Introdução a Comunicação de Dados by José Catunda

Sumário

Introdução a Comunicação de Dados

1. O princípio da comunicação 2. Terminologias de Redes: 2.1. Tempo de resposta ( response-time);

Prof. Aristides Cap. 1 ao 15

2.2. Processamento em lote (batch); 2.3. Diferenças entre sistemas on-line e real-time; 2.4. Tempo compartilhado (time-sharing).

A MELHOR FACULDADE TECNOLÓGICA DE FORTALEZA.

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Sumário

6.2. Serial. 7. Ritmos de Transmissão: 7.1. Assíncrona; 7.2. Síncrona.

3.1. Analógicos; 3.2. Digitais. 4. Bits / Bytes. 5. Modos de O peração:

8. O s Modem’s: 8.1. Analógicos; 8.2. Digitais; 8.3. Funcionamento Interno.

5.1. Simplex; 5.2. Half-duplex (semiduplex); 5.3. Full-duplex (duplex). Introdução a Comunicação de Dados

Sumário 6. Tipos de Transmissão: 6.1. Paralela;

3. Tipos de Sinais:

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Sumário 9. Arquitetura de Redes Banda Larga: 9.1. Estrutura de rede pública de telecomunicações; 9.1.1. Digitalização da transmissão de sinais entre centrais públicas; 9.2. Subdivisão da rede pública de telecomunicações; 9.2.1. Sub-rede de acesso; 9.2.2. Sub-rede de comutação; 9.2.3. Sub-rede de transmissão. 10.Tecnologia xDSL: 10.1. Entidades de padronização xDSL; 10.2. Componentes centrais da rede ADSL; 10.3 Linhas digitais HDSL e SDSL.

Sumário 11. Introdução às redes de computadores: 11.1. Conceitos básicos; 11.1.1. Banda passante; 11.1.2. Taxa de transmissão máxima de um canal; 11.1.3. Multiplexação e Modulação; 11.1.4. Codificação e Transmissão; 12. Detecção e correção de erros: 12.1. Paridade; 12.2. CRC.

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Sumário

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Princípio da Comunicação Introdução

13. Meios de Transmissão: 13.1. Par trançado; 13.2. Cabo coaxial; 13.3. Fibra ótica. 14. Instalação física e cabeamento estruturado. 15. Ligação inter-redes: 15.1. Repetidores; 15.2. Pontes; 15.3. Roteadores; 15.4. Gateways. Professor José Aristides

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Princípio da Comunicação Definição de Comunicação e Telecomunicação Comunicação: Ato ou efeito de comunicar(-se). 2. Ato ou efeito de emitir, transmitir e receber mensagens por meio de métodos e/ou processos convencionados, quer através da linguagem falada ou escrita, quer de outros sinais, signos ou símbolos, quer de aparelhamento técnico especializado, sonoro e/ou visual.

Princípio da Comunicação Telecomunicação: Processo de comunicação a longa distância que utiliza como meio de transmissão linhas Telegráficas, telefônicas, satélites ou microondas.

Telecomunicações : comunicações à distância.

Engenharia Eletrônica: Transmissão de informação de um ponto a outro por meio de sinais em fios, ou de ondas eletromagnéticas. Teoria da Informação: Transmissão de mensagem entre uma fonte e um destinatário, distintos no tempo e/ou no espaço, utilizando um código comum. Professor José Aristides

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Princípio da Comunicação Sistemas de Transmissão

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Terminologias de Redes Introdução

Objetivo: Transmitir os sinais de informação (p. ex., canais telefônicos,dados), em longas distâncias (interurbanas ou internacionais).

Uma rede é um sistema de objetos ou pessoas conectadas de maneira complicada.

Exemplo:

O sistema nervoso e o sistema cardiovascular são redes.

As redes estão em toda parte, inclusive em nosso próprio corpo.

Observe na próxima figura, os seguintes sistemas de redes: Comunicações; Transporte; Social; Biológico; Serviços públicos.

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Terminologias de Redes

Terminologias de Redes Redes de dados As redes de dados surgiram como resultado das aplicações informáticas criadas para as empresas. As empresas possuíam computadores que eram dispositivos independentes e operavam de forma individual. Logo se notou que não era uma forma eficiente nem rentável para operar um meio empresarial. As empresas necessitavam de soluções que resolvessem as três perguntas seguintes: Como evitar a duplicação de equipamentos informáticos e de outros recursos? Como comunicar-se com eficiência? Como configurar e administrar uma rede?

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Terminologias de Redes

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Distância 0.1 m 1m 10 m

Localização Placa de Circuito Sistema Sala

Exemplo Máquina de fluxo de dados Multicomputador (PAN)

100 m 1 Km

Prédio Campus

Redes Locais (LAN)

10 Km 100 Km 1000 Km

Cidade País Continente

Rede Metropolitana (MAN) Redes de Longa Distância (WAN)

10.000 Km 100.000 Km

Planeta Sistema Terra/Lua

Inter-rede (WAN) Satélites artificiais

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Introdução aos SD Evolução histórica

Principais tipos de Sistemas O peracionais:

Sem Sistema Operativo (UNIVAC, IBM 701, IBM 650)

Sistemas de processamento em lote (batch) simples; Sistemas de processamento em lote com SPOOL; Sistemas (de processamento em lote) Multiprogramados; Sistemas de tempo compartilhado (time-sharing); Sistemas de computação pessoal (PC/Personal Computing); Sistemas de computação paralela (parallel computing); Sistemas de computação distribuída (distributed-systems); Sistemas de tempo-real (real-time systems).

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Tratamento por Lotes Rudimentar Tratamento por Lotes (IBM 7090) Multiprogramação (Multics) Tempo Partilhado Memória Virtual (UNIX) Sistemas Distribuídos 1946 1950

1960

1ª Geração: Interruptores e válvulas

1970

2ª Geração: Transístores

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1980

3ª Geração: 4ª Geração: Circuitos integrados Computadores pessoais

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Terminologias de Redes • Hardware muito grande; Processamento em Lote

• Configuração manual; • Processamento muito lento;

Lote com SPOOL

• Único usuário por vez; • Cartões perfurados e fitas magnéticas.

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Terminologias de Redes processamento em lote (batch)

processamento em lote (batch) Os computadores eram imensos e necessitavam ser preparados para a execução dos programas. Cada programa exigia uma configuração ou ligação específica para funcionar;

BATCH: é um processamento em lotes. É o modo de uso do computador. A tarefa é acumulada para posteriormente ser processada de uma só vez ou os dados relacionados a uma tarefa são agrupados em lotes e em cada vez que forem reunidas as informações e/ou que caracterizem o lote em questão será feito um processamento.

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O operador perdia um grande tempo configurando o computador (fazendo as mudanças); Logo, os programas similares eram agrupados em lotes. Assim, o computador era preparado para processar todo o lote e não somente um programa, tornando o processo mais rápido.

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Grande computador; Sem interação com o usuário; Fila de tarefas (jobs); Periféricos lentos; CPU ociosa; Processamento seqüencial; Sequênciamento manual (o operador passa de um job para outro). Professor José Aristides

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Lote com SPO O L SPOOL: acrônimo de Simultaneous Peripheral Operation On-Line (Operação simultânea de periféricos); Jobs podiam ser passados dos cartões diretamente para o disco rígido, recém inventado; O SPOOL permite que um Job execute enquanto outro está esperando o final de E/S, ou seja, permite sobrepor o E/S de um job com o processamento de outro. Para tanto foi necessário construir um programa de controle: o “monitor residente”; O sequênciamento passa a ser automático. Professor José Aristides

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Lote com SPO O L Monitor residente fica permanentemente na memória, sendo responsável: Pela execução inicial do sistema computacional; Transferência automática de controle de um job a outro (sequênciamento automático de jobs); Quando um job termina ou solicita E/S o controle é devolvido ao monitor); Centralização das rotinas de acesso aos periféricos; É o primeiro SO rudimentar. O monitor não pode interferir no processamento de um Job. Somente quando o Job acaba é que o monitor é chamado (Jobs não têm limite de tempo); Professor José Aristides

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Terminologias de Redes Minicomputadores (hardware menor); Multitarefa (execução simultânea de mais de um programa);

Multiprogramação

Interrupções (tecnologia de sinalização de eventos); Tecnologia de discos magnéticos (acesso randômico); Divisão de papeis (analista, programador e usuário).

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Multiprogramação Os Jobs continuavam aguardando em disco o resultado de uma operação de E/S ou quando o dispositivo estava ocupado; jobB

jobA jobN

jobB

jobA

O monitor chaveava a CPU, passando o processamento para um Job livre;

jobN

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Terminologias de Redes Multiprogramação Os primeiros mecanismos de interrupção (de E/S) surgiram e com isso a CPU poderia ser parada e o processamento de um Job qualquer interrompido; Com isso, os Jobs podiam ser “avisados” quando seu E/S havia acabado e não necessitavam mais esperar o final do processamento de um outro Job que estivesse ocupando a CPU; Assim, quando um dispositivo de E/S terminava uma operação ele gerava uma interrupção. O monitor residente era chamado e este passava o processamento para o Job que estava aguardando o resultado da operação de E/S.

