. os hubs de distribuição encaminham os sinais de TV via RCH.
Está correto o que se afirma em
A I e II.
B II e III.
C II, III e IV.
D I, II e III.
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Parabéns! A alternativa A está correta.
O HFC é bidirecional, não unidirecional. E o RCH é quem encaminha
os sinais via hubs de distribuição.
Questão 2
Existem vários métodos de acesso à internet, como o uso do cabo
coaxial de TV. Quanto à utilização do cabo coaxial em uma
arquitetura HFC, avalie as asserções propostas a seguir e a relação
proposta entre elas.
1. À medida que aumenta a quantidade de assinantes na mesma
região, sua qualidade de conexão diminui.
PORQUE
2. Como o cabo que liga os assinantes ao nó ótico é
compartilhado, o aumento do número de assinantes diminui a
largura de banda disponível para cada um deles.
Assinale a alternativa que apresenta a relação correta entre as duas
afirmativas:
E I, II e IV.
A
Ambas são verdadeiras, e a segunda justifica a
primeira.
B
Ambas são verdadeiras, mas a segunda não justifica
a primeira.
C A primeira é verdadeira, e a segunda é falsa.
D A primeira é falsa, e a segunda é verdadeira.
E Ambas são falsas.
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Parabéns! A alternativa A está correta.
Em sistemas a cabo, todos os assinantes de uma região são
atendidos pelo mesmo cabo coaxial. Portanto, esse cabo tem a
largura de banda compartilhada por todos eles. Se o número de
assinantes aumentar, a largura de banda disponível para cada um
ficará menor.
3 - Acesso móvel à internet
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever o funcionamento
do acesso móvel à internet.
Sistema de telefonia celular
O sistema de telefonia celular foi projetado para estabelecer
comunicação entre duas unidades móveis – Mobile Stations (MS). O
provedor de serviços deve ser capaz de localizar e rastrear as unidades
envolvidas em uma chamada, alocar um canal à chamada e transferir o
canal de uma estação rádio base à outra, à medida que o usuário que
faz a chamada deixa a área de cobertura.
Para cumprir esses objetivos, o serviço celular divide sua área de
atuação em células, que contêm uma antena controlada por uma
estação de rede denominada Estação Rádio Base – Base Stations (BS).
Essa estação, por sua vez, é controlada pela Central de Comutação
Móvel – Mobile Switching Center (MSC).
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A MSC coordena a comunicação entre as estações rádio base e a
central telefônica do sistema de telefonia fixa (PSTN), conformemostra
a imagem a seguir:
Sistema celular.
Quando um MS deseja fazer uma ligação, digita-se um número de
telefone e pressiona-se o botão de chamada. A estação móvel procura,
então, um canal da estação rádio base com o sinal forte e envia o
número a ser chamado. Ao receber o número, a BS o repassa à MSC,
que o envia ao PSTN.
Se o destino estiver disponível, será estabelecida uma conexão, e o
resultado será retransmitido de volta para a MSC. Nesse ponto, a MSC
aloca um canal de voz para a ligação, e uma conexão é estabelecida. A
estação móvel ajusta automaticamente sua sintonia para o novo canal,
e a comunicação pode ser iniciada.
Já quando um telefone celular é chamado, a central telefônica envia o
número para a MSC, que procura a localização da estação móvel,
enviando sinais de consulta para cada célula, em um processo
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denominado paging. Assim que a estação móvel for encontrada, a MSC
transmitirá um sinal de discagem e, quando a estação rádio base
responder, alocará um canal de voz para a ligação, permitindo que a
conversação possa ser iniciada.
Durante a chamada, um problema que pode surgir é o MS se distanciar
muito da estação rádio base que o está atendendo, e o sinal ficar muito
fraco ou até mesmo cair.
Como o sistema lida com isso?
Fazendo Handoff, que consiste em transferir o canal da chamada de um
BS para outro. Para isso, o MSC monitora o nível do sinal da ligação e, se
ele cair muito, procura uma nova célula que possa atender melhor à
chamada, transferindo o canal para essa BS.
Atenção
Uma última característica importante da telefonia celular é o roaming,
que ocorre quando o usuário de um provedor de serviço do estado do
Rio de Janeiro, por exemplo, pode utilizar a telefonia celular em outro
estado, como São Paulo, que não é atendido por seu provedor. Para que
isso ocorra, os dois provedores, do Rio de Janeiro e de São Paulo, farão
um contrato de roaming, o que permitirá estender sua cobertura.
Gerações da telefonia
celular: acesso à internet
via celular
A telefonia celular passou por várias gerações, modificando a forma de
operação e os serviços oferecidos. Entre essas gerações estão:
 1G
Transmissão de voz por meio do sinal analógico.
Empregava o padrão Advanced Mobile Phone
System (AMPS).
