ESTUDO SOBRE MODEM E PROTOCOLOS

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REDE DE COMPUTADORES I
ESTUDO SOBRE MODEM
E 
PROTOCOLOS DE INTERNET
Nome: Raymundo Jorge dos Santos – RA – 201101417129
Profº. Cezar Reis
Niterói - RJ
Data: 25/03/2014
OBJETIVO
Definir o que é um modem, seus tipos, versões e padrões assim como o que são e quais são os protocolos de internet existentes e os utilizados atualmente.
HISTÓRICO DO MODEM
Modem é uma interface de comunicação entre computadores cujo nome é a composição das iniciais do nome de dois circuitos eletrônicos denominados MOdulador e DEModulador.
Para entender a história do modem (modem = modulador-demodulador), é necessário conhecer o que veio antes e quais os primeiros métodos de transmissão de dados à longa distância. 
O código Morse foi o pioneiro em permitir a comunicação codificada de longa distância. 
Após a implementação do código Morse vários códigos foram inventados e utilizados. 
Com a invenção do telefone, foi possível transmitir a voz por meio de linhas metálicas e a partir daí foi dado o início da transferência de dados. 
O próximo passo foi a invenção do Fax, em 1843 e após muita evolução, foi inventado o Fax-modem, em 1950.
O modem é um aparelho utilizado para trocar informações entre computadores, utilizando-se de linhas telefônicas. Os computadores trabalham com dados binários (sequências de zero e um), já o modem, com dados analógicos (em forma de onda eletromagnética).
TIPOS DE MODEMS
Podem ser de dois tipos: 
Síncronos: Utilizados por redes de teleprocessamento/ mainframes. Exigem linhas dedicadas (Lps)
Os modems síncronos funcionam na banda de frequência do Audio, através de linhas telefónicas convencionais, utilizando velocidades de transmissão até 28800 bps, utilizando transmissão síncrona. 
Os métodos de modulação, normalmente utilizados são a modulação em fase, e a modulação QAM (amplitude e fase), e normalmente atingem um baud rate de 4800 bps. 
Em modems síncronos existem equalizadores, para compensar o desajuste de frequência, existente nas linhas telefónicas comuns. Estes equalizadores são utilizados conjuntamente com os equalizadores que normalmente já existem nos sistemas de linhas telefónicas. 
Estes equalizadores podem ser classificados em 3 grandes grupos: 
Equalizadores fixos e estáticos - estes equalizadores ajustam o sinal de acordo com a atenuação já existente em cada frequência. O ajuste das frequências a equalizar já vem normalmente feito de fábrica e fica assim fixo. São utilizados para linhas comutadas onde são utilizadas baixas velocidades de transmissão de dados.
Equalizadores de ajuste manual - Estes equalizadores, podem ser ajustados manualmente para uma determinada linha telefónica de modo a optimizar a sua performance na transmissão de dados. Estes equalizadores, têm de ser reajustados de tempos a tempos, consoante se alterarem as condições da linha.
Equalizadores automáticos - Estes equalizadores ajustam-se automáticamente quando a ligação é estabelecida. Dependendo da qualidade da linha, o ajuste automático inicial pode demorar entre 15 a 25 ms. Depois cada vez que as condições da linha se alteram, o equalizadores reajusta-se automáticamente, estando assim o modem sempre a transmitir em condições óptimas. Por vezes o processo de reajuste automático ocorre 2400 vezes por segundo. 
Dum modo geral, os modems síncronos funcionam de modo semelhantes aos assíncronos, utilizam é velocidades de transmissão bastante mais elevadas. 
Nos modems síncronos o canal de comunicação pode ser dividido para vários consumidores a diferentes velocidades. Isto é conseguido através dum sistema denominado SSM - Split System Modem. Estes modems podem fazer a divisão apenas numa ligação simples entre dois computadores, ou através de uma ligação numa rede multiponto, e dividindo o meio de comunicação entre vários utilizadores, cada um com o seu processo próprio de comunicação. 
