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Tele-Processamento e Redes (Redes de Computadores)

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Prof. Fábio Moreira Costa Cap ítulo 2. Tele-Processamento e Redes (Redes de Computadores). Camada Física. Comunicação e codificação de dados Meios de transmissão Meios guiados (com cabeamento elétrico ou ótico) Meios não-guiados: Transmissão sem fio Sistema telefônico Convencional

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camada f sica
Camada Física
  • Comunicação e codificação de dados
  • Meios de transmissão
    • Meios guiados (com cabeamento elétrico ou ótico)
    • Meios não-guiados: Transmissão sem fio
  • Sistema telefônico
    • Convencional
    • Celular móvel
  • ISDN, B-ISDN / ATM (aspectos físicos)
  • Satélites de comunicação

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transmiss o de dados terminologia
Transmissão de Dados: Terminologia
  • Transmissor
  • Receptor
  • Meio de transmissão
    • Meios guiados
      • Ex.: par trançado, fibra ótica
    • Meios não-guiados
      • Ex.: ar, água, vácuo

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transmiss o de dados cen rio t pico
Transmissão de dados: Cenário típico

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transmiss o de dados terminologia 2
Transmissão de Dados: Terminologia (2)
  • Enlace direto
    • Sem dispositivos intermediários
      • Exceto amplificadores / repetidores de sinal
  • Enlace ponto-a-ponto
    • Enlace direto
    • Compartilhado por apenas dois dispositivos
  • Enlace multi-ponto
    • Mais do que dois dispositivos compartilham o mesmo enlace

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enlaces ponto a ponto e multi ponto
Enlaces ponto-a-ponto e multi-ponto

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transmiss o de dados terminologia 3
Transmissão de Dados: Terminologia (3)
  • Transmissão Simplex
    • Dados fluem em uma direção apenas
      • Ex.: televisão
  • Transmissão Half-duplex
    • Fluxo de dados alterna entre as duas direções
      • Ex.: walk-talk (... câmbio ...)
  • Transmissão Full-duplex
    • Fluxo de dados em ambas as direções ao mesmo tempo
      • Ex.: telefone

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modelo de comunica es
Modelo de comunicações
  • Aspectos-chave:
  • Freqüência
  • Espectro
  • Largura de banda

No domínio do tempo

No domínio da freqüência

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conceitos no dom nio do tempo
Conceitos no domínio do tempo
  • Sinal contínuo
    • Varia de maneira suave ao longo do tempo
  • Sinal discreto
    • Mantém um nível constante por certo tempo e então muda para um outro nível constante
  • Sinal periódico
    • Um mesmo padrão se repete ao longo do tempo
  • Sinal aperiódico
    • Padrão não se repete ao longo do tempo

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sinais discretos e cont nuos
Sinais discretos e contínuos

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sinais peri dicos
Sinaisperiódicos

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caracter sticas de sinais peri dicos
Características de sinais periódicos
  • Amplitude de pico
    • Máxima potência (força) do sinal
    • Medida em Volts
  • Freqüência (f )
    • Taxa de mudança do sinal
    • Medida em Hertz (Hz): ciclos por segundo
    • Período (T ): duração de uma repetição do sinal
    • T = 1 / f
  • Phase (Φ)
    • Posição relativa do sinal no tempo

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exemplo diferentes ondas senoidais
Exemplo: Diferentes ondas senoidais

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comprimento de onda
Comprimento de onda (λ)
  • Distância ocupada por um ciclo do sinal

ou

  • Distância entre dois pontos de fase correspondente entre ciclos consecutivos
  • Assumindo que a velocidade do sinal seja v
    • λ = vT
    • λ f = v
    • Caso particular: v = c
      • c = 3*108 ms-1 (velocidade da luz no vácuo)

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conceitos no dom nio da freq ncia
Conceitos no domínio da freqüência
  • Sinais são usualmente compostos por muitas freqüências
  • Componentes de um sinal: ondas senoidais
  • Análise de Fourrier
    • Qualquer sinal é composto por uma somatória (infinita) de componentes senoidais

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adi o de ondas senoidais
Adição deondassenoidais

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dom nio da freq ncia
Domínio daFreqüência

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espectro e largura de banda
Espectro e Largura de Banda
  • Espectro
    • Faixa de freqüências contidas em um sinal
  • Largura de banda absoluta
    • Largura do espectro
  • Largura de banda efetiva
    • Ou simplesmente “largura de banda”
    • Faixa estreita de freqüências que concentra a maior parte da energia do sinal
  • Componente DC
    • Componente de freqüência zero
    • Desloca o sinal para cima ou para baixo no eixo da amplitude