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Terminologias de Redes

Resumo dos conceitos-chave: Batch: Processamento em lote; Job: sinônimo de processo (o programa mais todos os seus dados de entrada e saída); Turnaround: tempo entre o envio do job para ser processado e o recebimento de seu resultado de processamento;

Multiprocessamento onde o tempo é dividido igualmente entre outros usuários;

TimeSharing

SPOOL: Simultaneos Peripheral Operation On-Line (utilização simultânea de periféricos);

Interação maior com o usuário (através de terminais); Sistemas multiusuário.

Spooling: capacidade de realização de SPOOL;

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Terminologias de Redes Tempo compartilhado

Sistemas de tempo compartilhado

TIME SHARING: este método se utiliza de multiprogramação, Do inglês TimeSharing

pois vários processos vão residir na memória do computador ao

Alta taxa de chaveamento (com tempo limitado e de rápida resposta):

mesmo tempo.

cada processo funciona por um tempo máximo e muito pequeno;

A diferença é que cada programa de cada usuário tem uma fatia de

Este tempo é comum e dividido entre os diversos processos;

tempo ( TIME SLICE) para si.

Noção de temporizador que interrompe a CPU de tempos em tempos.

Este tempo pode ser, por exemplo de cada 1/100 segundos para

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cada programa.

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Terminologias de Redes Tempo compartilhado

Tempo compartilhado Durante este tempo o programa é executado até que termine o prazo ou até que uma operação de I/O seja requerida pelo programa.

Quando chegar novamente a vez do programa em questão, o comando é passado a ele, a menos que a operação de I/O não tenha sido completada e o programa esteja ainda esperando por isso.

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A multiprogramação permite com que haja interação entre o computador e o usuário. Isto permite a criação de novos periféricos, tais como o teclado e o mouse; Usuários passam a interagir com a máquina, através de terminais;

Este tempo é dado a cada programa em círculos.

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Surgem as tecnologias de “Memória virtual” e “sistema de arquivos”; Programas em execução passam a se chamar de “processos”.

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Terminologias de Redes Processo “B” em execução Processo “A” em execução

Algumas vezes o mesmo processo Sinal gerado de Ao acabar o seu pode ser escolhido. tempos em tempos tempo, o processo é que interrompe a retirado da CPU e um As outras interrupções CPU outro escolhido. continuam funcionando. (há, portanto, várias).

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Terminologias de Redes Conceitos-chave Multiprogramação: Execução simultânea de mais de um programa (multitarefa); Escalonamento: chaveamento entre um programa (processo) e outro (CPU troca de um programa para outro); TimeSharing: Compartilhamento de tempo (processamento dividido entre vários usuários, cada um recebendo um período igual de processamento). Usuário tem ilusão de possuir a máquina dedicada a execução de seu programa; Multiusuário: suporte a mais de um usuário ou sessão; Multithreading ou multilinha: processamento concorrente no mesmo programa, onde diversos sub-processos (threads) são executados ao mesmo tempo.

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Conceitos-chave Multitarefa: Execução de mais de um programa ao mesmo tempo. Pode ser preemptiva ou não preemptiva; Multitarefa preemptiva (ou verdadeira): preempção é o ato do SO tomar o controle de uma tarefa e passar para outra. A forma de decisão que o sistema usa para parar o processamento de um processo e passar para outro varia de sistema para sistema. A forma mais simples é a do “tempo decorrido” (timesharing ou timeslicing). Formas mais avançadas e complexas envolvem o estabelecimento de prioridades entre as tarefas. Multitarefa não preemptiva (ou cooperativa): Os programas cooperam de modo a passar eles mesmos o processamento uns para os outros. Professor José Aristides

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Microcomputadores;

Computação Pessoal

Sistemas mais simples e menos robusto (a princípio); Monotarefa e Monousuário; Interfaces mais elegantes.

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Conceitos-chave Monotarefa: Capaz de executar uma única tarefa (programa) de cada vez; Monousuário: suporte a um único usuário. User-friendly: fáceis de usar e com interface amigável;

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Terminologias Redes O processamento pode serdedistribuído entre os vários computadores de uma rede; Aglomerados (clusters) de computadores funcionam como se fossem um único computador; Transparência; Tolerância a falhas; Personalização; Compartilhamento de recursos; Balanceamento de cargas.

Interligação e inter-operação de vários computadores pessoais; Redes locais; Internet;

Redes de computadores

Processamento Distribuído

Redes de alta-velocidade.

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Conceitos-chave Sistema distribuído: conjunto de computadores autônomos interconectados de forma a possibilitar a execução de um serviço;

Transparência: o usuário não sabe exatamente em que máquina seu processo está sendo processado nem sabe quantas máquinas existem (visão única do sistema); Personalização: O usuário pode “logar-se” em qualquer máquina e ela molda-se de acordo com suas preferências (não há diferenciação entre as máquinas). 2 1 2

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Conceitos-chave

O hardware possui mais de um processador;

Loosely coupled system (sistema fracamente acoplado): tipo de sistema distribuído onde cada máquina possui seu próprio sistema operacional e configurações di ferentes. Elas são independentes e a comunicação entre elas é feita por troca de mensagens entre processos;

Grande interação entre os processos; Aumento de desempenho;

Balanceamento de carga: quando um processador está muito sobrecarregado ou quando há um processador livre, as tarefas são redistribuídas igualmente;

Tolerância à falhas.

Migração de processos: o ato de um processo passar de um computador para outro na rede; Tolerância à falhas: Mais de um computador realiza a mesma tarefa a fim de garantir sua execução mesmo que um deles falhe;

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Processamento Paralelo

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Conceitos-chave Multiprocessador: sistema com mais de um processador no mesmo hardware; Tightly coupled System (sistema fortemente acoplado): por estarem no mesmo hardware, normalmente os processadores compartilham memória, relógio e barramento comuns. A comunicação é feita através da memória. Por utilizarem dos mesmos recursos, costumam ter custo mais baixo;

1 2

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Terminologias de Redes Conceitos-chave SMP(Symmetric MultiProcessing ou multiprocessamento simétrico): Cada processador é de processamento genérico; Cada processador executa uma cópia idêntica do SO; Os processadores podem se comunicar (geralmente através de memória compartilhada); Não há relação mestre-escravo; O Sistema Operacional pode decidir as tarefas que serão alocadas a cada processador (distribuidor de tarefas); Geralmente os processadores são iguais ou possuem as mesmas funcionalidades;

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Terminologias de Redes Conceitos-chave ASMP (Asymmetric assimétrico):

multiprocessing

multiprocessamento

Cada processador é encarregado de uma tarefa específica (acessar disco, ler dados do teclado, enviar dados para impressora, DMA, serial...); Os processadores podem ser diferentes e especializados; Um processador central funciona distribuindo as tarefas para os outros processadores (relação mestre-escravo); O sistema operacional pode ser responsável por estabelecer as funcionalidades ou responsabilidades de cada processador.

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Terminologias de Redes Sistemas de tempo real

Processamento com restrições de tempo; Garantia de execução de tarefas críticas no tempo determinado; Monousuário e monotarefa; Tarefas críticas não podem esperar indefinidamente a CPU.

Tempo Real Professor José Aristides

Tempo-real não significa que o processamento tenha que ser rápido; Ele simplesmente deve ser conhecido e fixo (definido), não variando nunca (exigências rígidas); Tipo Hard: Deve garantir que todas as tarefas (críticas) sejam concluídas no prazo determinado; Incompatível com timesharing e memória virtual; Tipo Soft: Tarefas de tempo real recebem prioridade maior do que as outras e mantêm-se assim até serem concluídas; Ela não deve esperar para obter acesso a CPU; Todas as tarefas (mesmo do kernel) precisam ter limite de tempo de execução; Professor José Aristides

Terminologias de Redes ONLINE: É um tipo de processamento no qual os dados são coletados na estação terminal remota sendo enviados por conexão direta ao computador central e vice-versa.

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Terminologias de Redes REALTIME: o processamento em tempo real é um tipo especial de ONLINE porque todo dado obtido é chamado ao sistema além de atualizar o arquivo, permite que o processamento seja feito na hora e em seguida o resultado é devolvido ao usuário.

Exemplo: o Sistema de Reserva de Passagens Aéreas. Neste caso, cada nova informação é passada ao sistema que atualiza o arquivo. Contudo, o processamento só será feito quando chegar a vez da tarefa correspondente "na fila de espera" e só então o resultado será devolvido ao usuário.

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Exemplo: quando num terminal de um banco é requerido o depósito ou retirado, o novo saldo é processado instantaneamente. Não existe REALTIME sem ONLINE

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Tipos de Sinais

REALTIME

Introdução

É um tipo de processamento no qual as respostas às entradas são bastante rápidas para controlar o processo e/ou influir na ação subseqüente.

