Redes de Compuatdore..
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Redes de Computadores Módulo II – Camada Física 1 Introdução ¾ Camada física ¾ Define as interfaces mecânica, elétrica e de sincronização para a rede ¾ Aspectos abordados ¾ ¾ ¾ ¾ Capacidade do meio Meios de Transmissão Satélites de Comunicações Rede Pública de Telefonia Comutada 2 Introdução ¾ As informações podem ser transmitidas por fios, fazendo-se variar alguma propriedade física, como voltagem ou corrente. ¾ A análise matemática permite criar um modelo para o comportamento do sinal ¾ ¾ Análise de Fourier As faixas de freqüências transmitidas sem serem fortemente atenuadas denomina-se largura de banda ¾ A largura de banda é uma propriedade física do meio de transmissão, e em geral depende da construção, da espessura e do comprimento do meio 3 1 Capacidade do Meio ¾ Teorema de Nyquist ¾ Toda informação de banda passante W pode ser representada por um conjunto de suas amostras se a freqüência de amostragem é maior que 2W amostras por segundo C= 2.W log2 V bps 4 Capacidade do Meio ¾ Teorema de Nyquist (cont.) ¾ Exemplo C= 2.W log2 V bps ¾ Um canal de 3 kHz V=2 V = 32 V = 256 V = 1024 Î Î Î Î C = 6 k bps C = 30 k bps C = 48 k bps C = 60 k bps 5 2 Capacidade do Meio ¾ Claude Shanon (1948) ¾ Ruído branco C= W log2 (1+S/N) bps onde, S/N = relação sinal / ruído em dB dB = decibéis = 10 log10 S/N ¾ Para W = 3 k Hz, S/N = 100 S/N = 1000 Î 20 dB Î 30 dB Î C ~ 20 k bps Î C ~ ?? k bps 6 Conceitos ¾ Conceitos ¾ Largura de banda ¾ ¾ Taxa de bauds ¾ ¾ É a faixa de frequência que passa por um meio com atenuaçào mínima É o número de amostras/segundo (símbolos/segundo) Taxa de bits ¾ É a quantidade de informações enviadas pelo canal e igual ao número de símbolos/segundo multiplicado pelo número de bits/símbolo 7 3 Conceitos ¾ Conceitos ¾ Classificação quanto ao sentido do tráfego ¾ Full-duplex ¾ Uma conexão que permite o tráfego em ambos os sentidos simultaneamente ¾ Half-duplex ¾ Uma conexão que permite o tráfego nos dois sentidos, mas apenas um sentido de cada vez ¾ Simplex ¾ Uma conexão que permite o tráfego apenas em um sentido 8 Formas de modulação ¾ Formas de modulação (a) Sinal binário (b) Modulação de amplitude (c) Modulação de freqüência (d) Modulação de fase 9 4 Técnicas de modulação ¾ Conceitos ¾ Técnica de modulação ¾ ¾ Determina o número de bits/símbolo Exemplo: (a) QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) (b) QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation) (c) QAM-64 10 Formas de multiplexação ¾ FDM (Frequency Division Multiplexing) ¾ O espectro de freqüência é dividido em bandas de freqüência, tendo cada usuário a posse exclusiva de alguma banda 11 5 Formas de multiplexação ¾ WDM (Wavelength Division Multiplexing) ¾ É uma variação de multiplexação por divisão de frequências 12 Formas de multiplexação ¾ TDM (Time Division Multiplexing) ¾ ¾ ¾ Os usuários se revezam (em esquema de rodízio), e cada um obtém periodicamente a largura de banda inteira por um determinado período de tempo Muito difundida nos últimos anos Só pode ser usada para dados digitais ¾ ¾ ¾ Os sinais analógicos são digitalizados na estação final por um dispositivo chamado codec Um codec muito utilizado chama-se PCM (Pulse Code Modulation) CDM (Code Division Multiplexing) ¾ O sinal digital é composto via técnicas matemáticas em um único sinal, cada receptor usando seu código retira a sua informação. 