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 2G
Transmissão de voz por sinal digital. Empregava as
tecnologias Time Division Multiple Access (TDMA),
Code Division Multiple Access (CDMA) e Global
System for Mobile Communications (GSM).
 2.5G
Primeiros protocolos que permitiram a transmissão
de dados, mas ainda em velocidades baixas.
Geração baseada, essencialmente, em tecnologias
General Packet Radio Service (GPRS), Enhanced
Data Rates for GSM Evolution (EDGE) e High Speed
Circuit Switched Data (HSCSD).
 3G
Permitiu a transmissão de dados e voz.
Corresponde ao surgimento da internet móvel. A
terceira geração é baseada, principalmente, nas
tecnologias CDMA-2000 (e suas variações),
Universal Mobile Telecommunications Service
(UMTS) e High Speed Packet Access (HSPA), que
tem como base dois protocolos: High Speed
Downlink Packet Access (HSDPA) e High Speed
Uplink Packet Access (HSUPA).
 4G
Evolução das tecnologias empregadas para
transmissão de dados e conhecida como rede LTE
(Long Term Evolution). Permite mais conexões
simultâneas, sem perder a qualidade no sinal e
disponibiliza uma velocidade quatro a 100 vezes
mais rápida que a tecnologia 3G. Outra diferença
l ã à 3G é t l i i i
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em relação à 3G é que a tecnologia prioriza o
tráfego de dados (áudio, texto, vídeo, foto) na
internet, e não mais o tráfego de voz. Fornece,
ainda, a integração de uma variedade de serviços.
Antes do surgimento da tecnologia 4G, alguns
serviços somente eram acessíveis em banda larga
fixa.
 4.5G
Corresponde ao padrão LTE Advanced. Trabalha
com múltiplas faixas de frequência ao mesmo
tempo, contra uma do 4G, o que permite
velocidades maiores.
 5G
A internet 5G visa revolucionar o acesso móvel à
internet e suportar a implementação efetiva da
Internet da Coisas (IoT). Ela utiliza faixas de
frequência com maior capacidade de transmissão,
o que proporciona uma velocidade 10 a 20 vezes
maior do que a tecnologia 4G e uma grande
redução na latência.
 6G
Por mais que a tecnologia 5G ainda esteja em uma
fase embrionária em muitas regiões, já estão sendo
pesquisadas tecnologias para a sexta geração, com
velocidades superiores à tecnologia 5G, foco em
máquinas e emprego de serviços de realidade
aumentada.
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As redes móveis empregam uma grande diversidade de padrões que
permitiram aos dispositivos móveis evoluírem de simples aparelhos
telefônicos móveis para sofisticados equipamentos com acesso à
internet, os quais nos possibilitam jogar, estudar, realizar transações
financeiras, tirar fotografias e, por incrível que pareça, ainda fazer
ligações!
Gerenciamento da
mobilidade
Um nó móvel é aquele que muda seu ponto de conexão com a rede ao
longo do tempo. Um dos desafios desse cenário é se desejamos ou não
manter o endereço IP do nó móvel enquanto ele se desloca pelas
diversas redes.
A resposta a essa questão depende do tipo de acesso que está sendo
realizado. Por exemplo, se um usuário está em um veículo que se
desloca e está executando uma aplicação, ele precisa manter o IP. Mas,
se ele está na rede do escritório, desliga o notebook, vai para casa e faz
um novo acesso a um site, pode mudar o endereço IP sem problema.
Imagine um cenário em que um profissional de vendas, que necessita
manter seu IP o tempo todo, realiza a visita a um cliente, e outro cliente
deseja enviar uma mensagem. A arquitetura básica para essa
mobilidade é exibida na imagem a seguir:
Arquitetura básica de mobilidade.
Rede nativa
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Home network. Residência permanente do nó móvel. No caso, é a rede
da empresa do vendedor.
Agente nativo
Home agent. Responsável pelo gerenciamento da mobilidade do nó
móvel pertencente à rede.
Rede visitada
Visited network. Também chamada de rede externa (foreign network).
Rede na qual o nó móvel está residindo naquele momento. No caso, é a
rede do cliente.
Agente externo
Foreign agent. Entidade dentro da rede externa que auxilia o nó móvel
no gerenciamento das funções de mobilidade.
Correspondente
Entidade que quer se comunicar com o nó móvel. No caso, é o segundo
cliente.
Endereçamento
Para facilitar o desenvolvimento das aplicações, a mobilidade do
usuário deve ser tratada pela camada de rede. Em outras palavras, do
ponto de vista da aplicação, o endereço IP do dispositivo deve ser
mantido. Isso implica que todo tráfego enviado ao endereço permanente
do host móvel (rede nativa) deve ser encaminhado para a rede onde ele
estiver (rede externa).
Mas como fazer isso?