Os termos analógico e digital correspondem a variações contínuas e discretas respectivamente;

Exemplo, num desvio de rota de um míssil, a informação é enviada ao computador que, de imediato, gera um comando que resulta em uma ação para corrigir a trajetória deste míssil. Diz-se que “Uma aplicação em TEMPO REAL é sempre ON-LINE mas o inverso nem sempre é verdadeiro”.

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Utilizados no contexto de comunicação de dados tanto para a natureza das informações quanto a característica dos sinais utilizados para transmissão através de meios físicos; Computadores armazenam, processam e codificam informações em bits – níveis discretos de tensão ou corrente – valor lógico “0” ou “1”  informação digital; Fontes sonoras – variações contínuas de amplitude  informação analógica.

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Tipos de Sinais

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Tipos de Sinais

São dois os tipos de sinais gerados para transmissão: Sinais analógicos; Sinais digitais. Sinais analógicos: Característica:

Onda senoidal pura 1 0

1 0

1 f = 1/T

É ondulatória; Voltagem varia continuamente em função do tempo; Típica dos elementos da natureza; É utilizado amplamente em telecomunicações durante mais de 100 anos. Professor José Aristides

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Tipos de Sinais

Tipos de Sinais Transmissão analógica com interferência eletromagnética

Sinal analógico +

Ruido

volts

tempo O receptor, por ser analógico aceita informação corrompida.

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Tipos de Sinais

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Tipos de Sinais

Sinais digitais: Característica: As curvas de voltagem x tempo mostram uma variação discreta ou pulsante; É típica da tecnologia. Os computadores usam um sistema de informações digital, onde somente são possíveis dois valores: “0” e “1”. 1

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Tipos de Sinais Uso de sinais anológicos para criar sinais digitais Jean Baptiste Furrier provou que qualquer sinal periódico, expresso como umafunção do tempo g(t), com período T0, pode ser considerado como uma soma (possivelmente infinita) de senos e cossenos de diversas freqüências. Aesta soma dá-se o nome de Série de Furrier: ∞

∞

g(t) = 1/2a 0 + Σ a sen(2πnft) + Σ b cos(2πnft) n=1 n n=1 n Usando a combinação correta de ondas senoidais, se pode criar uma onda retangular.

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Tipos de Sinais Vejamos como o ruído elétrico, sem se importar com a origem, afeta os sinais digitais:

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1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1

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Bits e Bytes Sistema numé rico binário

conté m apenas dois elementos ou estados. Num sistema numé rico isto é expresso como uma base dois, usando os dígitos 0 e 1. Esse s dois dígitos tê m o mesmo valor básico de 0 e 1

Dados binários são representados por dígitos binários chamados “bits”; O termo "bit" é derivado da contração de "binary digit". Microprocessadores operam com grupos de "bits" os quais são chamados de palavras; O número binário 1 1 1 0 1 1 0 1 conté m oito “bits” que é chamado de Byte.

do sistema numé rico decimal.

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Bits e Bytes Devido a sua simplicidade, microprocessadores usam o sistema binário de numeração para manipular dados;

Como o próprio nome diz , um sistema binário

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Bits e Bytes

Palavras binárias recebem nomes especiais conforme a quantidade de bits utiliz ada pelas mesmas:

O sufixo K (kilo), que, em decimal, representa 1.000 vezes como em Km e Kg), em binário representa 210 vezes (1.024). Logo, 1 Kbyte representa 1.024 bytes, 2 Kbytes = 2.048 bytes.

Nibble = 4 bits (24 = 16 variações); Byte = 8 bits (28 = 256 variações); Word = 16 bits (216 = 65.536 variações); Double Word = 32 bits (232 = 4.294.967.296 variações); Q uad Word = 64 bits (264 = 18.446.744.073.709.600.000 variações).

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Sufixo

Q uantidade

Kilo (K) Mega (M) Giga (G) Tera (T) Peta (P) Exa (E) Zeta (Z) Yotta (Y)

210 = 1.024 220 = 1.048.576 230 = 1.073.741.824 240 = 1.099.511.627.776 250 = 1.125.899.906.843.624 260 = 1.152.921.504.607.870.976 270 = 1.180.591.620.718.458.879.424 280 = 1.208.925.819.615.701.892.530.176

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Modos de Operação

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Modos de Operação

Modos de Comunicação: Simplex

Simplex - Unidirecional

Ex.: Rádio, Televisão, Sensor a enviar informação

Half-Duplex Ex.: Rádios CB (“over”), Walkie-talkie (Mecanismo de “ turn around”)

Full-Duplex Simétrico

Transmissor

Receptor

Ex.: Telefone B

Assimétrico (Duplex) Ex.: Modems com canal de retorno (Mecanismo de “ turn around”) Professor José Aristides

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Modos de Operação

Half-duplex –Bidirecional (alternadamente)– compartilha o mesmo canal de comunicação – não é possível transmitir e receber dados ao mesmo tempo.

Full-duplex – Bidirecional (simultaneamente) – A e B podem transmitir e receber dados ao mesmo tempo.

Transmissor

Receptor

Transmissor e Receptor

Receptor

Transmissor

Tradicionalmente a comunicação em redes é half-duplex Professor José Aristides

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Modos de Operação

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Modos de Operação Retardo

Comentários sobre os Modos de Operação Com cabos de par trançado de 4 fios, realizamos transmissão Half-Duplex, já com 8 fios realizamos transmissão Full-Duplex; Esta classificação não significa que estamos utilizando apenas um cabo, ou um fio, podemos utilizar mais de um meio físico para realizarmos, por exemplo, a comunicação Full-Duplex; Os diversos tipos de comunicação podem ser utilizados nas mais diversas topologias. Professor José Aristides

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Retardo de transferência – Pode ser definido como a soma dos tempos de retardo de transmissão e de acesso. Desta forma para conhecermos o retardo de transferência devemos saber o tempo total que uma mensagem levou desde sua origem até o seu destino. Esta variável assume uma maior importância em redes que operam em sistemas de tempo real; Retardo de acesso – É o tempo que a estação (origem da mensagem), leva para conseguir transmitir a mensagem e somente ela, após ela já estar pronta; Retardo de transmissão – É o tempo que a mensagem leva para ir desde suas origem até o seu destino. Professor José Aristides

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Tipos de Transmissão Modos de Transmissão

Tipos de Transmissão Transmissão serial:

Transmissão serial: Os bits são serializados (bit a bit) através de um único canal físico de comunicação, um exemplo deste tipo é a comunicação entre o micro e o teclado, mouse, USB, redes locais; Somente um fio transmite os dados; Padrão RS-232; Avantagem é o limite de comprimento do cabo; A unidade de medida de velocidade é o bps (bits por segundo). Professor José Aristides

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Tipos de Transmissão

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Tipos de Transmissão Transmissão Paralela:

Transmissão Paralela: Os bits (normalmente um byte) são transmitidos simultaneamente, utilizando vários meios físicos de comunicação; Em geral, a transmissão paralela é empregada para curtas distâncias, como a ligação entre a CPU e seus periféricos (micro & impressora, micro & disco rígido), afim de evitar a degradação do sinal e para diminuir a incidência de erros na transmissão; É necessário um fio para transmitir cada bit de dados; No caso de uma comunicação paralela de 32 bits, são necessários 32 fios. Professor José Aristides

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Ritmos de Transmissão Os caracteres são transmitidos sob forma de sinais elétricos de determinada duração; Tanto a estação transmissora como a estação receptora possuem um marcador de tempo para determinar a duração dos sinais, sendo que estes marcadores devem estar em sincronia, tanto o da estação transmissora como o da receptora; Existem basicamente dois tipos de transmissão: Transmissão Assíncrona; Transmissão Síncrona.

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Ritmos de Transmissão Transmissão Assíncrona Quando os caracteres são enviados um a um, sem controle de tempo entre um e outro, sendo que o início de cada caractere é indicado por um bit de início que é chamado de Start Bit e o fim do caractere é indicado por um bit de fim chamado de Stop Bit, que indica o término desse caractere e quando um novo start bit for transmitido, indica o início de um novo caractere; O tempo gasto na transmissão de um caractere depende da duração convencionada para os passos de start e stop e do número de bits do caractere;

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Ritmos de Transmissão

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Ritmos de Transmissão

Transmissão Assíncrona – cont. A característica principal deste tipo de transmissão é que o intervalo de tempo entre dois caracteres não é fixo (exemplo: pessoa digitando texto), então é necessário algum evento que indique ao receptor que a transmissão esta iniciando e outro indicando o seu fim; Normalmente a linha é mantida no estado 1, quando não há transmissão. O start bit é um 0 (zero) e normalmente o bit stop é 1. Após começar a transmissão o intervalo entre os bits de dados é uniforme, isto permite distingui-los do bit de partida e de stop. Professor José Aristides

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Paridade Starter

Informação

Starter

Stop 0

1 0

Caracter na transmissão assíncrona

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Ritmos de Transmissão

Existem dois modos de realizar a transmissão síncrona:

Transmissão Síncrona Acontece quando os caracteres são enviados em blocos e transmitidos em intervalos de tempo definidos e não aleatoriamente como no assíncrono, para isso são enviados caracteres de sincronismo ao longo da transmissão, sincronizando assim o inicio dos blocos de transmissão; Esse tipo de transmissão é utilizado em altas velocidades e os equipamentos, para operarem com ela, necessitam de placas que gerem o sincronismo necessário para o envio dos blocos de caracteres, o que aumenta o custo desta forma de transmissão; Professor José Aristides

Ritmos de Transmissão

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O primeiro consiste em enviar um canal separado dos dados, o relógio do circuito transmissor; A técnica de codificação de dados utilizada nesta solução é, em geral, a NRZ (Non Return to Zero); Onda de Relógio Bits

1 0

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Ritmos de Transmissão

Receptor T

T T Intervalos de sinalização Instantes de amostragemSinal Recuperado

Esta solução apresenta alguns problemas práticos: Necessidade de dois canais de transmissão com toda duplicação dos ckts de transmissão, aumentando em muito o custo; Exigência dos ckts apresentarem os mesmos retardos de transmissão o que exige que o meio de transmissão apresentem o mesmo retardo de propagação. Professor José Aristides

Sinal NRZ

Ritmos de Transmissão Transmissor

1 1

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O segundo modo de se realizar uma transmissão síncrona consiste em enviar dados e informação de sincronismo que permita recuperar o relógio, juntos em um mesmo canal utilizando alguma técnica de codificação; São várias as técnicas de codificação usuais em redes de computadores para transmissão de dados e sincronismo em um mesmo canal. A seguir exemplificaremos duas dessas técnicas, utilizadas nos padrões IEEE 802 (Institute of Electrical and Electronics Engineers):

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Ritmos de Transmissão

Codificação Manchester: Onda de Relógio

Modulação em fase dos dados e relógio; Utilização de apenas um canal de transmissão;

Bits

Uma transição positiva representa o bit 1 e uma transição negativa o bit 0; O sinal carrega seu próprio relógio, pois cada célula possui uma transição – toda transmissão de bits 0 e 1 implica em transições do sinal, mas nem toda transição representa um bit;

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1 1

Sinal Recuperado

1 0

Manchester Codificação Manchester

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Ritmos de Transmissão

Onda de Relógio

Sinal Transmitido Relógio recuperado (T/2 < t < T)

Sinal NRZ

Ritmos de Transmissão

Bits

1 1

1 0

Onda de Relógio Bits

1 0

Sinal NRZ

1 1

1 0

.. .

Manchester Diferencial Codificação Manchester Diferencial

Recuperação de sinais na codificação Manchester Professor José Aristides

1 1

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Ritmos de Transmissão Transmissão Síncrona

Os Modem’s Modem – MO dulador/DEModulador

Não há necessidade de bits de partida e de parada, com isto aumenta-se a velocidade de transmissão; Os dois módulos (origem e destino), estabelecem uma comunicação e ficam permanentemente conectados e sincronizados; A transmissão SÍNCRONA é caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro com adição de controles apenas no começo e fim do bloco; Por exemplo, os caracteres de controle do protocolo BSC (STX – “Start of TeXt”, ETX – “End of TeXt”).

O modem permite a conexão de computador a computador através da linha telefônica; Velocidade máxima em linhas telefônicas tradicionais é de 56 Kbps (Kilo bits por segundo); Em linhas ISDN (Integrated Services Digital Network) ou RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) ou DVI (Dados, Voz e Imagem) a velocidade Máxima é de 128 Kbps; Em linhas como ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) e Cable Modem (TV a Cabo) a velocidade depende da operadora.

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Os Modem’s

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Os Modem’s O modem pode ser: Interno – conectado a um slot da placa-mãe; Externo – ligado à porta serial do micro ou ligado ao micro através de uma placa de rede.

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Os Modem’s

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Os Modem’s O modem Externo:

O modem Interno:

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Os Modem’s

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Os Modem’s O modem USB:

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Os Modem’s O modem PC Card:

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Os Modem’s Existem dois tipos de modem’s: ANALÓGICOS e DIGITAIS.

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Os Modem’s Modem’s Analógicos:

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Os Modem’s Modem’s Digitais: São equipamentos que se destinam a tratar o sinal “digital” de tal forma que possa ser transmitido ao longo de um “meio”; A diferença fundamental em relação aos modem’s analógicos é que os digitais geram outro tipo de sinal digital de características diferentes do sinal original, não executando uma “modulação”, mas sim uma “codificação”; São normalmente conhecidos como modem’s de banda base. Professor José Aristides

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Arquitetura de Redes Banda Larga

Os Modem’s Tecnologia

Velocidade (Subida/Descida)

Comentários

Modem

33,6/53 Kbps

Barato e universal; Lento.

Modem Duplex

67,2/112 Kbps

Barato e versátil; Velocidade razoável.

ISDN

128/128 Kbps

Moderadamente rápido; Instalação difícil.

Modem a cabo

10Mbps/42Mbps

Alta velocidade no ramo de descida; Cabo difundido pôr muitas casas.

Satélites: DSS (“Direct Satellite System”).

33,6/400 Kbps

Disponível mesmo nos sítios remotos; Serviço caro; Instalação um pouco difícil.

ADSL

Variável

Muito rápido; Preços razoáveis; Disponibilidade muito limitada.

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Estrutura de rede pública de telecomunicações Um pouco da história: Alexander Graham Bell patenteou a invençãodo telefone em 1876, algumas horas antes de Elisha Gray. Inicialmente o mercado era voltado a venda de telefones, que era vendido aos pares e o usuário era quem fazia a ligação dos aparelhos usando um fio. Logo as cidades ficaram emaranhadas de fios que passavam pelas casas e arvores criando um cenário de total desorganização. Rede totalmente conectada Professor José Aristides

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Arquitetura de Redes Banda Larga

Em 1878, Bell criou a Bell Telephone Company com a primeira estação de comutação em New Haven: Um fio era conectado da estação a casa do usuário;

Em 1990 era possível notar a presença de três principais partes do sistema telefônico: As estações de comutação;

Achamada era feita através de uma manivela; Pares trançados conectando as estações (isolados e balanceados);

Um operador fazia a conexão através de um jamper.

Comutador Centralizado Professor José Aristides

Logo as estações foram se espalhando e as pessoas passaram a querer fazer chamada interurbanas;

Conexões de longa distância entre as estações de comutação.

A Bell System passou a conectar uma estação de comutação a outra;

Apesar de inúmeros avanços, o modelo básico da Bell System permaneceu praticamente intacto por mais de 100 anos.

Surgiram as estações de segundo nível (5 níveis).

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Hierarquia de dois níveis

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Arquitetura de Redes Banda Larga Hoje o sistema telefônico encontra-se organizado com uma hierarquia de vários níveis e extremamente redundante.

Introdução às redes de computadores

Estação final

Estação interurbana Loop local Tronco de conexão interurbana

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(totalmente interconectadas) (45 troncos de fibra ótica)

4 5

10 9

Loop Tronco de local conexão interurbana

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227

228

229

1297

1298

1299

4 5

200 milhões de telefones

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67 estações locais

Sistema AT&T

Estação final

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Estação interurbana

Troncos interurbanos de altíssima largura de banda

10 estações regionais

Hierarquia de Comutação 2

Estação(ões) de comutação intermediária(s)

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230 estações principais 1300 estações 1300 interurbanas 19000 estações terminais 230

19.000

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Comutação de Circuitos

Comutação

Acomutação de circuitos é bastante usada em sistemas telefônicos;

A função de comutação (ou chaveamento) em uma rede de comunicação refere-se à alocação dos recursos da rede (meios de transmissão, repetidores, sistemas intermediários, etc.) para a transmissão pelos diversos dispositivos conectados. No sistema telefônico são usadas duas diferentes té cnicas de comutação: comutação de circuitos; comutação de pacotes.

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Os primeiros sistemas telefônicos utilizavam chaveamento físico manual, através de cabos e conectores; Mais tarde vieram os relés, permitindo a comutação automática (engrenagem de Strowger); As linhas entre as centrais passaram a ser multiplexada em freqüência, utilizando chaveamento de freqüências; Com a introdução da transmissão digital em sistemas de telefonia, as linhas passaram a ser multiplexada no tempo (TDM síncrono).

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Comutação de circuitos Comutação

Conexão física de cobre estabelecida quando a chamada é feita

Numa chamada telefônica, o equipamento de comutação do sistema procura por um caminho físico de “cobre” (incluindo fibra e rádio) no trajeto que vai de um telefone a outro. Esta técnica é chamada de comutação de circuito. Quando uma chamada passa por uma estação de comutação, é (conceitualmente) estabelecida uma conexão física entre a linha que transportou a chamada e uma das linhas de saída.

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Estação de comutação

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Comutação de Circuitos Pressupõe um caminho dedicado de comunicação entre duas estações.

2. Transferência de informação: uma vez estabelecida a

A comunicação via comutação de circuitos envolve trê s fases:

pelas estações envolvidas.