Transmissão de dados em modo síncrono 
Na transmissão de dados em modo síncrono, os dados são acompanhados pelo sinal de Clock. Em comunicação síncrona os dados são sempre agrupados em blocos, e é da responsabilidade do sistema emissor, construir estes blocos de dados incluindo não só a informação a transmitir, como também a metainformação necessária para organizar e viabilizar o processo de transmissão. 
Toda essa metainformação incluía não só os sistemas de detecção e correção de erros, como também a implementação dos diferentes protocolos BISYNC, SDLC, HDLC, etc... 
Assíncronos: Comuns entre os microcomputadores. São usados em linhas discadas (linhas telefônicas comuns).
A maior parte dos modems que funcionam a baixas velocidades de transmissão até 1800 bps, são assíncronos e utilizam o modo de comunicação série assíncrono. 
Os modems assíncronos funcionam em FSK (modulação em frequência), e usam duas bandas de frequência de transmissão, uma para emissão, outra para recepção, tal como é ilustrado na figura 1. 
Em termos de meio físico de comunicação os modems assíncronos podem ser ligados a vários tipos, a saber: 
Linha telefónica normal de dois ou quatro fios. . 
Linhas comutadas ou alugadas. 
Linhas de resposta automática, após a chamada. 
Numa linha telefónica a 2 fios, podemos ter comunicação Full-Duplex, através de FDM, dividindo o canal em dois sub-canais multiplexados na frequência, emissão e recepção, tal como mostrado a seguir na figura 1: 
Fig. 1 - Comunicação com modem assíncrono em linhas a dois fios 
Comunicação de Dados em modo Assíncrono 
Em Comunicação de Dados em modo Assíncrono, os dados são acompanhados na linha pelo sinal de clock (codificado de alguma forma, por exemplo com códigos auto sincronizáveis), e os modems só conhecem o sinal de dados que está a ser transmitido a um determinado baud rate. 
Para prevenir perdas de dados e mesmo "escorregamento" dos dados em relação ao clock e perda de sincronismo, os dados são agrupados em blocos muito pequenos de dados com start bits e stop bits, tal como descrito no ponto dedicado à comunicação série assíncrona neste recurso didático. 
O mais comum é serem utilizados para transmissão caracteres com código ASCII a 7 bits e um bit de paridade. 
Para que dois modems efetivamente se comuniquem, eles devem transferir informações (transmitir e receber) na mesma velocidade. Essa velocidade de transmissão é medida em termos de "bits por segundo" (bps).
Hoje um modem pode ser considerado lento, se transfere informações a uma taxa máxima de 2.400 bps; se a taxa for 14.400 bps possui uma velocidade média e a partir daí já transfere as informações em alta velocidade. 
MODULADOR
Modulador é um circuito que realiza a modificação de um sinal eletromagnético inicialmente gerado, antes de ser irradiado, de forma que este transporte informação sobre uma onda portadora.
A modulação constitui-se na técnica empregada para modificar um sinal com a finalidade de possibilitar o transporte de informações através do canal de comunicação e recuperar o sinal, na sua forma original, na outra extremidade. Embora sejam possíveis duas técnicas para a transmissão de dados, digital e analógica, somente a analógica realiza modulação uma vez que a técnica digital usa o recurso de codificação de pulsos. Quando se fala em modulação, expressa-se diretamente em bits por segundo (bps) e bauds. A taxa de modulação expressa a quantidade de vezes que a linha foi sinalizada e é expressa em bauds.
	Taxa de modulação = 
	______________1______________ 
	
	Duração do elemento básico de sinal 
Portanto o Modem é um equipamento dotado da capacidade de transmitir e receber dados e para realizar uma transmissão de dados, ele recebe os dados de uma fonte, modula sobre uma frequência portadora e envia os dados modulados que na outra ponta serão recebidos pelo demodulador do Modem e entregues pelo demodulador ao destino já sem a onda portadora.