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sinal com componente dc
Sinal com componente DC

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taxa de dados e largura de banda
Taxa de Dados eLargura de Banda
  • Qualquer sistema de transmissão tem uma faixa de freqüências limitada
  • Isto limita a taxa máxima de transmissão de dados

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sinal digital representado com 3 componentes de freq ncia f 3 f e 5 f
Sinal digital representado com 3 componentes de freqüência (f, 3f e 5f )

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sinal digital representado com 4 componentes de freq ncia f 3 f 5 f e 7 f
Sinal digital representado com 4 componentes de freqüência (f, 3f, 5f e 7f )

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sinal digital representado com infinitas componentes de freq ncia
Sinal digital representado com infinitas componentes de freqüência

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slide24

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problemas de transmiss o
Problemas de transmissão
  • Atenuação do sinal
  • Distorção por atraso
  • Ruído

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atenua o do sinal
Atenuação do sinal
  • A potência do sinal cai com a distância
  • Freqüências mais altas sofrem maior atenuação
  • Requisitos:
    • a potência do sinal deve ser suficiente para que o receptor o interprete corretamente
    • a potência do sinal deve ser suficientemente maior do que a potência do ruído
  • Efeito pode ser reduzido com o uso de equalizadores
  • Solução para transmissão a longas distâncias
    • amplificadores (sinais analógicos)
    • repetidores (sinais digitais)

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atenua o do sinal 2
Atenuação do sinal (2)

P2watts

P1 watts

receptor

transmissor

10 log10 (P1/P2) dB

Atenuação

10 log10 (P2/P1) dB

Amplificação

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distor o por atraso
Distorção por atraso
  • A velocidade de propagação de um sinal em um meio varia com a freqüência
    • as várias componentes de freqüência de um sinal
      • se propagam a velocidades diferentes
      • chegam ao receptor em tempos diferentes
        • deslocamento de fase
  • Em transmissão digital
    • causa interferência entre bits sucessivos
  • Equalização do sinal

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ru do
Ruído
  • Sinais indesejados introduzidos pelo meio de transmissão
    • Somam-se ao sinal transmitido
  • Ruído térmico
    • função da temperatura – agitação dos elétrons
    • não pode ser eliminado
    • constante ao longo da faixa de freqüências
      • ruído branco

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tipos de ru do
Tipos de ruído
  • Ruído de intermodulação
    • quando sinais em diferentes freqüências compartilham o meio de transmissão
    • as freqüências dos sinais se somam produzindo um sinal expúrio em uma outra freqüência
    • pode interferir com um sinal transmitido naquela freqüência
    • produzido por comportamento não-linear (defeituoso)

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tipos de ru do 2
Tipos de ruído (2)
  • Ruído de “Linha cruzada”
    • Acoplamento acidental entre meios transmissores
    • Sinais indesejados captados pelo meio transmissor
    • Comum em cabos de par trançado e em transmissão por microondas
  • Ruído de Impulso
    • Pulsos (ou picos) de curta duração (não contínuos) e alta amplitude

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ru do interfer ncia no sinal

Signal

Noise

Signal+Noise

Sampling times

0 1 1 1 1 0 0 0 0 1

Data Received

0 1 0 1 1 0 0 1 0 1

Original data

Bit error

Ruído: Interferência no sinal

Logic Threshold

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taxa de transmiss o m xima de um canal
Taxa de transmissão máxima de um canal
  • Taxa de sinalização – medida em bauds
    • quantidade de vezes que o valor do sinal muda em um segundo
  • M níveis de sinal: 1 baud = log2M bits
  • Teorema de Nyquist (1924):
    • H = largura de banda do canal
    • canal livre de ruídos
    • taxa máxima de transmissão = 2H log2M bits/s
    • Ex.: M = 8; H = 3,1KHz: 18.600bps

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taxa de transmiss o m xima de um canal 2
Taxa de transmissão máxima de um canal (2)
  • Lei de Shannon (1948):
    • Admite a existência de ruído térmico
    • Com base na razão entre a potência do sinal e a potência do ruído (S/N)
      • S: potência do sinal
      • N: potência do ruído
      • medida em decibéis (dB)
    • Taxa máxima = H log2 (1 + S/N)
    • Ex.: H=3,1KHz; S/N=30dB (1000): 30.000bps

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meios de transmiss o
Meios de Transmissão
  • Par trançado
  • Cabo coaxial
  • Fibra ótica
  • Transmissão sem fio – Meios não-guiados