1. Estabelecimento do circuito: antes que estações possam se comunicar, um circuito fim a fim tem que ser estabelecido. Em cada enlace, um canal é alocado e permanece dedicado a essa conexão até a hora da desconexão do circuito.

conexão pode ser encerrada, em geral, pela ação de uma

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conexão, os dados podem ser transmitidos e recebidos

3. Desconexão do circuito: após um certo período a das estações envolvidas. Sinais de controle devem ser propagados por todos os nós intermediários do circuito de forma que todos os caminhos sejam desalocados.

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Comutação de Circuitos

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Comutação de Circuitos Retardo de propagação

Na fase de estabelecimento de conexão, uma mensagem de controle é enviada ao destino. Conforme ela vai sendo roteada (entre os diversos pontos de comunicação entre a origem e o destino), um caminho vai sendo alocado. Q uando esta mensagem de controle atinge o nó de destino, um caminho foi totalmente alocado, e uma mensagem de controle de confirmação é enviada de volta ao nó de origem.

Tempo para localizar um tronco de saída

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ACK

Tempo de Transmissão

A partir daí, as estações podem se comunicar atravé s do circuito estabelecido, até o momento em que uma das estações decida terminar a conexão. Professor José Aristides

Estabelecimento da conexão

Mensagem

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Transmissão da mensagem Termino da conexão 4

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Comutação de Circuitos

Comutação de Mensagens

O caminho dedicado entre a origem e o destino pode ser: Um caminho físico formado por uma sucessão de enlaces físicos que per manecem alocados até o momento da desconexão – comutação de circuitos atravé s de chaveamento espacial ou físico; Uma sucessão de canais de freqüência alocados em cada enlace. - comutação de circuitos atravé s de chaveamento de freqüências; Uma sucessão de canais de tempo alocados em cada enlace. - comutação de circuitos atravé s de chaveamento do tempo. Professor José Aristides

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Na comutação de mensagens não é necessário o estabelecimento de um caminho dedicado entre as estações. Se uma estação deseja transmitir uma mensagem, ela adiciona o endereço de destino a essa mensagem que será então transmitida pela rede de nó em nó. Em cada nó, a mensagem inteira é recebida e o próximo caminho da rota é determinado com base no endereço contido na mensagem.

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Comutação de Mensagens

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Comutação de Mensagens Algumas características na comutação de mensagens em relação a comutação de circuitos:

Cabeçalho Tempo de espera na fila + tempo de escolha da rota

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Na comutação de circuitos, pedidos de novas conexões podem ser recusados, se o tráfego estiver alto. As mensagens são sempre aceitas em uma rede de comutação por mensagens, o tempo de transferência é que aumenta devido as filas em cada nó.

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Maior aproveitamento das linhas de comunicação, já que os canais podem ser compartilhados por várias mensagens ao longo do tempo, pois não há alocação dos canais – mensagens são transmitidas por demanda;

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Comutação de Pacotes Comutação de Mensagens Acomutação de pacotes é semelhante a comutação de mensagens; A comutação de mensagens não há limite no tamanho do bloco, o que significa que os roteadores devem ter discos para armazenar temporariamente os blocos longos; Um único bloco pode obstruir uma linha entre roteadores por alguns minutos, tornando a comutação de mensagens inútil para o tráfego interativo; Para contornar esse problema, foi inventada a comutação de pacotes.

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A principal diferença é que o tamanho da unidade de dados transmitida na comutação de pacotes é limitado; Mensagens com tamanho acima do limite devem ser quebradas em unidades menores denominadas pacotes. Os pacotes são encaminhados de nó em nó pela rede, sendo armazenados e retransmitidos sucessivamente. Uma rede que utiliza essa técnica é chamada de rede store-and-forward.

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Diagrama simplificado do comutador knockout - ATM

Comutação de Pacotes

Barramento de difusão

Linhas de entrada Cabeçalho Dados

Transmissão dos Pacotes

0 1 2 3 4 5 6 7

Concentrador Deslocador Filas de saída Linha de saída

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Tecnologia xDSL O que é xDSL xDSL é um termo genérico utilizado para representar todas as tecnologias DSL . A letra "x" pode representar uma das seguintes implementações: "I", de ISDN; "S", de Symmetric ou ainda Single-line-high-bit-rate; "H", de High-bit-rate; "A", de Asymmetric; "V", de Very-high-bit-rate.

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Tecnologia xDSL O própria tecnologia xDSL é originalmente usada para modem’s ISDN.

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O ISDN transmite dados em ambas as direções simultaneamente (fullduplex) a 160 kbps em cima dos fios de cobre de até 18,000 pés. O multiplexing e demultiplexing destes dados ocorre em dois canais de 64kbps de transmissão, mais um canal de controle de 16 kbps, e ainda ocorre um pequeno overhead causado pelos equipamentos que transmitem os dados. Pelos padrões modernos xDSL não sofre nenhum tipo de retransmissão por erros, mas sua implementação padrão ANSI T1.601 ou ITU I.431 emprega cancelamento de ecos para separar o sinal transmitido do sinal recebido em ambas as terminações o que tornou bastante popular na época em que foi lançado o produto.

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Tecnologia xDSL

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Tecnologia xDSL

Os modems xDSL usam bandwidth do par-trançado de 0kHz para aproximadamente 80 kHz.

xDSL abrevia a expressão “Digital Subscriber Line” que, em português, significa Linha Digital por Assinatura;

Modems xDSL estão sendo usados hoje para aplicações denominadas "pair gain" nas quais os modems xDSL convertem uma única linha POTS em duas, permitindo a instalação elétrica em dois fios. A companhia telefônica apenas instala as funções análoga/digital no par de fios ligado ao modem do cliente e assim temos duas em um.

Essa técnica, semelhante ao ISDN, disponibiliza ao usuário uma linha digital, só que agora ela trabalha por pacotes, como uma rede; Com essa técnica, também jogam-se fora os conversores A/D; A transferência é assimétrica, trabalhando com algo próximo a 1,5 Mbps na subida e até 8 Mbps na descida; Existem diversas variantes e a que está tendo mais aceitação é a ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line).

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Tecnologia xDSL É uma tecnologia que permite a transferência digital de dados em alta velocidade por meio de linhas telefônicas comuns; A tecnologia ADSL basicamente divide a linha telefônica em três canais virtuais, sendo um para voz, um para download (de velocidade alta) e um para upload (com velocidade média se comparado ao canal de download);

Tecnologia xDSL Os modems ADSL dividem a largura de banda disponível de uma linha telefônica em uma das suas duas formas: Multiplexing por Divisão de Frequência (FDM); Cancelamento de Eco.

Isso permite que o usuário fale ao telefone e ao mesmo tempo navegue na internet, ou seja, não é necessário desconectar para falar ao telefone;

O FDM determina uma faixa inferior de dados e outra faixa superior. A inferior é dividida então através de multiplexação por divisão de tempo em um ou mais canais de alta velocidade ou em um ou mais canais de baixa velocidade.

Para separar voz de dados na linha telefônica, é instalado na linha do usuário um pequeno aparelho chamado Splitter.

A faixa superior está também correspondentes de baixa velocidade.

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Tecnologia xDSL O Cancelamento de Eco sobrepõe a faixa superior na inferior, e separa os dois por meio de cancelamento de eco local, uma técnica conhecida em modems V.32 e V.34. Em ambas as técnicas, o ADSL divide uma faixa de 4 kHz da linha comum até o final da banda.

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multiplexada

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canais

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Tecnologia xDSL IDSL - ISDN Digital Subscribe Line, utiliza as mesmas técnicas de codificação ISDN com interfaces BRI (BRI = 2 canais B mais um canal D (2B+D), com o canal D de 16 Kbps) compatíveis, mas apenas para dados. Assim, os atuais usuários ISDN podem ter os serviços IDSL sem a necessidade de nenhum equipamento adicional. A comunicação é duplex (simétrica) a 128 Kbps, com distâncias que atingem até 6 Km em apenas um par de fios metálicos, e que pode ser estendida utilizando-se repetidores de loop ISDN.

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Tecnologia xDSL HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Line), possibilita comunicação simétrica a velocidades T1 (1,544 Mbps) com dois pares de fios metálicos ou E1 (2,048 Mbps) com três, a distâncias de até 4 Km. Muitos fabricantes já apresentaram modems HDSL E1 para uma distância máxima de 5,5 Km e, dependendo do hardware e das características elétricas do fio, pode chegar até uns 7 Km sem repetidores. SDSL (Symmetric ou Single-line-high-bit-rate Digital Subscriber Line), é uma versão do HDSL que opera nas mesmas velocidades (T1 ou E1), mas requer apenas um par metálico de até 3,4 Km.

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Tecnologia xDSL ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) opera com transmissões assimétricas a velocidades downstream (sentido rede/assinante) que variam de 1,5 a 9 Mbps, e upstream (sentido assinante/rede) de 16 a 640 Kbps, atingindo distâncias de até 6 Km com apenas um par metálico. VDSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line), também opera com transmissões assimétricas a velocidades downstream variando de 13 a 52 Mbps, e upstream de 1,5 a 2,3 Mbps em apenas um par metálico de até 335 metros, podendo ir até 1,5 Km para as velocidades mais baixas. Há fabricantes anunciando modems VDSL para 26 Mbps a uma distância de até 1 Km ( http://www.orckit.com/vdsl.html), incluindo suporte para interfaces ATM e MPEG-II.