Assim sendo, sempre será necessário que existam dois modems, um em cada ponta da transmissão, para que seja possível garantir a integridade dos dados transmitidos como ilustração abaixo:MODEM ANALÓGICO vs DIGITAL
O modem analógico executa uma transformação nos dados a serem transmitidos por modulação enquanto os modens digitais codificam os dados a serem emitidos pelo computador que já fornece os dados em formato digital (0s e 1s) gerando sinais analógicos adequados à transmissão sobre uma linha telefônica.
Assim, o modem modula as informações numéricas em ondas analógicas. Em sentido oposto, demodula os dados analógicos para convertê-los em numéricos.  
TIPOS DE MODULAÇÃO 
O sinal digital de um equipamento de processamento de dados é inserido na onda portadora, gerada pelo modem. O procedimento de modulação, que é essencialmente analógico é realizado variando-se no tempo uma ou mais características de uma onda padrão, portanto caracterizando-se modulação por amplitude, frequência e pulso. Essas técnicas são conhecidas como modulação por chaveamento:
ASK (Amplitude Shift-Keying) – Modulação por amplitude
A modulação ASK não é utilizada de forma isolada, pois é bastante sensível a ruídos e distorções e exige um meio em que a resposta de amplitude seja estável. 
FSK (Frequency Shift-Keying) – Modulação por frequência
A modulação FSK consiste no chaveamento de 2 osciladores com frequências diferentes para o 0 e o 1. Essa modulação é normalmente utilizada para a transmissão de dados em baixa velocidade e pode ser de 2 tipos:
Coerente: quando não ocorre variação de fase da portadora para os dígitos de mesmo valor
Não coerente: onde pode ocorrer variação de fase da portadora para dígitos de mesmo valor 
Os sistemas FSK podem se valer da simplicidade e baixo custo, embora em alguns casos este custo se torne elevado em função desse tipo de modulação ocupar uma largura de faixa útil, em Hz, equivalente ao dobro da faixa de sinalização, caracterizando-se como sistema de faixa larga.
PSK (Phase Shift-Keying) – Modulação por deslocamento de fase
A modulação PSK consiste no chaveamento da onda portadora em função do bit de dado (0 ou 1). O bit 0 corresponde à fase 0, enquanto que o bit 1 corresponde a fase defasada em 180º.A modulação DPSK (Differencial Phase Shift-Keying) é uma variação da modulação PSK que tem como característica o chaveamento da fase de acordo com o dígito a ser transmitido. A cada bit não se associa uma fase da portadora, mas uma mudança ou não desta mesma fase, ou seja, para cada bit 0 efetua-se uma inversão de 180º na fase da portadora, e no bit 1 não se altera a fase. Esta modulação tornou-se padrão para transmissões síncronas de 1200 a 4800 bps.A modulação QAM (Quadrature Amplitude Modulation) é um sistema otimizado de modulação que modifica simultaneamente 2 características da portadora: sua amplitude e sua fase. Para cada grupo de 4 bits (tetrabit), a portadora assume um valor de amplitude e fase. A modulação QAM também é conhecida como modulação combinada de amplitude e fase (AMPSK) permitindo alcançar taxas de até 9600 bps. 
Foi em 1950 que o primeiro modem começou a ser desenvolvido. Existia uma grande necessidade de se transmitir dados para a defesa aérea americana, então muitos esforços foram feitos para conseguir a transmissão de dados via linhas telefônicas já existentes. A defesa aérea já usava modems no final dos anos 50, mas o primeiro modem comercial não foi lançado no mercado até 1962. O nome do primeiro Modem comercial do mundo foi o Bell 103, da AT&T.
Desde então se trabalha para aumentar a taxa de transferência de dados, que no início era muito lenta, devido à interferência da linha telefônica. 
	
	
	
Esse primeiro modem permitia transmissão dupla, e tinha uma taxa de dados de 300 bits por segundo. Em pouco tempo depois do lançamento do Bell 103, veio o Bell 212, que tinha a velocidade de 1200 bits por segundo. Ele também empregou um método de modulação chamado phase-shift Keying (PSK). Esse era um passo para o método frequency-shift Keying (FSK) que o Bell 103 adotou.
