Camada 1 - Dispositivos de Redes: Modems

Introdução

Nesta etapa estudaremos exclusivamente o dispositivo de rede Modem. A função dele é converter sinais digitais dos dispositivos (bits) em sinais analógicos, pois, os meios de transmissão operam com grandezas físicas analógicas como pulsos de luz e valores de Voltagem, por exemplo. Neste tópico você aprenderá:

  • Função dos modens;

  • Tipos de modems:

    • Modem Discado;

    • Modem DSL;

    • Modem a Cabo;

    • Conversores em Redes de Fibra FTTH.

 

Modens

 

Os computadores trabalham a informação como sinais digitais, em forma de bits e bytes. Porém, os meios de transmissão, como cabos de cobre e meios sem fio, trabalham com ondas analógicas eletromagnéticas. O modem é o equipamento que faz a conversão dos bits e bytes digitais em sinal analógico e vice-versa. Esse processo é chamado de modulação e demodulação.

  • Conversão Digital-Analógico: modulação

  • Conversão Analógico-Digital: demodulação

 

Tipos de Modulação

 

  • Modulação AM: os bits e bytes são enviados através da variação da amplitude de uma onda;

  • Modulação FM: os bits e bytes são enviados através da variação da frequência de uma onda.

 

Veja a imagem abaixo que demonstra como as modulações AM e FM ocorrem.

 

Modems Discados

 

Funcionamento: transmitem bits e bytes através da linha telefônica. Esse tipo de modem ocupa a linha telefônica e não permite o uso da Internet ao mesmo tempo que o telefone. Quando usamos a Internet, a linha telefônica fica ocupada, não permitindo o uso do telefone.

 

Esse modem opera a uma velocidade considerada baixa para os padrões atuais, de 56 Kilobits por segundo (56 Kbps).

 

Modens DSL

Funcionamento: do mesmo modo que o modem discado, utiliza a linha telefônica para transmissão do sinal de Internet. Entretanto, ele permite que o telefone seja utilizado ao mesmo tempo que a Internet, não ocupando completamente a linha telefônica. Veja o esquema abaixo.

 

Fonte: KUROSE, James F.; ROSS, Keith W. Redes de Computadores e a Internet. São Paulo: Person, p. 28, 2006.

 

Repare que o modem DSL é conectado à placa de rede do computador e transmite o sinal na linha telefônica juntamente com o sinal do telefone por multiplexação. Ao chegar a central, existe um servidor chamado DSLAM que realiza a demultiplexação do sinal e o envia para a Internet ou para a linha telefônica dependendo de sua faixa de frequência.

 

Esse modem divide o canal de transmissão em três espectros de frequência. A primeira parte é dedicada a transmissão de voz, a segunda parte é destinada ao envio de pacotes (upload) e a terceira parte é destinada ao download de pacotes. Desse modo é possível falar ao telefone, fazer upload e download de arquivos simultâneamente.

Fonte: https://www.researchgate.net/figure/ADSL-frequency-spectrum_fig7_2985263

 

Características do Modem DSL:

  • Conexão dedicada, ou seja, exclusiva para um usuário e a central;

  • Utiliza a mesma linha telefônica para ligação telefônica e transmissão de dados simultaneamente;

  • Utiliza diferentes faixas de frequência para transmitir diferentes tipos de informação:

    • Um canal de downstream de 50 KHz a 1 MHz;

    • Um canal de upstream de 4KHz a 50 KHz;

    • Um canal de telefone com banda de 0 a 4KHz.

  • Velocidade: 

    • 12 a 55 Mbps (Megabits por segundo) para downstream;

    • 1.6 a 20 Mbps (Megabits por segundo) para upstream.

  • Observe que a velocidade para download é maior que para upload!

  • Desvantagens: 

    • Download mais rápido que Upload; 

    • apesar de ser um canal dedicado, a velocidade depende da distância para o provedor.

