Prof f bio moreira costa cap tulo 2
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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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Presentation Transcript


Prof f bio moreira costa cap tulo 2

Prof. Fábio Moreira Costa

Capítulo 2

Tele-Processamento e Redes (Redes de Computadores)


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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Tele processamento e redes redes de computadores

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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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Tele processamento e redes redes de computadores

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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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Tele processamento e redes redes de computadores

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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Tele processamento e redes redes de computadores

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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Tele processamento e redes redes de computadores

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

115

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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

120

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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

129

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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

130

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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

131

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Comutadores atm enfileiramento de c lulas na entrada do switch

Comutadores ATM: Enfileiramento de células na entrada do switch

132

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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

134

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