13 6 Meios de Transmissão ¾ Meios guiados ¾ ¾ ¾ Fios de cobre Fibra óptica Meios não-guiados ¾ ¾ ¾ Ondas de rádio Infra-vermelho Laser 14 Meios de Transmissão ¾ Par Trançado ¾ Podem ser usados para transmissão de sinais analógicos e digitais ¾ ¾ Categoria 3 e 5 (16 MHz e 100 MHz) Categoria 6 e 7 (250 MHz e 600 MHz) (a) Categoria 3 UTP (b) Categoria 5 UTP 15 7 Meios de Transmissão ¾ Cabo coaxial ¾ Cabo de 50 ohms ¾ ¾ Comumente empregado nas transmissões digitais Cabo de 75 ohms ¾ Comumente empregado nas transmissões analógicas e de televisão 16 Meios de Transmissão ¾ Fibra óptica ¾ O limite da sinalização atual é de cerca de 10 Gbps ¾ ¾ Pode ultrapassar 50Tbps Classificadas ¾ ¾ Multimodo ¾ Vários raios de luz internamente Monomodo ¾ Propagação em linha reta 17 8 Meios de Transmissão ¾ Comparação entre fibras e fios de cobre ¾ Vantagens da fibra óptica ¾ ¾ ¾ ¾ Pode gerenciar larguras de bandas mais altas Não é afetada por picos de voltagem ou interferência eletromagnética Imune a ação corrosiva de alguns elementos químicos Desvantagens da fibra óptica ¾ ¾ ¾ Tecnologia menos familiar Comunicação unidirecional Interfaces mais caras que as elétricas 18 Meios de Transmissão ¾ Transmissão sem fio ¾ Espectro eletromagnético ¾ As porções de rádio, microondas, infravermelho e luz visível podem ser usadas na transmissão de informações, desde que seja modulada a amplitude, a frequência ou a fase das ondas 19 9 Meios de Transmissão ¾ Transmissão de rádio ¾ As ondas de rádio são fáceis de gerar, podem percorrer longas distâncias e penetrar facilmente nos prédios (a) As ondas de rádio nas faixas VLF, LF e MF seguem a curvatura da Terra (b) Na banda HF, elas ricocheteiam na ionosfera 20 Meios de Transmissão ¾ Transmissão de microondas ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Acima de 100MHz As ondas trafegam praticamente em linha reta Oferecem uma relação sinal/ruído muito alta, mas as estações de transmissão e recepção devem estar alinhadas Não atravessam muito bem os obstáculos Sujeito ao efeito chamado esmaecimento de vários caminhos (multipath fading) É muito usada na telefonia de longa distância, em telefones celulares e na distribuição de canais de televisão 21 10 Meios de Transmissão ¾ Política do espectro eletromagnético ¾ Padronizado por acordos nacionais e internacionais ¾ ¾ ¾ Evitar o caos Organização de padronização internacional ¾ ITU-R (International Telecommunications Union – Radio) Faixas de freqüências livres ¾ ¾ ISM (Industrial, Scientific, Medical) Restrição apenas de potência 22 Meios de Transmissão ¾ Ondas infravermelho e milimétricas ¾ ¾ Muito utilizadas na comunicação de curto alcance Vantagem ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Relativamente direcionais Econômicas Fáceis de montar Não exigem licença do governo Desvantagem ¾ ¾ Não atravessam objetos sólidos Uso limitado 23 11 Meios de Transmissão ¾ Transmissão por onda de luz ¾ ¾ Pode conectar as LANs em dois prédios Vantagem ¾ ¾ Largura de banda alta e custo baixo Desvantagem ¾ Interferência da chuva ou neblina espessa 24 Satélites de Comunicações ¾ Em sua forma mais simples, um satélite pode ser considerado um grande repetidor de microondas no céu ¾ Transpoders ¾ ¾ ¾ Dividem do espectro Amplificam os sinais de entrada e transmitem novamente em outra freqüência Classificam-se quanto a altitude ¾ ¾ ¾ Geoestacionário (GEO) Órbita média (MEO) Baixa Órbita (LEO) 25 12 Satélites de Comunicações ¾ Algumas propriedades 26 Satélites de Comunicações ¾ Satélites geoestacionários ¾ Primeiro satélite foi lançado em 1972 ¾ ¾ Tempo de vida médio estimado ¾ ¾ Telstar 10 anos Principais bandas 27 13 Satélites de Comunicações ¾ Aplicação moderna ¾ Comunicação por meio de microestações de baixo custo (VSAT – Very Small Aperture Terminals) 28 Satélites de Comunicações ¾ Satélites de órbita média ¾ ¾ ¾ Altitude média de 18000 Km Levam 6 horas para circular a Terra Aplicação ¾ ¾ Satélites GPS (Global Positioning System) Satélites de