Transmissão de dados

Transmissão de dados 数据传输 significa mover dados de um lugar para outro — por exemplo, do seu computador para um site, ou de um telefone para uma impressora.

Os dados frequentemente viajam por um cabo. Dois exemplos comuns são mostrados abaixo.

Antes de ser enviado, os dados são divididos em pequenas peças de tamanho igual chamadas pacotes 数据包. Cada pacote viaja separadamente e são reunidos na outra ponta.

O uso de pacotes tem benefícios:

• se um pacote for perdido ou danificado, apenas aquele pacote é reenviado, não todo o arquivo;
• os pacotes podem tomar rotas diferentes, evitando assim rotas congestionadas ou quebradas;
• muitos usuários podem compartilhar a mesma conexão ao mesmo tempo.

Cada pacote tem três partes.

O cabeçalho do pacote armazena:

• o endereço IP do remetente 地址 (de onde o pacote veio),
• o endereço IP do destinatário (para onde está indo),
• o número do pacote (para que os pacotes possam ser reorganizados na ordem correta).

Comutação por pacotes 数据包交换 é a forma como os pacotes são enviados através de uma rede.

• Dispositivos especiais chamados roteadores 路由器 leem o cabeçalho de cada pacote e escolhem a melhor rota para ele.
• Cada pacote pode seguir seu próprio caminho, então os pacotes podem viajar por caminhos diferentes.
• Os pacotes podem chegar fora de ordem.
• Quando o último pacote chegar, os pacotes serão reorganizados usando seus números de pacote.

Serial e paralelo

Serial envia um bit após o outro ao longo de um único fio. Paralelo envia vários bits ao mesmo tempo ao longo de vários fios, sendo mais rápido em curtas distâncias.

Simplex, meia-duplex e full-duplex

Estes descrevem a direção pela qual os dados podem viajar.

Escolhendo um método

A escolha depende da distância, da velocidade necessária, do custo e se os dados precisam viajar em ambas as direções ao mesmo tempo.

O universal serial bus 通用串行总线 (USB) é uma interface 接口 comum (ponto de conexão) para ligar dispositivos a um computador.

Vantagens:

• o mesmo conector é usado por muitos dispositivos (um padrão);
• o dispositivo é detectado automaticamente e o driver correto é carregado;
• transmite energia, podendo carregar ou alimentar um dispositivo;
• o conector só encaixa em uma direção, dificultando conexões incorretas.

Desvantagens:

• o cabo pode ter apenas um comprimento limitado (poucos metros);
• versões mais antigas de USB são mais lentas que as novas;
• as velocidades de transferência podem ser menores que alguns outros tipos de conexão.

Enquanto os dados viajam, interferência 干扰 pode alterá-los. Três coisas podem dar errado:

• perda de dados — alguns bits não chegam;
• ganho de dados — bits extras são adicionados;
• alteração de dados — alguns bits são invertidos.

Assim, o destinatário verifica se os dados chegaram corretamente.

Verificação de paridade

Uma verificação de paridade 奇偶校验 adiciona um bit extra, o bit de paridade 奇偶校验位, a cada byte. Existem dois tipos:

• paridade par — o número total de 1s no byte (incluindo o bit de paridade) deve ser par;
• paridade ímpar — o número total de 1s deve ser ímpar.

Exemplo (paridade par): os dados 1011001 têm quatro 1s, que já é par, então o bit de paridade é 0:

parity bit + data
    0        1011001

Para encontrar um erro: o destinatário conta os 1s. Se foi acordada paridade par, mas um byte chega com um número ímpar de 1s, ocorreu um erro durante a transmissão.

Uma verificação de paridade não consegue detectar todos os erros. Se dois bits forem invertidos, a contagem ainda pode parecer correta.