Desde então se trabalha para aumentar a taxa de transferência de dados, que no início era muito lenta, devido à interferência da linha telefônica. 
Robert Lucky inventou, em 1965, os equalizadores, que diminuíram muito a interferência.
A velocidade da transmissão do modem só aumentou desde então. Esta velocidade que determina a velocidade de transmissão de dados, downloads, uploads e acesso à sites. Nos anos 80 era de 14kbits/s, em 1994 já estava em 56kbits/s. 
Atualmente, a internet comercial está com um máximo de 100 Mbits/s, no Brasil. 
Em outros países já começa a venda de internet com um gigabit/s de velocidade e no Brasil, algumas empresas e instituições de ensino têm internet com velocidade de transmissão de 10 gigabits/s.
PADRÕES DE COMUNICAÇÃO
A multiplicação dos modems gerou a necessidade de normalização dos protocolos de comunicação por modem para que todos falem uma linguagem comum. É por isso que dois organismos desenvolveram os padrões de comunicação:
Os laboratórios BELL, precursores em matéria de telecomunicação;
O Comité consultivo internacional de telefonia e telegrafia (CCITT), designado desde 1990 União Internacional da Telecomunicação (UIT).
A UIT tem como objetivo definir os padrões de comunicações internacionais. Os padrões dos modems podem dividir-se em 3 categorias:
Os padrões de modulação 								 (por exemplo CCITT V.21- O padrão para full-duplex de comunicação em 300 baud no Japão e na Europa. Nos Estados Unidos, Bell 103 é utilizado em lugar de V.21.)
Os padrões de correção de erros 							 (por exemplo CCITT V.42 - Um padrão de detecção de erro para modems de alta velocidade. V.42 pode ser usado com redes de telefonia digitais. )
Os padrões de compressão dos dados 						 (por exemplo CCITT V.42bis - um protocolo de compressão de dados que pode permitir modems para atingir uma taxa de transferência de dados de 34.000 bps.)
Na tabela abaixo consta uma lista dos principais padrões de modem: 
	Padrão de modulação
	Débito teórico
	Modo
	Descrição
	Bell 103
	300 bps
	Full duplex
	Padrão americano e canadiano utilizando uma codificação com mudança de frequência. Permite assim enviar uma bit por baud.
	CCITT V.21
	300 bps
	Full duplex
	Padrão internacional próximo do padrão Bell 103.
	Bell 212A
	1200 bps
	Full duplex
	Padrão americano e canadiano funcionando de acordo com a codificação de mudança de fase diferencial. Permite desta maneira transmitir 2 bits por baud
	UIT V.22
	1200 bps
	Half duplex
	Padrão internacional próximo do padrão Bell 212A.
	UIT V.22bis
	2400 bps
	Full duplex
	Padrão internacional constituindo uma versão melhorada do padrão V.22 (do` a denominação V.22bis).
	UIT V.23
	1200 bps
	"Half duplex"
	Padrão internacional funcionando em half-duplex, ou seja, permite transferir os dados sobre uma só via ao mesmo tempo. Possibilidade de uma via de regresso a 75 bauds facultativos.
	UIT V.23
	1200 bps/75 bps
	"Full duplex"
	Padrão internacional fornecendo duplex integral assimétrico, ou seja, permite transferir dados a 1200 bps num sentido e 75 bps no outro.
	UIT V.29
	9600 bps
	Half duplex
	Padrão internacional funcionando em half-duplex, ou seja, permite transferir os dados sobre uma só via ao mesmo tempo. Este padrão foi criado particularmente para os faxs.
	UIT V.32
	9600 bps
	Full duplex
	Padrão internacional funcionando em full-duplex e incorporando padrões de correcção de erro. A transmissão de dados faz-se de acordo com uma técnica de correcção de erros chamada modulação de amplitude em quadratura codificada . Esta técnica consiste em enviar uma bit suplementar para cada grupo de 4 bits enviadas sobre a linha de transmissão.
	UIT V.32bis
	14400 bps
	Full duplex
	Padrão internacional melhorando o padrão v.32, permitindo enviar 6 bits por baud, para atingir uma velocidade de transmissão de 14400 bps.