A solução mais utilizada tem sido o agente nativo na rede nativa do nó
móvel monitorar a rede externa onde ele reside em um dado momento,
responsabilizando-se por encaminhar as mensagens ao local correto.
Para fazer isso, ele pode se comunicar com os agentes externos das
redes visitadas. Esses agentes, normalmente, ficam nos roteadores de
borda da rede. Um de seus papéis é criar o endereço aos cuidados –
Care-of Address(COA) – ou endereço administrado para o nó móvel. A
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parte da rede do endereço COA combinaria com a parte da rede do
endereço da rede externa. Dessa forma, o host móvel possui seu IP
permanente (da rede nativa) e seu IP COA (na rede externa).
Comentário
Note que, no exemplo da imagem de arquitetura básica de mobilidade, o
endereço permanente do nó móvel é 128.119.40.186. Enquanto visita a
rede 79.129.13/24, o nó móvel tem um COA 79.129.13.2.
O agente externo realiza, ainda, um segundo procedimento: informar ao
agente nativo que o nó móvel está residindo em sua rede e qual é seu
endereço COA.
Roteamento móvel
Vamos considerar, agora, que um correspondente deseja enviar um
datagrama para o nó móvel. Para isso, ele encaminha o datagrama com
o endereço de destino permanente do host móvel – em nosso exemplo,
128.119.40.186 (etapa 1):
Roteamento móvel.
Quando o datagrama chega à rede nativa, o agente nativo o intercepta e
o encaminha para a rede visitada, utilizando o COA do nó móvel (etapa
2). Para prover a transparência e evitar problemas para a aplicação
móvel, o agente nativo encapsula o datagrama original completo do
correspondente dentro de um novo (e maior) datagrama. Ele é
endereçado e entregue ao COA do nó móvel.
Ao chegar à rede externa, seu agente o recebe e faz o repasse para o nó
móvel (etapa 3). O agente externo proprietário do COA receberá e
desencapsulará o datagrama, isto é, removerá o datagrama original de
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dentro do datagrama maior recebido no nó agente externo e entregará o
datagrama original para o nó móvel. Por fim, o nó móvel enviará a
mensagem de resposta diretamente ao correspondente, sem passar
pela rede nativa (etapa 4).
A imagem a seguir mostra um datagrama original de um correspondente
sendo enviado para a rede nativa, um datagrama encapsulado sendo
enviado ao agente externo, e o datagrama original sendo entregue ao nó
móvel:
Encapsulamento e desencapsulamento.
IP móvel
O Internet Engineering Task Force (IETF) definiu o suporte de
mobilidade, conhecido como IP móvel, que consiste em três partes
principais. São elas (PERKINS, 2003; 2004):
Descoberta de agente
O IP móvel define os protocolos utilizados por um agente
nativo ou por um agente externo para anunciar seus serviços
aos nós móveis e protocolos, a fim de que os nós móveis
solicitem os serviços de um agente externo ou nativo.
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Registro no agente nativo
O IP móvel define os protocolos usados pelo nó móvel ou
agente externo para registrar e anular os registros de COAs no
agente local de um nó móvel.
Roteamento de datagramas
Define a maneira pela qual datagramas são repassados para os
nós móveis por um agente nativo, incluindo regras para
repassar datagramas, regras para manipular condições de erro
e diversas formas de encapsulamento.
Gerenciamento de
mobilidade em redes
celulares
Agora que entendemos como funciona a mobilidade em uma rede IP,
vamos ver como funciona em uma rede celular. De forma similar à rede
IP, a rede celular possui os conceitos de:

Rede nativa
Denominada rede
pública terrestre móvel
nativa (PLMN nativa),
que corresponde à rede
da qual o usuário é
assinante.

Rede visitada
Denominada rede
pública terrestre móvel
visitada (PLMN
visitada), que
corresponde à rede que
o assinante está
visitando.

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Além dessa similaridade, o roteamento celular acontece igual ao
roteamento IP, ou seja, o datagrama (ou chamada de voz) é inicialmente
roteado para a rede nativa e dela para a rede externa.
Vamos ver um exemplo de como funciona o roteamento celular:
Roteamento celular.
Entenda o passo a passo do roteamento celular considerando a
numeração da imagem anterior:
1. O correspondente disca o número do telefone do usuário móvel. A
chamada é roteada desde o correspondente, passa através do
PSTN e chega à MSC na rede nativa do usuário móvel.
2. A MSC nativa recebe a chamada e interroga o HLR para determinar
a localização do usuário móvel que retorna o número roaming da
estação móvel – Mobile Station Roaming Number (MSRN) –, o qual
denominaremos número de roaming. O número de roaming
desempenha um papel semelhante ao do endereço COA no IP
móvel e, da mesma forma, é invisível para o correspondente e para
o usuário móvel.