Meios guiados

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par tran ado
Par Trançado
  • Dois fios de cobre isolados, trançados em espiral
  • Aplicações comuns
    • telefonia fixa
    • redes locais

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par tran ado caracter sticas de transmiss o
Par Trançado: Características de transmissão
  • Regeneração do sinal
    • transmissão analógica: a cada 5 ou 6Km
    • transmissão digital: a cada 2 ou 3Km
  • Problemas de transmissão
    • atenuação (aumenta com a freqüência)
    • interferência eletromagnética (ruídos)
    • trançamento reduz interferências
  • Taxas de transmissão típicas
    • longa distância: poucos Mbps
    • curtas distâncias (redes locais): 10Mbps a 1Gbps

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par tran ado tipos
Par Trançado: Tipos
  • Não-blindado (UTP)
  • Blindado (STP)
  • UTP Categoria 3
    • tipicamente utilizados para voz
  • UTP Categoria 5
    • trançamento mais denso
    • isolamento de teflon
    • menor interferência e melhor qualidade do sinal
    • tipicamente utilizados em redes locais
    • largura de banda: até 100MHz

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par tran ado caracter sticas f sicas
Par trançado: Características físicas

Conector

RJ-45

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cabo coaxial
Cabo Coaxial
  • Usos típicos
    • CATV
    • redes locais (em desuso)
  • Vantagens em relação a UTP
    • Menos susceptível a ruídos e interferências
    • Maior largura de banda
    • Suporta distâncias maiores
  • Largura de banda típica: 500MHz

Conector BNC

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fibra tica
Fibra Ótica

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fibra tica 2
Fibra Ótica (2)

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fibra tica vantagens
Fibra Ótica: Vantagens
  • Largura de banda: 30.000GHz
    • Taxas de transmissão possíveis da ordem de Tbps
  • Tamanho e peso reduzidos
    • diâmetro da fibra: 8 a 100μm
  • Baixa atenuação
    • maiores distâncias sem repetidores
  • Isolamento eletromagnético

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fibra tica tipos
Fibra ótica: Tipos
  • Fibra multi-modo
    • pulso composto de múltiplos raios de luz
    • cada raio se propaga por um caminho diferente dentro da fibra
    • aumenta a duração do pulso
  • Fibra mono-modo
    • raio transversal da fibra = 1 comprimento de onda
    • apenas um raio se propaga
      • pulos mais curtos: maior taxa de transmissão
    • maiores distâncias

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fibra tica tipos1
Fibra ótica: Tipos

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fibra tica uso em redes
Fibra ótica: Uso em redes

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fibra tica rede em estrela passiva
Fibra ótica: Rede em estrela passiva

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transmiss o sem fio
Transmissão sem fio

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transmiss o sem fio taxa de transmiss o m xima
Transmissão sem fio: Taxa de transmissão máxima
  • Proporcional à largura de banda da faixa de freqüências usada para transmissão
  • Quanto maior a largura de banda (em Hz), maior a taxa de transmissão que pode ser atingida (em bps)
    • Obs.: a freqüência é inversamente proporcional ao comprimento de onda: λf = c
  • Faixas de transmissão são alocadas por agências reguladoras (governamentais)

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t cnicas de transmiss o sem fio
Técnicas de transmissão sem fio
  • Spread spectrum
    • Sinais transmitidos são espalhados em um faixa de freqüências
    • Usado para Ethernet sem fio (padrão IEEE 802.11b)
  • Frequency hopping
    • Transmissão salta de uma freqüência para outra periodicamente, seguindo um padrão regular
    • Usado no padrão Bluetooth para PANs

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transmiss o por r dio
Transmissão por rádio
  • Omnidirecional
  • Longas distâncias
    • Potência cai bastante com a distância (1/r3)
  • Em freqüências mais altas
    • Ondas tendem a se propagar em linha reta
    • São refletidas por obstáculos no caminho
  • Transmissão sujeita a interferências
transmiss o por ondas de r dio
Transmissão por ondas de rádio

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transmiss o por micro ondas
Transmissão pormicro-ondas
  • Ondas se propagam em linha reta
    • Exigem alinhamento preciso das antenas
  • Distância máxima de propagação
    • Proporcional à raiz-quadrada da altura das antenas. Ex.: h=100m, distância máxima = 80Km
  • Distorções
    • Ondas são refletidas por obstáculos
    • Ondas podem ser refratadas pela atmosfera, absorvidas por gotas de chuva
    • Multipath fading: partes do sinal são recebidas em tempos diferentes