	Padrão de modulação
	Débito teórico
	Modo
	Descrição
	UIT V.32fast
	28800 bps
	Full duplex
	Padrão internacional, nomeado às vezes V.FC (FastClass), permitindo atingir uma velocidade de transmissão dos dados de 28800bps.
	UIT V.34
	28800 bps
	Full duplex
	Padrão internacional permitindo obter um débito de 28800. Graças a um processador DSP (Digital Sinal Processor, processador de tratamento numérico do sinal) os modens que utilizam este padrão podem atingir um débito de 33600 bps.
	UIT V.90
	56000 bps
	Full duplex
	Padrão internacional permitindo obter velocidades de transmissão de 56000 bps.
MODEM DIGITAL
Os modems digitais utilizam basicamente o padrão DSL que veio a ser desenvolvido para suprir deficiência na performance das conexões discadas.
O DSL (Digital Subscriber Line) nada mais é do que um meio de conexão a Internet que utiliza o par de fios de cobre (par trançado) da linha telefônica para poder levar mais do que uma simples fala (dados).
Essa conexão DSL surgiu como meio para suprir alguns problemas que não estavam sendo satisfeitos pela conexão dial-up (linha discada com modem comum). Grande parte desses problemas vieram da larga difusão do uso da Internet.
O grande aumento do número de usuários e o aumento da qualidade dos dados que estão sendo transmitidos e recebidos (arquivos de maior qualidade são geralmente maiores em tamanho) proporcionaram um aumento muito grande da quantidade de informação que estava sendo trocada e que à conexão dial-up (extremamente lenta) não estava dando conta.
A conexão DSL, como dito anteriormente, é uma conexão que utiliza o par de fios de cobre da linha telefônica, fator importante para sua implantação, já que reduz os custos de instalação (não necessita fazer novos cabeamentos), porém é muito mais rápida que à conexão dial-up (modem comum).
Além da velocidade (que pode chegar a ser 100 vezes maior que a dial-up dependendo do tipo de DSL) e do fato de poder se utilizar à fiação do telefone existem outras vantagens em se utilizar DSL: 
O nome DSL é um nome geral e que representa diversas tecnologias (ADSL, VDSL, SDSL, HDSL, IDSL, RADSL) que foram desenvolvidas a partir dela mas visando atender as diferentes necessidades que o mercado gerava. Seguem abaixo os principais tipos DSL: 
3.1. ADSL - Assymetric Digital Subscriber Line 
É o tipo mais comum, ele se baseia no fato da Internet ser muito mais utilizada para receber dados do que enviar, logo, ela divide a frequência disponível fazendo com que tenhamos uma maior banda para download do que para upload (fato que faz com que seja chamado de assimétrico). Isso faz com que seja o modelo mais comum em residências, já que essa é a característica comum dos usuários residenciais. 
3.2. RADSL - Rate Adaptative DSL 
O RADSL é um tipo de ADSL, porém o modem pode ajustar a velocidade da conexão de acordo com a qualidade da linha, o que permite que pessoas que moram em locais mais distantes tenham acesso a esse tipo de tecnologia. 
3.3. HDSL - High bit-rate DSL 
Essa tecnologia é uma das mais antigas em termos de DSL e divide a banda igualmente tanto para download quanto para upload (motivo pelo qual é chamada de simétrica). Para que isso seja possível, o HDSL necessita de 2 linhas telefônicas.
O HDSL foi muito usado no início, porém foi substituído por outros tipos de DSL que permitem realizar as mesmas funções utilizando apenas uma linha telefônica. 
3.4. SDSL - Symmetric DSL 
É um tipo de DSL que é muito comumente vista em escritórios pequenos e que disponibiliza a mesma velocidade tanto para download quanto para upload, só que diferente da HDSL ela funciona apenas com uma linha telefônica.
Ela funciona enviando pulsos digitais nas áreas de alta frequência da linha telefônica.