3. Dado o número de roaming, a MSC nativa estabelece o segundo
trecho da chamada através da rede até a MSC na rede visitada. A
chamada está concluída – foi roteada do correspondente até a
MSC nativa e daí para a MSC visitada, e desta até a estação base
que atende ao usuário móvel.
HLR
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Home Location Register. Contém o número permanente do telefone
celular e as informações do perfil do assinante para cada assinante e
sua localização atual.
Atenção
Quando um telefone entra em uma rede visitada, ele deve se registrar, o
que é feito pela troca de mensagens entre o telefone e o VLR , que,
por sua vez, envia uma mensagem de requisição de atualização de
localização ao HLR do usuário móvel. Essa mensagem informa ao HLR
o número de roaming no qual o usuário móvel pode ser contatado ou o
endereço do VLR – que, então, pode ser consultado mais tarde para
obter esse número.
VLR
Visitor Location Register. Contém um registro para cada usuário móvel
que está atualmente na parte da rede atendida pelo VLR. Assim, os
registros do VLR vêm e vão à medida que usuários entram e saem da
rede. Um VLR normalmente está localizado junto com MSC, que
coordena o estabelecimento de uma chamada de e para a rede visitada.
Hando�
Uma transferência (handoff) ocorre quando uma estação móvel muda
sua associação de uma estação base para outra durante uma chamada.
Seu processamento pode ser visto na imagem a seguir:
Handoff
Entenda o processamento, considerando a numeração da imagem
anterior:
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1. A antiga estação base (BS) informa à MSC visitada que deve ser
feita uma transferência e indica a BS (ou possível conjunto de BS)
para a qual o usuário móvel deve ser transferido.
2. A MSC visitada inicia o estabelecimento do caminho até a nova BS,
alocando os recursos necessários para carregar a chamada
redirecionada e sinalizando à nova BS que uma transferência está
prestes a ocorrer.
3. A nova BS reserva e ativa um canal de rádio para ser utilizado pelo
usuário móvel.
4. A nova BS devolve um sinal à MSC visitada e à antiga BS, indicando
que foi estabelecido um caminho entre a MSC visitada e a nova BS,
e que o usuário móvel deve ser informado da transferência
iminente. A nova BS provê todas as informações de que o usuário
móvel necessitará para se associar com a nova BS.
5. O usuário móvel é informado de que deve realizar uma
transferência. Note que, até esse ponto, ele está totalmente
desavisado de que a rede estava preparando o terreno para uma
transferência – como, por exemplo, reservando um canal na nova
BS e alocando um caminho entre a MSC visitada e a nova BS.
6. O usuário móvel e a nova BS trocam uma ou mais mensagens para
ativar totalmente o novo canal na nova BS.
7. O móvel enviaà nova BS uma mensagem de conclusão de
transferência que é repassada para a MSC visitada. Então, a MSC
visitada redireciona a chamada em curso para o usuário móvel por
meio da nova BS.
8. Os recursos reservados ao longo do caminho até a antiga BS são
liberados.
A mobilidade nas redes
móveis
No vídeo a seguir, abordamos como funciona o gerenciamento da
mobilidade nas redes móveis.

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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Quando um nó móvel que pertence a uma rede está fisicamente
localizado em outra, surge o problema do roteamento móvel. Nessa
situação, ocorre o seguinte:
1. O agente nativo envia para o agente externo os pacotes
recebidos para o móvel.
2. O pacote enviado pelo agente nativo para o agente externo
possui como endereço o COA.
3. Na rede nativa, o pacote será finalmente enviado para o nó
móvel, usando seu IP nativo.
Está correto o que se afirma em
Parabéns! A alternativa E está correta.
O encaminhamento final ocorre na rede externa (visitada), e não na
rede nativa.
A II apenas.
B I apenas.
C II e III.
D I e III.
E I e II.
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Questão 2
Em uma rede celular, quando um nó móvel se desloca, pode sair de
uma célula e entrar em outra. Esse processo é denominado
handoff. A respeito da forma de funcionamento do handoff, é
possível afirmar que:
1. Ao receber a informação da antiga BS, a MSC informa à MSC
visitada a necessidade do handoff e aloca os recursos para a
nova BS.
2. A nova BS informa à VLR da rede visitada que alocou um canal
para uso do usuário móvel.
3. Após ser avisado de que deve realizar uma transferência, o
usuário móvel troca mensagens com a nova BS para ativar o
novo canal.
4. Após a conclusão da ativação, a MSC visitada redireciona a
chamada para a nova BS e libera os recursos que estavam
alocados à antiga BS.
Parabéns! A alternativa C está correta.
O processo de handoff de dispositivos móveis ocorre quando uma
estação móvel migra de uma estação-base para outra. Para que
isso ocorra, um equipamento fundamental é a MSC, que
comunicará e gerenciará o processo de transição de uma célula
para outra. A MSC informará à BS de origem a necessidade de
A I, II e III.