baixa órbita ¾ ¾ ¾ Baixo retardo Necessita de vários satélites para cobrir a Terra Exemplos ¾ ¾ ¾ Iridium Globalstar Teledesic 29 14 Satélites de Comunicações ¾ Iridium (a) (b) 30 Satélites de Comunicações ¾ Iridium X Globalstar (a) Retransmissão no espaço (b) Retransmissão terrestre 31 15 Satélites de Comunicações ¾ Aplicações para comunicações via satélite ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Necessidade de largura de banda Comunicação móvel Difusão é essencial Locais com terrenos inadequados Substituir a fibra onde é muito custoso seu lançamento Exploração rápida é crítica 32 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Utilizada para interligar computadores distantes 33 16 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Loop local ¾ ¾ Utiliza sinalização analógica Linhas de transmissão estão sujeitas a atenuação, distorção de retardo e ruído ¾ ¾ Torna a sinalização de banda-base inadequada Necessidade de utililzar modem ¾ Dispositivo que aceita um fluxo serial de bits como entrada e produz uma portadora modulada em amplitude, freqüência ou fase 34 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Limites teórico de transmissão ¾ Limite de Shannon para o sistema telefônico ¾ Taxa máxima é 35 kbps (Computador – ISP 1) 35 17 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Limites teórico de transmissão (cont.) ¾ Pelo teorema de Nyquist ¾ Canal telefônico tem cerca de 4000 Hz, utilizando 7 bits por amostra ¾ A taxa é de 56Kbps (Computador – ISP2) 36 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Linhas digitais do assinante ¾ ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) ¾ ¾ Utilização de um comutador que disponibiliza toda capacidade do loop local A capacidade do loop local depende do seu comprimento, sua espessura e qualidade geral 37 18 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Linhas digitais do assinante ¾ Operação do ADSL 38 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Linhas digitais do assinante ¾ Configuração típica do ADSL 39 19 Rede Pública de Telefonia Comutada Troncos usando TDM (Time Division Multiplexing) ¾ Os codecs usam o PCM (Pulse Code Modulation) ¾ ¾ ¾ O codec cria 8000 amostras por segundo (125μs/amostra), pois o teorema de Nyquist diz que é suficiente para um canal de 4Khz. Cada amostra possui 8 bits A falta de um padrão internacional para o PCM propiciou o surgimento de uma variedade de esquemas ¾ ¾ Portadora T1 (América do Norte e Japão) ¾ Consiste em 24 canais de voz multiplexados ¾ Taxa de 1,544 Mbps Portadora E1 (restante do mundo) ¾ Consiste em 32 canais de dados ¾ Taxa de 2,048 Mbps 40 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Portadora T1 24 X 8 + 1 = 193 bits a cada 125μs 41 20 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Multiplexação de fluxos T1 em portadoras de mais alta velocidade 42 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ SONET (Synchronous Optical NETwork / SDH (Synchronous Digital Hierarchy) ¾ Surgiram pela falta de padronização dos sistemas ópticos TDM 43 21 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Técnicas de comutação ¾ Comutação de circuitos ¾ ¾ Comutação de mensagens ¾ ¾ Forma um caminho físico entre transmissor e receptor Nenhum caminho físico é estabelecido. Um bloco de dados é enviado e armazenado na primeira estação de comutação e depois encaminhado, um salto de cada vez Comutação de pacotes ¾ É uma derivação da comutação de mensagens, onde é imposta uma restrição ao limite máximo do tamanho do bloco de dados a ser transmitido 44 Rede Pública de Telefonia Comutada ¾ Técnicas de comutação 45 (a) Comutação de circuitos (b) Comutação de mensagens (c) Comutação de pacotes 22