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transmiss o por micro ondas 2
Transmissão pormicro-ondas (2)
  • Faixas de freqüência
    • 2,400 – 2,484GHz: redes locais sem fio
    • 902-928MHz: telefones sem fio
    • 5,725 – 5,850GHz: redes locais sem fio mais recentes

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transmiss o por infra vermelho
Transmissão porinfra-vermelho
  • Altamente direcional
    • Ex.: controles remotos
  • Aplicações em redes locais
    • Embora não usado amplamente

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transmiss o por laser
Transmissão por laser

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sistema telef nico
Sistema Telefônico
  • Motivação para seu estudo
    • Comunicação entre computadores separados por longas distâncias
    • Infra-estrutura já existente
    • Embora não apropriada para transmissão digital
    • Originalmente projetada para transmissão analógica de voz
  • Usos em redes de computadores:
    • conexão através de modems – linha discada (dial up)
    • alocação de canais de transmissão de alta capacidade
      • conexão de redes locais remotas

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compara o com redes de computadores
Comparação com redes de computadores
  • Diferença de desempenho: 11-12 ordens de magnitude
  • Otimização do uso
  • Melhoria da infra-estrutura da rede telefônica

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estrutura do sistema telef nico
Estrutura do sistema telefônico
  • Evolução
    • Totalmente conectado  hierárquico

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estrutura do sistema telef nico 2
Estrutura do sistema telefônico (2)
  • Local loop: par trançado, transmissão analógica
  • Troncos: fibra ótica ou microondas, digital
  • Estações comutadoras

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local loops
Local loops
  • Representam as extremidades da rede telefônica (última milha)
  • Transmissão analógica
  • Necessidade de modulação do sinal digital

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local loops por que n o transmiss o digital
Local loops: Por que não transmissão digital?
  • Atenuação, distorção do sinal e ruído
    • efeitos aumentam à medida que se aumenta a faixa de freqüências do sinal transmitido
  • Transmissão de sinais digitais exige faixas de freqüências largas
    • i.e., mais componentes de freqüência
  • Sofrem mais atenuação e distorções
  • Ruídos afetam a integridade da informação
  • Além disso: largura de banda disponível (3KHz) é insuficiente para transmissão digital a taxas razoáveis

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clarificando
Clarificando...
  • Transmissão digital
    • sinalização DC
      • níveis discretos de voltagem
    • em geral, utilizando tantas componentes de freqüência quantas permitidas pela largura de banda do meio
  • Transmissão analógica
    • sinal varia continuamente
    • transmissão de dados digitais: exige modulação

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slide64

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modems
Modems
  • Modulação: digital  analógico
  • De-modulação: analógico  digital
  • Entre um par de modems: sinalização AC (contínua)
  • Onda portadora senoidal em uma determinada freqüência
    • sinal resultante centrado na freqüência da portadora
  • Técnicas de modulação:
    • por amplitude
    • por freqüência
    • por deslocamento de fase

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modula o
Modulação

Sinal original

Modulação por

amplitude

Modulação por

freqüência

Modulação por

mudança de fase

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esquemas de modula o
Esquemas de modulação
  • Na rede telefônica:
    • Largura de banda: 3KHz
    • De acordo com Nyquist (2H log2 M):
      • taxas de amostragem mais altas do que 6000Hz são inúteis
  • Solução para taxas mais altas de transmissão
    • combinação de técnicas de modulação para transmissão de múltiplos bits por baud
      • Ex.: amplitude + fase
    • técnicas de compressão de dados

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esquemas de modula o1
Esquemas de modulação

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interface com o modem tradicionalmente
Interface com o modem(tradicionalmente)
  • RS-232C
  • Utilizada com modems externos
  • Atualmente, modems internos são mais comuns (em computadores pessoais)
    • diretamente ligados ao barramento

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uso de fibra tica no contexto do local loop custo
Uso de fibra ótica no contexto do local loop: custo

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conex es entre centrais telef nicas troncos
Conexões entre centrais telefônicas: Troncos
  • Canais de alta capacidade
  • Enlaces de fibra ótica
  • Multiplexação da capacidade
    • Compartilhamento da largura de banda dos troncos entre conexões independentes
  • Tipos de multiplexação básicos:
    • FDM (Multiplexação por Divisão de Freqüência)
    • TDM (Multiplexação por Divisão de Tempo)