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Tecnologia xDSL Entidades de Padronização xDSL O American National Standart Institute (ANSI), trabalhando no grupo T1E1.4, aprovou recentemente um padrão de ADSL a taxas de até 6.1 Mbps (ANSI Padrão T1.413). O European Technical Standart Institute (ETSI) contribuiu com um anexo a T1.413 refletindo as exigências européias. T1.413 incorpora uma única interface terminal. A Edição II ampliará o padrão para incluir uma interface de multiplexação nos terminais, protocolos para configuração e administração de cadeia, entre outras melhorias. Professor José Aristides

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Tecnologia xDSL O ATM Forum e DAVIC, ambos reconheceram o ADSL como um protocolo de transmissão de camada física para pares trançados sem blindagem.

Tecnologia xDSL Componentes Centrais da Rede ADSL

O ADSL Forum foi formado em dezembro de 1994 para promover o conceito de ADSL e facilitar odesenvolvimento de arquiteturas de sistema ADSL, protocolos, e interfaces para as principais aplicações ADSL. O Forum tem aproximadamente 300 membros que representam os provedores de serviço, fabricantes de equipamento, e companhias de semicondutores de todo o mundo. Professor José Aristides

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Tecnologia xDSL

Vantagens do ADSL em relação às conexões via cabo. O cliente não precisa comprar um pacote de TV a cabo; Não há obrigatoriedade em contrato de permanência mínima de 24 meses com o ADSL; Não há limite de download de arquivos; Mais segurança (conexão ponto a ponto) ; Possui 3 velocidades à sua escolha; Tecnologia de ponta; O cabo pode ficar congestionado. O ADSL não, pois a banda não é partilhada com outros usuários. Além de tudo isto o ADSL é mais veloze mais barato que a conexão via cabo. Professor José Aristides

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Tecnologia xDSL

Estrutura de Rede ADSL ADSL - Implementação

Introdução às redes de computadores

Tecnologia xDSL Modalidade Velocidade Usuário−Provedor (Upstream) Velocidade Provedor−Usuário (Downstream):

Conceitos Básicos Uma rede de computadores é formada por um conjunto de módulos processadores (MPs) capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação; O sistema de comunicação – arranjo topológico interligando os vários módulos processadores através de enlaces físicos (meios de transmissão) e de um conjunto de regras e convenções (protocolos) com o fim de organizar a comunicação.

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Introdução às redes de computadores

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Introdução às redes de computadores

Redes de computadores são ditas:

Confinadas – distancias entre os módulos processadores são menores que alguns poucos metros; Sistema de Comunicação

Redes Locais - distancias entre os módulos processadores se enquadram na faixa de alguns poucos metros a alguns poucos quilômetros; Redes Geograficamente Distribuídas – sistemas cuja dispersão é maior que alguns poucos quilômetros.

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Introdução às redes de computadores

Os principais motivos que levam a implantação de uma rede de computadores são: possibilitar o compartilhamento de informações (programas e dados) armazenadas nos computadores da rede; permitir o compartilhamento de recursos associados às máquinas interligadas; permitir a troca de informações entre os computadores interligados; permitir a troca de informações entre usuários dos computadores interligados; possibilitar a utilização de computadores localizados remotamente; permitir o gerenciamento centralizado de recursos e dados; melhorar a segurança de dados e recursos compartilhados. Professor José Aristides

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Introdução às redes de computadores Pessoas e empresas pensam em implementar uma rede por dois motivos basicamente, tendo em vista o aumento da produtividade do trabalho: Print A

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Introdução às redes de computadores

Banda Passante Banda passante de um sinal é o intervalo de freqüências que compõem este sinal;

A largura de banda desse sinal é o tamanho de sua banda passante (ou seja, a diferença entre a maior e a menor freqüência que compõem o sinal); Nenhum meio de transmissão é capaz de transmitir sinais sem que haja perdas de energia durante o processo.

Troca de dados (arquivos, e-mails, etc...); Compartilhamento de periféricos (impressora, modems, unidades de CDROM, etc..).

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Perdas de energia significam reduções na amplitude de sinais componentes;

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Introdução às redes de computadores

Banda Passante

Banda Passante Canal de Comunicação meio físico pelo qual os sinais trafegam Não se trafega qualquer sinal só os que possue m freqüência entre determinados valores limites (superior e inferior) Banda faixa do espectro de freqüências em que ocorre uma transmissão por exemplo: definida entre 16KHz e 20KHz Banda Passante, largura de banda é a diferença entre a freqüência mais alta e a freqüê ncia mais baixa Professor José Aristides

Introdução às redes de computadores

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A proporção da perda para cada freqüência do espectro é uma característica do meio; O meio de transmissão atua como um filtro sobre o sinal, que sofrerá uma perda em cada uma de suas componentes de acordo com a curva característica do ganho daquele meio físico, ocasionando distorções no sinal resultante; Chamaremos de banda passante do meio físico aquela faixa de freqüências que permanece praticamente preservada pelo meio. Sempre que a banda passante de um meio físico for maior ou igual à banda passante necessária para um sinal, podemos utilizar este meio para a transmissão do sinal. Professor José Aristides

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Introdução às redes de computadores

Na prática, abanda passante necessária para um sinal é, em geral, bem menor que a banda passante dos meios físicos disponíveis.

Qualquer canal de transmissão pode ser caracterizado por uma curva de resposta em freqüência que condiciona de modo decisivo a transmissão do sinal. Largura de banda

Banda Passante

0 Hz Desperdício Banda passante necessária para o sinal.

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Banda passante do meio físico

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banda-base (sinais digitais)

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banda-passante sinais analógicos Introdução a Comunicação de Dados

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Introdução às redes de computadores 

Faixa Estreita (Narrow Band) 



linhas de baixa velocidade

Faixa Média (Voice Band) 

linhas telefônicas



voz humana

Faixa Larga (Wide Band) 

permite transmissões de alta velocidade

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Taxa de transmissão máxima de um canal Hertz Faixa Larga 3.400 Faixa Mé dia 300 Faixa Estreita 0

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A capacidade de um canal é a taxa de transmissão máxima (bps) que é possível usar nesse canal; A capacidade de um canal está diretamente relacionada com a sua largura de banda, mas depende de outros fatores, em especial do ruído presente e dos métodos de codificação usados. Largura de banda é a medida da quantidade de informação que pode ser transferida de um lugar para o outro em um determinado período de tempo. Há dois usos comuns da expressão largura de banda: um se refere a sinais analógicos, o outro, a sinais digitais.

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Introdução às redes de computadores A largura de banda é um elemento muito importante da rede, ainda que seja um pouco abstrato e difícil de entender. Veremos três analogias que podem ajudá-lo a entender o que é a largura de banda: Alargura de banda é como o diâmetro de um cano; Largura de banda é como o número de pistas de uma rodovia; A largura de banda é como a qualidade do som em um sistema de áudio.

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A largura de banda é como a largura dos tubos

A largura de banda é como o número de pistas

Os dispositivos de rede são como bombas, válvulas, encaixes e torneiras.

Os dispositivos de rede são como os acessos, os sinais, a sinalização e os mapas.

Os pacotes são como os veículos

Os pacotes são como a água.

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Introdução às redes de computadores A largura de banda (digital) é como a largura de banda analógica

Alargura de banda tem limitações. Não importa como são enviadas as mensagens, ou que meio físico é usado, a largura de banda é limitada. Os dispositivos da rede são como fones, rádios AM/FM e CD players

Isso se de ve tanto às leis da física quanto aos atuais avanços tecnológicos. Veremos a seguir duas ilustrações exemplificando as limitações da largura de banda:

Os pacotes são como a música Professor José Aristides Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados

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Introdução às redes de computadores Throughput de dados em relação à largura de banda digital

Throughput se refere à largura de banda real, medida a

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Alguns dos fatores que determinam o throughput e a largura de banda estão listados abaixo:

uma determinada hora do dia, com o uso de rotas

dispositivos de internetworking

específicas da Internet, enquanto é feito download de um

tipos de dados sendo transferidos

determinado arquivo.

topologia

Infeliz mente, por muitas razões, o throughput é muito menor que a largura de banda digital máxima possível do meio que está sendo usado.

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número de usuários computador do usuário computador servidor falhas de energia ou induz idas pelo tempo

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Ao se projetar uma rede, é importante que se leve em conta a largura de banda teórica. Sua rede não será mais veloz do que o seu meio permitir. Quando você realmente trabalhar com redes, você vai querer medir o throughput e decidir se o throughput é adequado ao usuário. Professor José Aristides Professor José Aristides Introdução a Comunicação de Dados

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Resolva o problema: O que levaria menos tempo, enviar um disquete (1.44 MB) cheio de dados por uma linha ISDN ou enviar um disco rígido de 10 GB cheio de dados por uma linha O C48?