Exemplo resolvido. Um único bit de paridade informa que um erro aconteceu, mas não onde. Um bloco de paridade 奇偶校验 block pode localizar o bit exato. Vários bytes são enviados juntos, cada um com um bit de paridade de linha, e um byte de paridade extra parity byte 奇偶校验字节 na parte inferior contém um bit de paridade para cada coluna. A paridade par é usada abaixo, e um bit foi invertido durante a transmissão. Encontre-o.

          b1 b2 b3 b4 b5 | parity
 byte 1    1  0  1  1  0 |   1
 byte 2    0  1  1  0  1 |   1
 byte 3    1  1  1  1  0 |   1    <- row: odd number of 1s
 byte 4    0  0  1  1  0 |   0
 ------------------------------
 parity    0  0  1  1  1 |   1
                 ^ column b3: odd number of 1s

A linha byte 3 viola a paridade par, e a coluna b3 também viola a paridade par. O bit invertido está onde elas se cruzam: byte 3, bit b3. Alterá-lo de volta de 1 para 0 corrige os dados. Um único bit de paridade apenas diz que um erro aconteceu; um bloco de paridade diz exatamente onde, permitindo que o destinatário até repare o erro.

Soma de verificação

Uma soma de verificação 校验和 é um valor calculado a partir de todos os dados antes do envio. O destinatário recalcula a soma de verificação a partir dos dados recebidos. Se os dois valores não coincidirem, ocorreu um erro e os dados são reenviados.

Verificação por eco

Em uma verificação por eco 回送校验, o destinatário reenvia os dados ao remetente. O remetente os compara com o original. Se diferirem, ocorreu um erro. (Isso exige que os dados sejam enviados duas vezes, sendo lento.)

Automatic Repeat reQuest (ARQ)

Automatic Repeat reQuest 自动重传请求 (ARQ) usa mensagens chamadas acknowledgements 确认.

• O destinatário envia um acknowledgement positivo se um pacote chegou corretamente, ou um acknowledgement negativo se não chegou.
• O remetente inicia um temporizador de timeout 超时. Se nenhum acknowledgement positivo retornar a tempo, o remetente reenvia o pacote.

Dígito verificador

Um dígito verificador 校验码 é um dígito extra colocado no final de um número, calculado a partir dos outros dígitos. É usado para encontrar erros quando um número é digitado.

Quando o número é inserido, o dígito verificador é recalculado e comparado. Pode capturar:

• um dígito incorreto digitado,
• um erro de transposição 换位错误 (dois dígitos trocados, ex.: 21 digitado como 12),
• um dígito omitido ou um dígito extra adicionado,
• um erro fonético (um dígito que soa similar, ex.: 13 e 30).

Dígitos verificadores são usados em códigos de barras 条形码 e ISBNs (números de livros).

Por que precisamos de criptografia

Criptografia 加密 embaralha os dados para que não possam ser compreendidos se forem interceptados 拦截 (capturados) por pessoa errada. Os dados legíveis são chamados de texto claro 明文; após a criptografia tornam-se texto cifrado 密文.

A criptografia não impede que os dados sejam interceptados. Ela apenas impede que os dados sejam compreendidos.

Criptografia simétrica

Criptografia simétrica 对称加密 usa uma única chave 密钥 tanto para criptografar quanto para descriptografar os dados. O remetente e o destinatário devem compartilhar essa mesma chave secreta. O risco é que a própria chave possa ser roubada durante o compartilhamento.

Criptografia assimétrica

Criptografia assimétrica 非对称加密 usa duas chaves diferentes:

• uma chave pública 公钥 que qualquer um pode ter, usada para criptografar;
• uma chave privada 私钥 que é mantida em segredo, usada para descriptografar.

Dados criptografados com a chave pública só podem ser descriptografados com a chave privada correspondente, portanto a chave nunca precisa ser compartilhada. Isso é mais seguro do que compartilhar uma única chave secreta.

• Os dados são enviados em pacotes (um cabeçalho com os endereços e número do pacote, um payload e um trailer). Os pacotes podem seguir rotas diferentes e chegar fora de ordem, sendo depois reordenados pelos seus números de pacote.
• Corresponda os tipos de transmissão: serial (um bit por vez, bom para longas distâncias) vs paralelo (vários bits ao mesmo tempo, curtas distâncias); simplex / half-duplex / full-duplex descrevem a direção.
• Um único bit de paridade mostra apenas que um erro aconteceu; um bloco de paridade localiza o bit exato errado — a linha e a coluna que falham.
• Aprenda os métodos de detecção de erros e o que cada um faz: verificação de paridade, soma de verificação, verificação por eco, ARQ e dígito verificador (para números digitados).
• Simétrica usa uma chave compartilhada; assimétrica usa uma chave pública para criptografar e uma chave privada para descriptografar, evitando o compartilhamento de chaves secretas.