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FDM
  • Espectro de freqüências é dividido, permitindo múltiplos canais lógicos
    • Cada canal individual é deslocado para uma freqüência diferente (mais alta)
    • Canais são então combinados, sem interferência mútua
    • O usuário de um canal possui uso exclusivo da sub-faixa de freqüência alocada (enquanto durar a conexão)
  • Exemplo:
    • 12 canais de voz (3000Hz) multiplexados em uma faixa de 48KHz (ex.: 60-108KHz), com espaçamento de 1KHz

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fdm 2
FDM (2)

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fdm 3
FDM (3)

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fdm transmissor
FDM: Transmissor

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fdm receptor
FDM: Receptor

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WDM
  • Multiplexação por divisão do comprimento de onda
  • Uma variação de FDM para uso em fibra ótica
  • Possibilita uma melhor ocupação da fibra
    • Capacidade máxima de transmissão: 25.000GHz
    • Capacidade máxima de sinalização: da ordem de alguns GHz
      • Limite imposto pela conversão elétrico-ótica
    • Multiplexação WDM: inteiramente ótica

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wdm 2
WDM (2)

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TDM
  • Multiplexação no domínio do tempo
    • Múltiplos sinais digitais combinados intercalando porções de cada sinal para transmissão no meio
  • Exemplo:
    • 24 sinais digitais de 64Kbps = 24 canais TDM
    • Cada canal: 8 bits a cada 125μs (8000 x 8bits = 64Kbps)
    • A cada 125μs: 24 x 8 bits + 1 bit de sincronização = 193 bits
    • Capacidade total: 193 x 8000 = 1,544Mbps
    • Canais amostrados em round robin
  • Conhecido como TDM síncrono

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tdm 24 canais de 64kbps
TDM: 24 canais de 64Kbps
  • Duração de um slot (canal): 5,18μs
  • Duração de um bit: 0,6477μs

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tdm s ncrono quadros e slots
TDM síncrono: Quadros e slots

Quadro

Quadro

n

2

3

1

1

n

2

3

Slot de tempo alocado ao canal 2

(pode estar vazio ou ocupado)

  • Quadros se repetem com periodicidade constante
  • Cada quadro tem um número igual de slots, alocados identicamente

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tdm s ncrono transmissor
TDM síncrono: Transmissor

Multiplexador

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tdm s ncrono receptor
TDM síncrono: Receptor

Demultiplexador

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multiplexa o tdm em v rios n veis
Multiplexação TDM em vários níveis
  • Hierarquia de sinais digitais
  • Cada nível utiliza TDM síncrono para combinar os sinais do nível anterior

(Esquema utilizado nos EUA)

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multiplexa o tdm em v rios n veis hierarquia europ ia

4:1

4:1

Multiplexação TDM em vários níveis: Hierarquia européia

2,048Mbps

8,848Mbps

34,304Mbps

4:1

4:1

139,264Mbps

565,148Mbps

tdm aplica es
TDM: Aplicações
  • Apenas para sinais digitais
  • Sinais analógicos precisam ser primeiro codificados em termos de sinais binários
  • Pulse Code Modulation (PCM)
    • A amplitude total do sinal analógico é dividida em n níveis
    • A cada nível é atribuído um código binário
      • n níveis: log2n bits são necessários para codificação

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pcm exemplo

12

12

11

11

10

10

9

9

9

9

8

8

7

7

6

6

4

4

3

3

2

2

PCM: Exemplo
  • Codificação de sinal analógico usando PCM de 4 bits: 16 níveis de sinal
    • Uma amostra a cada t milissegundos
    • Cada amostra: 4 bits são transmitidos

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otimiza o delta modulation
Otimização: Delta Modulation

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sonet sdh
SONET / SDH
  • Alternativa padronizada para as hierarquias de sinais diginais então existentes (e incompatíveis entre si)
    • Unifica os três sistemas de transmissão digital então existentes: americano, europeu e japonês
  • Sinônimos (com pequenas diferenças):
    • SONET = Synchronous Optical Network
      • Padrão original desenvolvido pela Bellcore (EUA)
    • SDH = Synchronous Digital Hierarchy
      • Padrão conforme adotado pelo CCITT (atual ITU-T)

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sonet sdh1
SONET / SDH
  • Provê:
    • Uma estrutura padronizada para a transmissão de sinais digitais
    • Uma hierarquia padrão para a multiplexação de canais digitais
  • Emprega transmissão síncrona
    • Como em TDM, mas de maneira estruturada
  • Base para a transmissão de dados em redes ATM de longa distância

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sistema sonet
Sistema SONET
  • Comutadores (switches), multiplexadores e repetidores
  • Seção: entre dois dispositivos
  • Linha: entre multiplexadores
  • Caminho: conexão fim-a-fim