Modems a Cabo

 

Funcionamento: esse modem pode utilizar uma rede híbrida com cabo coaxial e cabo de fibra óptica e, ao contrário dos modems discados e DSL, fornece uma conexão compartilhada entre vários usuários. Dessa forma, quando há muitos usuários utilizando a rede ao mesmo tempo, a conexão tende a diminuir a velocidade, pois, a largura de banda é dividida entre os usuários. Veja o esquema abaixo e observe o compartilhamento entre as residências.

Fonte: KUROSE, James F.; ROSS, Keith W. Redes de Computadores e a Internet. São Paulo: Person, p. 28, 2006.


 

Características do Modem a Cabo

  • Rede híbrida Fibra-Coaxial;

  • Meio compartilhado: muitos usuários causam redução na velocidade;

    • Por exemplo, caso o modem opere a 40 Mbps, porém, há 4 usuários utilizando a rede, a velocidade é reduzida para 10 Mbps (40/4 Mbps)

  • Cada nó suporta de 500 até 5000 residências

  • Velocidade média: 38Mbps

 

Transmissão Direta por Fibra Óptica (FTTH Fiber-To-The-Home)

 

Funcionamento: fornece conexão à rede por meio de fibras ópticas das residências até a operadora. Esses modens convertem os bits e bytes dos dispositivos finais em pulsos de luz que são transmitidos pelas fibras ópticas.

 

Fonte: KUROSE, James F.; ROSS, Keith W. Redes de Computadores e a Internet. São Paulo: Person, p. 28, 2006.

 

Características

  • Conexão de fibra direta até as casas;

  • Fibra é um meio que oferece taxas de transmissão melhores;

  • ONT: Terminal de Rede Óptica;

  • Distribuidor compartilhado para em média 100 casas;

  • Fibras são compartilhadas do Distribuidor ótico aos OLTs (Terminais de linha óptica).

Exercício Resolvido

Imagine que você deve enviar um arquivo de 1 Gigabyte (GB) usando uma conexão DSL a 38 Mbps. Quanto tempo levaria?

  • Velocidade média do modem DSL: 38 Mbps (megabits por segundo)

  • Tamanho do arquivo: 1 GB

  • Qual o tempo?

Inicialmente, temos que colocar o arquivo em Gigabyte na mesma unidade da velocidade de transmissão, que está em Megabits.

Passo 1: converter de o tamanho de Gigabyte para Megabits multiplicando por 1024

tamanho do arquivo = 1 GB X 1024 = 1024 Megabytes

 

Passo 2: convertendo de bytes para bits

 

Repare que o tamanho do arquivo agora estã em Megabytes, porém, a velocidade está em Megabits. Portanto, precisamos converter de Megabytes para Megabits multiplicando por 8, pois, 1 byte equivale à 8 bits.
 

1024 Megabytes X 8 = 8192 Megabits


Nesse ponto, tanto a velocidade quanto o tamanho do arquivo estão na mesma unidade: Megabits

 

Passo 3: obtendo o tempo da transmissão

 

Para obter o tempo, basta dividir o tamanho do arquivo obtido em megabits pela velocidade de transmissão.
 

tempo de transmissão = 8192 Mb / 38 Mbps = 215,58 segundos

Resumo

Neste tópico aprendemos resumidamente:

  • Modem: dispositivo modulador-demodulador de sinal em amplitude (AM) ou em frequência (FM). Também em ondas de rádio e pulsos de luz dependendo do meio de transmissão;

  • Modem Discado: modem discado e dedicado que utiliza a linha telefônica;

  • Modem DSL: modem dedicado que utiliza a linha telefônica e é capaz de transmitir sinal de voz, download e upload simultaneamente;

  • Modem a Cabo: modem que pode operar juntamente com fibras ópticas e opera em uma linha compartilhada com vários clientes;

  • Linhas FTTH: trabalha com conversores e distribuidores ópticos conectando clientes às operadoras por fibras ópticas compartilhadas em um trecho.