B I, II e IV.
C I, III e IV.
D II, III e IV.
E III e IV.
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handoff, alocando os recursos necessários, e a nova BS informará à
MSC e à BS antiga a alocação de canal.
4 - Novas tecnologias de acesso à internet
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car as tecnologias
mais recentes de acesso à internet.
Acesso à internet via �bra
As soluções baseadas em linha telefônica, ADSL e cabo limitam o
desempenho do acesso à internet. Com a popularização do uso da fibra
ótica no backbone e a redução de seu custo, as empresas provedoras de
acesso, em particular as de telecomunicações, tiveram a ideia de levar a
fibra até os usuários finais.
Assim, surgiu o Fibra para X (FTTX), que é um termo genérico, em que X
indica até onde a fibra alcança na última milha. Alguns dos tipos de
FTTX são:
 FTTN (�bra até o nó, vizinho ou
último ampli�cador)
A fibra termina a uma longa distância das
instalações do cliente, em torno de 1.600 metros,
bi t d ti d l ã é
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A imagem a seguir ilustra as arquiteturas FTT X (Node, Curb, Building,
Home), indicando onde ocorre a mudança do meio de fibra (azul) para
par metálico (laranja). A diferença está na distância. Nosso estudo
focará no FTTH.
em um gabinete de rua, a partir do qual a conexão é
realizada com cabos de cobre.
 FTTC (�bra até o meio-�o ou
armário)
Semelhante ao FTTN, difere pelo fato de o armário
de rua ou poste estar a uma distância mais curta,
em torno de 300 metros do cliente.
 FTTB (�bra até o edifício, negócio
ou porão)
A fibra vai até o edifício do cliente – como, por
exemplo, em um porão de um edifício residencial –
e termina em um armário, a partir do qual a
distribuição é feita para os apartamentos, utilizando
cobre.
 FTTH (�bra para casa)
A fibra chega ao interior de uma residência, e
apenas a distribuição na rede interna é realizada
por cobre ou por rede sem fio.
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FTTX.
FTTH
A FTTH utiliza as chamadas redes óticas passivas (PONs), que
consistem em uma tecnologia de telecomunicações de fibra ótica cuja
arquitetura implementa uma topologia ponto a multiponto, na qual uma
única fibra ótica atende a vários usuários finais, utilizando divisores de
fibra não alimentados para dividir a largura de banda entre os vários
pontos.
A imagem a seguir ilustra uma solução FTTH, utilizando uma arquitetura
PON:
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Acesso à internet via FTTH.
Aqui, podemos observar que:
O OLT, que converte óticos para elétricos, é conectado à internet por
meio de um roteador que o interliga a outros provedores de acesso.
O distribuidor ótico é conectado ao terminal de linha ótica (OLT) no
provedor de acesso.
O distribuidor combina as fibras dos usuários (em torno de 100) em
uma única fibra ótica compartilhada.
O ONT é conectado por fibra ótica dedicada a um distribuidor da
região.
Na rede do usuário, é instalado um terminal de rede ótica (ONT),
que é um equipamento ativo para a recepção e transmissão do sinal
através da rede passiva da operadora. O ONT é o que o usuário
comumente chama de roteador.
A transmissão na PON ocorre da seguinte maneira:
Downstream
Os distribuidores óticos
dividem o sinal da
internet para que
alcance todas as casas.
Os pacotes de todos os
usuários são enviados
no enlace entre o OLT e
o distribuidor ótico.
Upstream
O distribuidor ótico
mescla os sinais das
casas via protocolo de
acesso múltiplo, como
o TDMA, em um único
sinal e o envia ao OLT.
Mesmo com o compartilhamento da fibra entre os vários assinantes,
devido à baixa atenuação e largura de banda implícita da fibra, as PONs
podem oferecer altas velocidades aos usuários por distâncias de até
20km.
As taxas de dados reais e outros detalhes
dependem do tipo de PON implementado. Os

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dois tipos mais comuns são Gigabit-capable
PONs (GPONs) e Ethernet PONs (EPONs).
Ambos trabalham em torno de um gigabit/segundo e podem transportar
tráfego para diferentes serviços, incluindo dados, vídeo e voz.
O quadro a seguir faz uma comparação entre EPON e GPON:
Características EPON GPON
Padrão e protocolo
IEEE 802.3ah,
Ethernet e TDM
ITU T G984, ATM
TDM E Ethernet
Velocidade de
transmissão
Simétrica
Downstream:
1,25Gbps
Upstream:
1,25Gbps
Assimétrica
Downstream:
2,5Gbps
Distância Até 20km Até 20km
Tamanho do
pacote
1518 bytes, Padrão
Ethernet.
Variável de 53
bytes, padrão AT
até 1518 bytes,
Padrão Ethernet
Comportamento
dos pacotes no
downstream
Os pacotes do OLT
são enviadosvia
broadcast para
todos os ONTs, que
seleciona os seus e
descarta os outros.