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sonet estrutura de transmiss o
SONET: Estrutura de transmissão
  • Quadros transmitidos a cada 125μs, contendo
    • Informações de controle
    • Dados
  • Canal de transmissão básico:
    • Quadros de 810 bytes: 90 colunas X 9 linhas
      • 8 x 810 = 6480 bits transmitidos 8000 vezes por segundo, resultando em uma taxa de transmissão de 51,84Mbps
      • STS-1 (Synchronous Transport Signal 1)
      • 3 primeiras colunas – informação de controle
      • 87 colunas – dados do usuário: 50,112Mbps

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sonet estrutura de transmiss o 2
SONET: Estrutura de transmissão (2)

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sonet multiplexa o
SONET: Multiplexação

622,08Mbps

155,52Mbps

51,84Mbps

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sonet sdh hierarquia de multiplexa o
SONET / SDH: Hierarquia de multiplexação

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sonet arquitetura
SONET: Arquitetura
  • Camada física dividida em 4 sub-camadas
    • Fotônica: propriedades do sinal ótico
    • Seção: enlaces diretos de fibra ótica
    • Linha: multiplexação/demultiplexação
    • Caminho: questões fim-a-fim da conexão

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sonet e atm
SONET e ATM
  • SONET como a principal alternativa para implementar a camada física de redes ATM
  • Utiliza o nível STS-3 (OC-3) como a taxa básica: 155,52Mbps
  • ATM permite a utilização de redes SONET de forma assíncrona
    • Multiplexando várias conexões de forma assíncrona, sem reserva estática de capacidade
    • Permitindo melhor aproveitamento da capacidade total de transmissão da rede física

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comuta o switching
Comutação (Switching)
  • Comutador:
    • n linhas de entrada
    • m linhas de saída
    • Permite conectar cada uma das linhas de entrada a qualquer uma das linhas de saída
      • Função básica para o roteamento de uma transmissão
  • Técnicas de comutação:
    • Comutação de circuitos – utilizada no sistema telefônico
    • Comutação de mensagens – pouco utilizada
    • Comutação de pacotes – utilizada em redes de computadores

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comuta o de circuitos
Comutação de Circuitos
  • Um caminho físico (circuito) é estabelecido entre as duas extremidades da conexão
  • Comutadores intermediários se encarregam de conectar os diversos segmentos da conexão
  • Circuito dedicado permanece ativo e fixo enquanto durar a conexão
  • Os vários segmentos podem ser fisicamente diferentes: cobre, fibra ótica, microondas, etc.

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comuta o de circuitos 2
Comutação de circuitos (2)

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comuta o de circuitos fases na comunica o
Comutação de circuitos: Fases na comunicação
  • Estabelecimento do circuito
    • Tempo de conexão decorrente de:
      • propagação da requisição de conexão até o destino
        • envolve a descoberta de um caminho físico até o destino
      • propagação do reconhecimento de volta para o iniciador
  • Transmissão
    • dados são transmitidos diretamente e sem atraso, utilizando o caminho dedicado já estabelecido
      • não há risco de congestionamento: capacidade dedicada
  • Fechamento da conexão

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comuta o de circuitos1
Comutaçãode circuitos

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comuta o de mensagens
Comutação de mensagens
  • Ausência de um caminho físico dedicado
  • Cada mensagem é tratada individualmente
    • mensagem enviada é recebida e buferizada (completamente) pelo próximo comutador no caminho
    • comutador decide para onde encaminhar a mensagem e a transfere para o próximo comutador, que atua semelhantemente, até que a mensagem chegue ao destino
  • Store-and-forward networks

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comuta o de mensagens1
Comutaçãode mensagens
  • Sem o atraso inicial para estabelecimento de conexão
  • Mensagens muito longas monopolizam o enlace (e o comutador) por um longo período de tempo
    • não apropriado para tráfego interativo
  • Pouco utilizada em redes de computadores

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comuta o de pacotes
Comutação de Pacotes
  • Pacote: mensagem de tamanho fixo
    • Mensagens longas são segmentadas em pacotes
  • Cada pacote é tratado independentemente dos demais
  • Melhor aproveitamento da capacidade do meio de transmissão:
    • não é necessário esperar a recepção da mensagem completa – cada pacote pode ser encaminhado assim que recebido

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comuta o de pacotes1
Comutaçãode pacotes
  • Sem conexão
  • Cada pacote roteado independentemente
  • Menos tempo para se concluir a transmissão
  • Apropriado para tráfego interativo
  • Não monopoliza os enlaces e comutadores