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Multiplexação Sempre que a banda passante de um meio físico for maior ou igual à banda passante necessária para um sinal, podemos utiliz ar este meio para a transmissão do sinal. 0

Dados:

ISDN  128 Kbps; O C-48  2.488 Gbps;

Desperdício

S BW

Banda passante necessária para o sinal. Professor José Aristides

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Banda passante do meio físico

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Multiplexação

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Multiplexar

Pergunta: Se a banda passante do meio físico é sempre maior que a banda passante necessário do sinal, como poderemos aproveitar o restante da banda para evitar o desperdício?

É colocar, em um mesmo enlace de comunicação, diversos canais independentes.

Resposta: Utiliz ando uma té cnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um me smo me io físico, chamada Multiplexação. Professor José Aristides

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Multiplexação

O compartilhamento do meio por diferentes sinais de informação pode ser feito no domínio do tempo, atravé s da té cnica TDM ("Time Division Multiplexing"), ou no domínio da frequência, atravé s da té cnica FDM ("Frequency Division Multiplexing"). Professor José Aristides

Introdução às redes de computadores S1

A fim de se otimiz ar a utilização dos meios de transmissão, foram desenvolvidas as té cnicas de multiplexação que permitem que o mesmo meio seja compartilhado por várias comunicações.

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FDM – Frequency Division Multiplexing (Multiplexação por Divisão de Freqüência) 0 Hz

S3 S1

Consiste em passar um filtro em cada um dos sinais de forma a preservar somente a faixa relativa à banda passante de cada um deles, e deslocar estas faixas de freqüência originais sem que um sinal interfira no outro (passam a ocupar três faixas disjuntas, sem sobreposição). Esta técnica que permite esse deslocamento ou shift de freqüências são conhecidas e denominadas técnicas de modulação.

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Multiplexação por Divisão em Freqüê ncia (FDM):

Té cnicas de Multiplexação - FDM Multiplexação Analógica: Desloca os canais em freqüência, colocando-os lado a lado ao longo da faixa de freqüê ncia do enlace. Esta té cnica é conhecida como Multiplexação por Divisão em Freqüência - MDF (em inglê s Frequency Division Multiplex ou FDM ).

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Multiplexação por Divisão em Freqüê ncia (FDM):

≈

Fator de atenuação

Canal 2 Canal 1 Canal 3

Canal 2

≈

Essa unidade é chamada de grupo.

Canal 1 1

≈

Um padrão muito difundido são os 12 canais de voz de 4.000 Hz (3.000 para o usuário, mais duas bandas de guarda de 500 Hz cada) multiplexados na banda de 60 a 108 KHz .

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Multiplexação por Divisão em Freqüê ncia (FDM): O s esquemas FDM utiliz ados em todo mundo tê m um certo grau de padroniz ação.

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60 64 68 72 Freqüência (KHz)

Canal 3

≈

Muitas concessionária de comunicação oferecem aos clientes um serviço de linha privada baseado nos grupos. Professor José Aristides

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60 64 68 72 Freqüência (KHz)

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Hierarquia FDM

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Multiplexação por Divisão de Freqüência Modem

Hierarquia do Multiplex FDM: • Grupo = 12 canais;

TX 1

• Super Grupo = 60 canais (5 grupos); • Grupo Mestre = 300 canais (5 super grupos); • Super Grupo Mestre = 900 canais (3 grupos mestres);

RX 1

TX 2

Modulador

Filtro

Modulador

Filtro

Demodulador

Filtro

Demodulador

ƒ1

RX 2

ƒ2

• Banda Básica 60 MHz = 10800 canais (12 super grupos mestres).

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Modulação

Modem Modulator

Filter and mixer Frenquency synthesizer

RX Demodulator

Filter and mixer

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É variar uma das características de uma energia portadora, de acordo com as variações de um sinal que carrega informação.

RF out

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Coaxial cable

Signal combiner/spliter

RF in

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Modulação

Todas a s té cnicas de modulação envolvem o deslocamento

do sinal original de sua faixa de freqüência original para uma outra faixa. Sinal Digital

Sinal Digital

O valor desse deslocamento corresponde à freqüê ncia de uma onda denominada portadora. Modulador Filtro

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Vantagem da modulação: A energia portadora permite atingir distâncias muito maiores que o sinal original, no meio escolhido (fio metálico, fibra óptica ou espaço livre). Existem trê s té cnicas básicas de modulação: modulação em amplitude (Amplitude Modulation) - AM

Filtro

Sinal Analógico

Demodulador

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Para sinais digitais, as té cnicas de modulação assumem outras denominações:

Modulação por Chaveamento (Amplitude Shift Keying) – ASK;

Amplitude

Modulação por Chaveamento (Frequency Shift Keying) – FSK;

Freqüê ncia

modulação em frequê ncia (Frequency Modulation) - FM modulação em fase (Phase Modulation) - PM

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Modulação por Chaveamento de Fase (Phase Shift Keying) – PSK.

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ASK (Amplitude Shift-Keying) : modulação por amplitude. Sinal Digital

Como a maior parte das distorções ou ruídos atuam modificando a amplitude do sinal, este mé todo de

Onda Portadora

modulação é bastante sensível à interferê ncias.

Sinal ASK

Alé m disto, devemos garantir uma resposta de amplitude estável no meio de transmissão, para que eventuais alterações de amplitude provocadas pelo meio não sejam interpretadas como modulação da portadora.

Sinal FSK Sinal PSK

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FSK (Frequency Shift-Keying) : modulação por freqüê ncia. No caso da transmissão digital binária, a modulação FSK determina duas frequê ncias diferentes para identificar os valores 0 e 1. Mais resistente à interferê ncias, a modulação FSK é geralmente utiliz ada para baixas velocidades. A taxa de sinaliz ação corresponde, neste tipo de modulação, à metade da largura de faixa necessária para transmissão, o que caracteriz a este sistema como um sistema de faixa larga. Professor José Aristides

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PSK (Phase Shift-Keying) : modulação por fase. Existem dois tipos de modulação PSK : Coerente : apesar da modulação com base na freqüência, não ocorre mudança de fase para dígitos do mesmo valor. Não Coerente : pode ocorrer variação de fase para dígitos do mesmo valor.

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Té cnicas de Modulação - AM Modulação em Amplitude: Altera a amplitude da portadora de acordo com o sinal modulador.

Té cnicas de Modulação - FM Modulação em Frequê ncia: Altera a frequência da portadora de acordo com o sinal modulador.

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Té cnicas de Modulação - PM

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PCM - Pulse Code Modulation

Modulação em Fase: Altera a fase da portadora de acordo com o sinal modulador.

Ainformação de voz é originalmente analógica. Para utiliz armos as vantagens da transmissão digital, devemos codificá-la em um sinal digital antes da transmissão. O s dispositivos capaz es de codificar informações analógicas em sinas digitais são denominados CO DECs (CO Der/DECoder). A té cnica PCM é baseada no teorema de Nyquist (ou teorema da amostragem).

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Digitaliz ação de Sinais: Um sinal analógico pode ser digitalizado usando-se o seguinte teorema: “Se um sinal for amostrado com, no mínimo, o dobro da máxima freqüência nele contida, ele poderá ser recuperado integralmente.” (Teorema da Amostragem ou Teorema de Nyquist) Exemplo: Um sinal de voz com freqüência máxima de 4 KHz deve ser amostrado a uma taxa de (no mínimo) 8000 amostragens/segundo. Professor José Aristides

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Digitaliz ação - PCM Modulação por Codificação de Pulsos (MCP) O processo de digitaliz ação usando PCM segue trê s etapas: 1- Amostragem do sinal analógico. 2- Q uantiz ação dos valores. 3- Codificação dos valores em binário.

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Introdução às redes de computadores Utilizando a taxa de amostragem maior ou igual a 2W, o sinal original deve ser amostrado e, a cada amostra, deve-se associar um valor proporcional à amplitude do sinal naquele ponto. Este processo é conhecido como PAM (Pulse Amplitude Modulation).