Os pacotes do O
são enviados via
broadcast para
todos os ONTs, 
seleciona os seu
descarta os out
Comportamento
dos pacotes no
upstream
Cada ONT
transmite quadros
Ethernet para o OLT
com intervalos de
tempo diferentes
atribuídos pelo OLT.
Pacotes
fragmentados. O
formato do fram
contém células
ATM.
Compatibilidade A tecnologia
permite
compatibilidade
O ITU-T não
aconselha
compatibilidade
entre fabricante
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Características EPON GPON
entre vários
fabricantes.
Eficiência
Baseada nas taxas
de transferência
67%.
Baseada nas tax
de transferência
93%.
Quadro: Características dos tipos de PON.
Elaborado por: Sidney Ventury.
Existe uma variação do FTTH: o DFTTH (FTTH dedicado), em que a fibra
é ligada diretamente da residência à operadora. A fibra dedicada fornece
maior largura de banda, mas o custo é muito alto, o que inibe seu uso na
área residencial.
Entre as vantagens do FTTH em relação aos sistemas baseados em
cobre estão:
Dimensões reduzidas;
Capacidade para transportar grandes quantidades de informação;
Atenuação muito baixa, o que permite grandes espaçamentos entre
repetidores;
Imunidade às interferências eletromagnéticas.
A desvantagem é o custo mais alto que soluções ADSL
ou cabo.
Redes óticas passivas
No vídeo a seguir, abordamos o funcionamento de uma rede ótica
passiva, apresentando componentes, características, operação,
vantagens e desvantagens.

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Redes via satélite
Uma rede via satélite combina nós terrestres, um terminal ou telefone,
com satélites de comunicação e, similar à rede de telefonia celular,
divide o planeta em células.
Satélites de comunicação
Satélites artificiais para fins de telecomunicações que, normalmente,
usam órbitas geoestacionárias ou baixas órbitas polares. Criam um
canal de comunicação entre uma fonte transmissora e outra receptora
em diferentes locais do planeta. São utilizados para transmissão de
televisão, telefone, rádio e acesso à internet. Representam uma
tecnologia complementar àquela das fibras óticas em cabos
submarinos de comunicação.
Satélite Milstar.
Os satélites permitem a transmissão de/para qualquer ponto da Terra,
não importando sua distância, o que permite que sejam disponibilizadas
comunicações de alto padrão sem exigir grandes investimentos em
infraestrutura terrestre.
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Os satélites percorrem uma órbita em torno da Terra que pode ser
equatorial, inclinada ou polar, como mostra a imagem a seguir:
Tipos e órbitas.
Os satélites utilizam micro-ondas com antenas bidirecionais (linha de
visada). Portanto, o sinal de um satélite, normalmente, destina-se a uma
área específica, chamada de área de cobertura. No centro, a potência do
sinal é máxima. Essa potência enfraquece à medida que caminhamos
para a borda, delimitada por um mínimo aceitável no nível do sinal.
Categorias de satélites
Tomando como base a posição da órbita, os satélites podem ser
divididos em três categorias. São elas:
Geostationary Earth Orbit (GEO) – Órbita Terrestre Geoestacionária
Satélite geoestacionário.
Esse tipo de satélite orbita a Terra na mesma velocidade de rotação,
tornando fixo acima de determinado ponto da superfície, bem como
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mantendo a linha de visada entre as antenas de transmissão e de
recepção durante todo o tempo.
Existe apenas uma órbita geoestacionária que corresponde a uma órbita
equatorial à 35.410km da superfície da Terra. Devido à curvatura da
Terra, um único satélite geoestacionário não consegue cobrir todo o
planeta. São necessários pelo menos três satélites espaçados de 120
graus para fornecer transmissão global quase completa. Nessa
configuração, as altas latitudes, como os polos, têm visibilidade
limitada.
Cobertura da Terra por satélites.
Devido à grande distância da Terra, a latência desse tipo de satélite pode
atingir 270ms ou até mais, tornando-o inadequado para aplicações
interativas.
Middle-Earth-Orbit (MEO) – Média Órbita Terrestre
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Satélites do GPS.
Esses satélites orbitam a Terra em uma altitude de 5.000 a 15.000km.
Sua latência fica na casa de 35 a 85ms, e eles demoram de seis a oito
horas para dar uma volta em torno do planeta.
Um exemplo de sistemas que utilizam esse tipo de satélite é o Global
Positioning System (GPS).
Low-Earth-Orbit (LEO) – Baixa Órbita Terrestre
Esses satélites utilizam uma órbita polar entre 500 e 2.000km, com um
período de rotação de 90 a 120 minutos, e possuem uma latência de 1 a
7ms.