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t cnicas de comuta o compara o
Técnicas de comutação: Comparação

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comuta o de circuitos vs comuta o de pacotes
Comutação de circuitos vs. comutação de pacotes

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comuta o de circuitos vs comuta o de pacotes 2
Comutação de circuitos vs. comutação de pacotes (2)

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rdsi de faixa estreita n isdn
RDSI de Faixa Estreita(N-ISDN)
  • Rede Digital de Serviços Integrados
    • RDSI-FE
  • Integração de serviços de voz e dados
  • Transmissão digital
  • Conceito de um “tubo” de dados digital
    • Multiplexado em vários canais usando TDM
    • Taxa básica: 16Kbps controle + 2 x 64Kbps dados
    • Taxa primária: 64Kbps controle + 23 (ou 30) x 64Kbps dados

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n isdn taxa b sica e taxa prim ria
N-ISDN: Taxa básica e taxa primária

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n isdn arquitetura conex o para uso dom stico
N-ISDN: Arquitetura – conexão para uso doméstico

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n isdn arquitetura conex o de uso comercial
N-ISDN: Arquitetura – conexão de uso comercial

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rdsi de faixa larga b isdn
RDSI de Faixa Larga(B-ISDN)
  • RDSI-FL
  • Tecnologia baseada em circuitos digitais virtuais
  • Taxa básica: 155Mbps
    • Capaz de acomodar serviços mais avançados (ex.: vídeo sob demanda, teleconferência)
  • Transmissão baseada em tecnologia ATM
    • Asynchronous Transfer Mode
      • Multiplexação estatística – alocação dinâmica da capacidade de transmissão
  • Primariamente em redes de fibra ótica

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rdsi fl circuitos virtuais
RDSI-FL: Circuitos Virtuais
  • Comportamento de comutação de circuitos implementado com comutação de pacotes
    • Serviço orientado a conexões
  • Circuitos virtuais permanentes (PVC)
    • Configurados manualmente
    • Ativos por tempo indeterminado (permanentemente)
      • Elimina o tempo de estabelecimento de conexão
  • Circuitos virtuais comutados (SVC)
    • Estabelecidos dinamicamente
    • Liberados quando não mais necessários
    • Estabelecimento – Transmissão – Liberação

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rdsi fl circuitos virtuais 2
RDSI-FL: Circuitos Virtuais (2)
  • Uma rota é definida entre origem e destino da conexão
    • Todos os pacotes trafegam por esta rota
  • Comutadores intermediários
    • registram, em suas tabelas internas, a rota que pacotes de cada circuito virtual devem seguir
    • reservam recursos para cada circuito virtual
  • Pacotes possuem um campo identificando o circuito virtual a que pertencem
    • Esta informação é usada pelo comutador para determinar a rota a ser usada para encaminhar o pacote

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rdsi fl circuitos virtuais 3
RDSI-FL: Circuitos Virtuais (3)

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circuitos virtuais vs comuta o de circuitos
Circuitos virtuais vs. Comutação de circuitos
  • Comutação de circuitos
    • Alocação rígida da capacidade de transmissão
      • Com circuitos físicos, FDM, ou com a reserva de slots TDM
    • Capacidade não utilizada não pode ser reaproveitada
  • Circuitos virtuais: Alocação flexível
      • Baseada em estatísticas de uso global da rede
      • A soma das capacidades individuais alocadas pode ser maior do que a capacidade nominal da rede!
      • Na prática, contudo, o tráfego global gira em torno de uma média, não ocorrendo congestionamentos constantes
    • Capacidade não utilizada por um circuito pode ser reaproveitada por outros circuitos

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transmiss o em redes rdsi fl atm
Transmissão em redes RDSI-FL: ATM
  • Asynchronous Transfer Mode
  • ATM vs. TDM:
    • Em TDM:
      • Cada conexão tem uma posição de slot fixa em quadros que se repetem periodicamente
      • Alocação estática, fixa, sincronizada com o relógio mestre
    • Em ATM:
      • Unidades de transmissão: Célula (pacote pequeno, de tamanho fixo)
      • Células provenientes de fontes distintas não precisam se alternar de maneira fixa na transmissão

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transmiss o em redes atm
Transmissão em redes ATM

TDM:

ATM:

Multiplexação estatística por divisão de tempo

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transmiss o em redes atm c lulas
Transmissão em redes ATM: Células
  • Pacotes pequenos, de tamanho fixo
  • 53 bytes:
    • 5 bytes de cabeçalho (header)
      • Identificação do circuito virtual, CRC do cabeçalho, tipo da célula, prioridade, etc.
    • 48 bytes de informação do usuário (payload)