3.5. VDSL - Very high bit-rate DSL 
É a mais rápida das DSL's, foi desenvolvida para suportar uma banda passante muito alta, chegando a atingir 52 Mbps para download e uma média de 16 Mbps para upload.
O motivo desse tipo de DSL atingir essa velocidade é o fato dela utilizar-se de cabos de fibras óticas, que permitem as informações seguirem muito mais rápidas do que em par trançado de linha telefônica.
Assim como os outros tipos de DSL, o VDSL também suporta voz e dados em uma mesma linha e seu desempenho é extremamente dependente da distância em que o usuário se encontra da central, ele só funciona para curtas distâncias. 
3.6. IDSL - ISDN DSL 
O IDSL é um tipo de DSL que permite sua utilização com as linhas ISDN existentes. Suas taxas de transferências são semelhantes às do ISDN além de normalmente carregar apenas dados. 
OBS: Existem ainda outros tipos de DSL, mas são basicamente variações dos tipos já citados.
PROTOCOLOS DE INTERNET
FTP (File Transfer Protocol)
É um protocolo da Internet para transferência de arquivos. Assim como o HTTP é um protocolo utilizado para acessar sites de páginas da Web, o FTP é utilizado para acessar sites de transferência de arquivos. 
Também é utilizado para designar o programa que realiza a transferência dos arquivos. Existem programas específicos (softwares) que fazem isto.
Embora os navegadores (browsers) mais recentes tenham capacidade para acessar sites FTP, é recomendado que se utilize outros softwares exclusivos para esta tarefa - pois eles oferecem mais recursos e facilidades nesta área.
HTTP e HTTPS 
Significa "HyperText Transfer Protocol". Protocolo utilizado pelo serviço WWW que significa World Wide Web. É um sistema baseado em hipertextos que permite a procura e a utilização dos recursos disponíveis na INTERNET. Este protocolo de comunicação conecta usuários a sites. A sigla HTTP antecede os endereços de páginas Web. Ela informa ao servidor de que forma deve ser atendido o pedido do cliente.
HTTPS ( HyperText Transfer Protocol Secure ) é uma implementação do protocolo http que permite que os dados sejam transmitidos através de uma conexão criptografada e que se verifique a autenticidade do servidor e do cliente através de certificados digitais.
IP
Endereço numérico que identifica de forma única um computador na rede INTERNET. Quando seu PC entra na WEB recebe um endereço IP. O formato do IP é 255.255.255.255. (4 grupos de números que atingem o máximo de 255). Um endereço IP pode ser fixo ou dinâmico. Quando é fixo ele nunca muda; quando é dinâmico ele pode se alterar (e normalmente se altera) a cada conexão sua à Internet.
TCP/IP
Transmission Control Protocol/Internet Protocol. Conjunto de protocolos utilizado pela INTERNET a fim de permitir que os computadores se comuniquem.
WAP
Wireless Application Protocol ou, em português, protocolo para aplicações sem fio. É um protocolo (linguagem comum) mundial que torna possível o acesso à Internet por meio de dispositivos móveis sem fio - como micros de mão e celulares. Com WAP, é possível acessar páginas no padrão WML (Wireless Markup Language, uma espécie de linguagem HTML) criadas para a tela do celular ou de um computador de mão. Essas páginas trazem links que levam a outras, igualzinho aos sites da Internet, só que com menos recursos, devido às limitações das telas dos aparelhos.
POP3 e SMTP
POP3 (Post Office Protocol Versão 3): controla o recebimento das mensagens.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): controla o envio de mensagens. 
Este dois protocolos fazem parte das configurações das contas no Outlook
Biblliografia
www.museudocomputador.com.br – visitado em 24/03/2014 22:10h.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação - visitado em 24/03/2014 23:20h
http://www.dainf.ct.utfpr.edu.br/~pelisson/redes/modulac.htm - visitado em 25/03/2014 10:05h
http://www.cinelformacao.com/tda/files/ud3/ud3cap1p2.htm#async_data 
http://www.gta.ufrj.br/grad/04_2/xdsl/ 
Comunicacao de Dados e Redes de Computadores-Behrouz A. Forouzan