Sistemas desse tipo costumam dividir a Terra em células, com uma área
de cobertura de 8.000km de diâmetro. São compostos por uma
constelação de satélites que funcionam de maneira integrada, formando
uma rede em que cada satélite atua como um comutador.
Os satélites mais próximos são conectados por meio de InterSatellite
Links (ISLs) – Links Intersatélites. Eles ainda podem se comunicar com
uma estação terrestre (gateway) por intermédio de um Gateway Link
(GWL) – Link de Gateway. Um sistema móvel se comunica com a rede
via User Mobile Link (UML) – Link Móvel de Usuário.
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Sistema LEO.
Constelação Iridium.
Um exemplo de sistema desse tipo é o Iridium, que foi iniciado pela
Motorola em 1990 e, depois, vendido. Ele é composto por uma rede de
66 satélites divididos em seis órbitas, com 11 satélites em cada órbita.
As órbitas se encontram a uma altitude de 750km, e os satélites em
cada órbita estão separados entre si por aproximadamente 32° de
latitude.
Outro sistema de satélites de baixa órbita que está sendo instalado é o
StarLink, que, no momento de confecção deste conteúdo, contava com
aproximadamente 1.800 satélites de baixa órbita, permitindo acessar a
internet em áreas remotas, com baixa latência e alta taxa de
transmissão.
A imagem a seguir ilustra os tipos de satélites de comunicação e suas
propriedades, incluindo altitude, latência e quantidade mínima de
satélites para cobertura global:
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Tipos de satélites de comunicação.
Faixas de frequências para
comunicação via satélite
Cada satélite transmite e recebe em duas faixas distintas. A
transmissão da Terra para o satélite é denominada uplink. Já a
transmissão do satélite para a Terra é conhecida como downlink.
A tabela a seguir fornece uma visão geral de algumas faixas e suas
características:
Banda Downlink Uplink
L 1,5GHz 1,6GHz
S 1,9GHz 2,2GHz
C 4,0GHz 6,0 Hz
Ku 11GHz 14GHz
Ka 20GHz 30GHz
Tabela: Faixas de frequência.
Extraída de: Tanenbaum, 2011, p. 73.
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Acesso à internet via
satélite
Os sistemas de satélite permitem que usuários em áreas remotas, onde
a instalação da rede fixa de fibra, ADSL ou caboé inviável pela distância
ou baixa densidade populacional, por exemplo, e em áreas rurais
possam acessar a internet.
Para esse tipo de serviço, podem ser utilizados satélites
geoestacionários ou de baixa órbita.
A topologia básica consiste em:
No lado do usuário, é necessário um terminal de usuário – como,
por exemplo, um PC –, um equipamento de conexão – como um
roteador – e uma estação com antena parabólica que se
comunicará com o satélite.
O satélite de comunicações fará a transmissão para o provedor do
serviço.
No provedor de serviço, haverá uma antena parabólica para
fazer/receber as transmissões via satélite, equipamentos de
controle e link de acesso à internet.
Acesso à internet via satélite.
A alta latência em satélites geoestacionários é um problema para o uso
em aplicações de tempo real, pois o tempo para a informação ir ao
satélite e voltar à Terra gira em torno de 500ms. Nos satélites de baixa
órbita, esse problema é minimizado, porque há uma latência na ordem
de 20 a 50ms.
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As taxas de transmissão oferecidas pelas operados dos satélites podem
variar. Entretanto, os operadores de satélites LEO oferecem, em média,
taxas de transmissão de até 150Mbps para download e até 50Mbps
para upload. A capacidade de transmissão depende fortemente da
largura de banda dos sinais e da faixa de frequência utilizada: quanto
mais alta for a frequência de operação, maiores serão a largura de
banda e a capacidade de transmissão.
O quadro a seguir faz um resumo das vantagens e desvantagens do
acesso via satélite:
Vantagens Desvantagens
Disponibilidade: o satélite
está disponível em
qualquer parte, o que o
torna uma solução
apropriada para áreas
rurais.
Limitação de dados: a maioria
dos serviços tem uma franquia
de acesso mensal e, uma vez
atingido o limite do plano, a
velocidade de transmissão
reduz significativamente.
Continuidade do serviço
em situações de
emergência: os serviços
via satélite são uma
alternativa viável em
situações de catástrofe
natural (e outras), em que
as redes fixas e móveis
deixam de estar
disponíveis.
Assistência técnica: a
otimização das condições de
emissão e recepção poderá
exigir assistência técnica
especializada no que toca à
orientação e ao alinhamento do
satélite, tanto no momento da
instalação do serviço quanto
posteriormente, em caso de
desalinhamento das antenas
(devido, por exemplo, às
condições atmosféricas
severas).
Velocidade: algumas
ofertas (não muitas) são
mais rápidas do que as
oferecidas por cabo.