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transmiss o em redes atm 2
Transmissão em redes ATM (2)
  • Fluxo de células não precisa ser contínuo
    • Lacunas podem existir
    • Preenchidas com células de enchimento (vazias)
  • Formato para transmissão de células
    • Diretamente sobre o meio físico
    • Utilizando uma estrutura de transmissão padrão subjacente (carrier). Exemplos
      • T3 (44,736Mbps), SONET / SDH (155,52Mbps ou 622,08Mbps), FDDI (100Mbps)
    • Padroniza a forma em que células são encaixadas nas respectivas estruturas de transmissão

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transmiss o em redes atm 3
Transmissão em redes ATM (3)
  • Meios de transmissão
    • Fibra ótica
    • Par trançado categoria 5 (ou coaxial)
      • Para enlaces com menos de 100m
  • Enlaces ponto-a-ponto
    • Entre um computador e um comutador (switch)
    • Entre dois switches
    • Multicasting: switch propaga uma célula recebida através de múltiplas linhas de saída
  • Enlaces unidirecionais
    • Full duplex: dois enlaces, um para cada sentido de transmissão

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redes atm modelo de refer ncia camadas
Redes ATM: Modelo de Referência – Camadas

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redes atm modelo de refer ncia camadas 2
Redes ATM: Modelo de Referência – Camadas (2)

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camada f sica em redes atm
Camada Física em Redes ATM
  • Dividida em duas sub-camadas:
    • PMD: Physical Medium Dependent
      • Interface própria para cada tipo de meio de transmissão
      • Codifica um fluxo de células em um fluxo de bits apropriado
    • TC: Transmission Convergence
      • Interface uniforme para a camada superior (camada ATM) – independentemente do meio físico utilizado
      • Reconstituir um fluxo de células consistente a partir do fluxo de bits recebido – enquadramento de células
        • Funcionalidade de camada de enlace (próximo capítulo)

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camada f sica em redes atm 2
Camada Física em Redes ATM (2)

Recebe um fluxo de células da camada ATM

Remonta as células e as entrega à camada ATM

Interface uniforme para a camada ATM (independente do meio físico)

TC

TC

Repassa as células como uma seqüência de bits p/ PMD

Entrega um fluxo de bits para a camada TC

PMD

PMD

Codifica bits em sinais digitais para transmissão

Recebe sinais digitais através do meio

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comutadores switches atm
Comutadores (switches) ATM
  • N linhas de entrada
  • M linhas de saída
  • Tipicamente: N = M
  • Switching fabric
    • mecanismos internos que se encarregam de retransmitir as células através das saídas apropriadas

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comutadores atm 2
Comutadores ATM (2)
  • Operação síncrona
    • Dirigida por um relógio mestre
      • demarca o início de cada ciclo de comutação
      • pois células chegam de maneira assíncrona
    • A cada ciclo, células são retransmitidas
    • Pipelining
      • Vários estágios no processo de comutação
  • Células são recebidas, p. ex., a 150Mbps
    • duração do ciclo: 2,7μs
    • Ex.: com 32 linhas de entrada/saída: 32 células comutadas a cada 2,7μs

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comutadores atm 3
Comutadores ATM (3)
  • Objetivos de projeto:
    • Comutar todas as células com uma taxa de descarte de células mínima
      • em casos de congestionamento, células podem ser descartadas
      • não deve ultrapassar 1 célula a cada 1012 células recebidas
    • Nunca reordenar as células em um circuito virtual
      • células que chegam em determinada ordem devem ser despachadas na mesma ordem
      • se todos os comutadores agirem assim, a ordem será preservada no circuito virtual como um todo

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comutadores atm 4
Comutadores ATM (4)
  • O que fazer quando duas células são recebidas no mesmo ciclo (por linhas de entrada diferentes), as quais devem deixar o switch pela mesma linha de saída?
    • O switch deveria retransmitir uma das células e buferizar a outra para retransmissão no próximo ciclo
  • Duas alternativas:
    • Filas na entrada
    • Filas na saída

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comutadores atm enfileiramento de c lulas na entrada do switch
Comutadores ATM: Enfileiramento de células na entrada do switch

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comutadores atm enfileiramento de c lulas na sa da do switch
Comutadores ATM: Enfileiramento de células na saída do switch

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leitura complementar
Leitura complementar
  • Redes de rádio celular
    • Tanenbaum, seção 2.7
  • Satélites de comunicação
    • Tanenbaum, seção 2.8

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