Redes de Compuatdore..

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