Latência: os atrasos
associados à transmissão da
informação, desde a origem ao
destino via satélite, podem ser
limitadores para certas
aplicações interativas de tempo
real.
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Vantagens Desvantagens
Flexibilidade: podem não
ser aptos para certos
jogos em tempo real, mas
têm bom desempenho em
aplicações de tráfego de
rajada, envio de
mensagens e até
streaming de conteúdos
audiovisuais.
Preço: o preço médio da oferta
de internet via satélite é maior
do que o oferecido através de
sistemas terrestres.
Quadro: Atributos do serviço de internet via satélite.
Adaptado de: ANACOM, 2021, p. 10.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Um usuário residencial contratou um serviço de fibra até sua
residência (FTTH), e a operadora instalou um modem em sua casa,
conectando a fibra ótica. Quanto a essa instalação, avalie as
asserções a seguir e a relação entre elas.
1. O usuário possui uma fibra dedicada que o liga até o OLT.
PORQUE
2. Essa é a única forma de ele usufruir de uma grande largura de
banda.
Assinale a alternativa que apresenta a relação correta entre as duas
afirmativas:
A
Ambas são verdadeiras, e a segunda justifica a
primeira.
B
Ambas são verdadeiras, mas a segunda não justifica
a primeira.
C A primeira é verdadeira, e a segunda é falsa.
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Parabéns! A alternativa E está correta.
A fibra dedicada liga a instalação do usuário até o distribuidor, que é
ligado ao OLT por uma fibra compartilhada. Mesmo que a fibra seja
compartilhada, a partir do distribuidor, como a largura de banda é
muito grande e a atenuação muito pequena, o usuário tem uma
grande largura de banda disponível.
Questão 2
O acesso à internet via fibra ótica é restrito, normalmente, a regiões
que possuem maior densidade demográfica. Para as regiões mais
remotas, com menor densidade demográfica, a principal solução
para acesso à internet é por meio de satélites. Quanto a esse tipo
de rede, avalie as asserções a seguir e a relação entre elas:
1. Apesar de o acesso via satélite geoestacionário ser
satisfatório para a navegação em geral, não atende de forma
adequada aos jogos interativos.
PORQUE
2. A latência do sistema atrapalha as aplicações em tempo real.
Assinale a alternativa que apresenta a relação correta entre as duas
afirmativas:
D A primeira é falsa, e a segunda é verdadeira.
E Ambas são falsas.
A
Ambas são verdadeiras, e a segunda justifica a
primeira.
B
Ambas são verdadeiras, mas a segunda não justifica
a primeira.
C A primeira é verdadeira, e a segunda é falsa.
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Parabéns! A alternativa A está correta.
Sistemas de comunicações via satélite geoestacionário possuem
uma alta latência devido à tecnologia e às distâncias de
transmissão envolvidas. Por isso, apesar de permitir uma
navegação eficiente na internet, podem gerar problemas em
sistemas de tempo real, como jogos on-line.
Considerações �nais
Ao longo do conteúdo, estudamos vários tipos de tecnologias de redes
acesso utilizadas para que os usuários finais possam acessar a internet.
Primeiramente, analisamos as tecnologias utilizadas para acesso via
linha telefônica, com foco no ADSL. Em seguida, estudamos como
acessar a internet por meio das redes das operadoras de TV a cabo, que
utilizam cabo coaxial e fibra ótica e o padrão DOCSIS.
Depois, estudamos as redes móveis, apresentando como funcionam nas
gerações das redes celulares e na gerência de mobilidade. Finalmente,
discutimos sobre os acessos via redes óticas passivas e via satélite.
Podcast
Ouça o podcast. Nele, abordaremos os diferentes tipos de redes de
acesso, sua evolução, suas limitações e perspectivas futuras.
D A primeira é falsa, e a segunda é verdadeira.
E Ambas são falsas.

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Explore +
A rede de satélites da Starlink, concebida pela SpaceX – empresa de
Elon Musk –, está sendo implementada ao longo dos anos e vem
quebrando diversos paradigmas, além de criar algumas polêmicas.
Sugerimos que acesse o site da empresa, e também que pesquise sobre
a estrutura da rede em si.
Referências
AUTORIDADE NACIONAL DE COMUNICAÇÕES. Acesso à internet via
satélite – disponibilidade, mensalidades e atributos. Lisboa: ANACOM,
2021.
COMER, D. E. Interligação de redes com TCP/IP. 6. ed. Rio de Janeiro:
Elsevier, 2015.
FOROUZAN, B. Comunicação de dados e redes de computadores. 4. ed.
São Paulo: McGraw-Hill, 2008.
IEEE Standard for Ethernet. In: IEEE Std 802.3-2018 (Revision of IEEEStd
802.3-2015). Consultado na internet em: 9 set. 2021.
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04/06/2024, 22:20 Redes de última milha: conectando a borda ao núcleo da internet
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