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Digitaliz ação - PCM

A partir dos pulsos PAM, podemos produzir os pulsos PCM através de um processo conhecido como quantização, onde cada amostra PAM é aproximada a um inteiro de n bits. No caso do sinal de voz, se assumirmos que a banda passante necessária desses sinais tem largura igual a 4.000 Hz, a taxa de amostragem de Nyquist é, nesse caso, igual a 8.000 amostras por segundo. Codificando cada amostra com oito bits, a taxa gerada será: 8.000 x 8 = 64 Kbps. Professor José Aristides

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Té cnicas de Multiplexação - TDM

Sinal Original

Multiplexação Digital: Trabalha com canais PCM (Pulse Code Modulation), intercalando-os no tempo. O tempo é dividido em quadros Pulsos PAM

Pulsos

e cada quadro conté m uma seqüência de bits com 1 bit de

7 6 5 4 PCM3 2 1 0

Saída PCM

7 6 5 4 3 2 1 0

100 110 011 010 101 001 001 101 111 010 100110011010101001001101111010

cada canal. Esta té cnica é conhecida como Multiplexação por Divisão no Tempo - MDT (ou TDM - Time Division Multiplex). Professor José Aristides

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Multiplexação por Divisão em Tempo (TDM):

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Introdução às redes de computadores A multiplexação por divisão do tempo se beneficia do fato de que a capacidade (em quantidade de bps) do meio de transmissão, em muitos casos, excede a taxa média de geração de bits das estações conectadas ao meio físico. Quando isto ocorre, vários sinais podem ser transportados por um único caminho físico, intercalando-se porções de cada sinal no tempo. Amultiplexação no tempo pode ser classificada em: TDM Síncrono TDM Assíncrono ou Estatístico

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TDM Síncrono

O domínio do tempo é dividido em intervalos de tamanho

Canais podem ser alocados a estações que desejem

fixo T chamados frames; cada frame é subdivido em N

transmitir.

subintervalos {t 1, t2, ..., t n} denominados slots ou Cada estação deverá esperar o slot correspondente dentro

segmentos que formam uma partição dos frames. O canal é o conjunto de todos os segmentos, um em cada frame, identificado por uma determinada posição fixa

tempo daquele slot, utiliz ando a taxa de transmissão máxima suportada pelo meio físico.

dentro desses frames.

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de cada frame, quando então poderá transmitir durante o

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Introdução às redes de computadores t1

Canal

Desperdício de capacidade em sistemas com TDM síncrono

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....

Frame

B Para o meio físico

C D

....

Primeiro ciclo Segundo ciclo T

TDM Síncrono

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Banda desperdiçada

A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2

slots ou segmentos

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Dados

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TDM Assíncrono ou TDM Estatístico (Statistical TDM) É uma alternativa que procura eliminar o desperdício de capacidade existente no TDM Síncrono. Nesse esquema, não há alocação de canal nem estabelecimento de conexão. Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente de acordo com a demanda das estações. Nenhuma capacidade é desperdiçada, pois o tempo não utilizado está sempre disponível caso alguma estação gere trafego e deseje utilizar o canal de transmissão. Em compensação, cada unidade de informação transmitida deve sempre conter um cabeçalho com os endereços de origem e de destino. Professor José Aristides

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Introdução às redes de computadores TDM Assíncrono ou TDM Estatístico (Statistical TDM) t1 t2 A B Para o meio físico C D

Capacidade extra disponível A1 B1 B2 C2 Cabeçalho

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Hierarquia TDM

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Detecção e correção de erros Técnicas de Detecção de Erros

Hierarquia do Multiplex TDM:

Todos os métodos de detecção de erros são baseados na inserção de bits extras na informação transmitida.

1ª O rdem = 30 canais ( 2 048 kbps) 2ª O rdem = 120 canais ( 8 448 kbps)

Vários algoritmos para geração de bits de redundância já foram propostos e podem ser encontrados na literatura, como em [Stallings 85] e [Tanembaum 89].

3ª O rdem = 480 canais ( 34 368 kbps)

As duas principais técnicas são:

4ª O rdem = 1 920 canais (139 264 kbps)

Paridade e CRC

5ª O rdem = 7 680 canais (565 148 kbps)

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Detecção e correção de erros Paridade

Paridade Consiste na inserção de um bit de paridade ao final de cada caracter de um quadro;

Starter

O valor desse bit é escolhido de forma a deixar todos os caracteres com o número par de bits (paridade par) ou com número impar de bits (paridade impar); Bit de paridade

Informação

Starter

Stop 0

1 0

Paridade impar – 1110001  11100011 = 5 bits “1”;

Caracter na transmissão assíncrona

Paridade par – 1110001  11100010 = 4 bits “1”.

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Detecção e correção de erros CRC

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Detecção e correção de erros CRC

CRC – Código de Redundância Cíclica ou Código Polinomial se baseia no tratamento de cadeias de bits como representações de polinômios com coeficientes de 0 e de 1 apenas.

No transmissor o polinômio de ordem k-1 é dividido, em aritmética módulo 2, por um polinômio gerador de ordem n, tendo como resultado um quociente e um resto de ordem n – 1.

Um quadro de k bits é considerado como um conjunto de coeficientes de um polinômio com k termos, variando de x k-1 a x 0 – (diz-se que esse polinômio tem grau k-1).

O transmissor gera em sua saída os k bits originais, seguidos dos n bits correspondentes ao polinômio obtido como resto da divisão (chamado de Frame Check Sequence – FCS).

Ex.: o quadro 10110001 tem 8 bits, portanto representa um polinômio de 8 termos  x 7 + x5 + x4 + x 0.

Um processo análogo é realizado no receptor. – o resto da divisão é comparado com os n últimos bits recebidos no quadro. Se os bits forem iguais, o receptor assume que recebeu os dados sem erro.

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Detecção e correção de erros CRC

Os seguintes polinômios se tornaram padrões internacionais: O esquema baseado em CRC – 12 é utilizado em seqüências de caracteres de seis bits gerando um FCS de 12 bits; CRC – 12 = x 12 + x 11 + x 3 + x 2 + x + 1 Tanto o CRC – 16 quanto CRC – CCITT são populares para seqüências de caracteres de oito bits, na Europa e EUA, respectivamente, ambos resultando em FCS de 16 bits;

CRC – 16 = x 16 + x 15 + x 2 + 1 CRC – CCITT = x 16 + x 12 + x 5 + 1 CRC – 32 = x 32 + x 26 + x 23 + x 22 + x 16 + x 12 + x11 + x 10 + x 8 + x 7 + x5 + x4 + x3 + x2 + x + 1

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O CRC – 32 foi o escolhido pelo comitê IEEE-802 para ser utilizado em redes locais, gerando um FCS de 32 bits.

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Meios de Transmissão O objetivo da camada física é transmitir bits de uma máquina para outra. Vários meios físicos podem ser usados pela transmissão real. Cada uma tem seu próprio nicho em termos de largura de banda,

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Meios de Transmissão Cabo Coaxial:

retardo, custo e facilidade de instalação e manutenção. Os meios físicos são agrupados em meios guiados, como fios de cobre e fibras óticas, e em meios não-guiados, como as ondas de rádio e os raios laser transmitidos pelo ar.

Microondas Terrestres:

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Comparado ao par de fios, reduz as perdas por irradiação, aumenta a imunidade a interferências externas e suporta um maior número de canais. Operam na faixa de 60 MHz com capacidade para 10 000 canais telefônicos, atendendo a tráfego interurbano entre cidades próximas (necessitam de repetidores a cada poucos km).

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Meios de Transmissão 

Constituição  condutor interno cilíndrico no qual é injetado o sinal  condutor externo separado do condutor interno por um elemento isolante  capa externa evita irradiação e a captação de sinais

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Meios de Transmissão 

Existe uma grande variedade de cabos coaxiais  cada uma com suas características específicas

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Meios de Transmissão

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Meios de Transmissão

Conectores

Conector BCN desmontado

Conector T na placa de rede

Terminador Professor José Aristides

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Meios de Transmissão Descascador de cabos coaxiais

Meios de Transmissão 

Alicate de crimpagem Professor José Aristides

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Características  cabos de mais alta qualidade não sãomaleáveis são difíceis de instalar  cabos de baixa qualidade podem ser inadequados para altas velocidades e distâncias maiores  possui características elétricas que lhe permitem suportar velocidades da ordem de megabits por segundo sem necessidade de regeneração do sinal e sem distorções ou ecos  comparado ao par trançado cabo coaxial tem uma imunidade a ruído bem melhor cabo coaxial é mais caro do que o par trançado mais elevado custo das interfaces para ligação ao cabo Professor José Aristides

Meios de Transmissão Desvantagens problema de mau contato nos conectores utilizados difícil manipulação do cabo  como ele é rígido, dificulta a instalação em ambientes comerciais  por exemplo, passá-lo através de conduítes problema da topologia  mais utilizada com esse cabo é a topologia linear (barramento)  faz com que a rede inteira saia do ar caso haja o rompimento ou mau contato de algum trecho do cabeamento da rede  difícil determinar o ponto exato onde está o problema No passado esse era o tipo de cabo mais utilizado por causa de suas desvantagens está cada vez mais caindo em desuso Professor José Aristides

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Meios de Transmissão 

Cabo coaxial para redes Ethernet  Cabo coaxial usado em rede possui impedância de 50 ohms cabo coaxial utilizado em sistemas de antena de TV possui impedância de 75 ohms  Existem dois tipos básicos de cabo coaxial fino (10Base2) e grosso (10Base5)

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Meios de Transmissão 

Cabo Coaxial Fino (10Base2)  cabo coaxial mais utilizado  também chamado "Thin Ethernet" ou 10Base2 "10" significa taxa de transferência de 10 Mbps "2" a extensão máximade cada segmento da rede 200 m (na prática 185 m)

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Meios de Transmissão 

Cabo Coaxial Grosso (10Base5 ou "Thick Ethernet")  pouco utilizado  10Base5 “10” significa 10 Mbps de taxa de transferência cada segmento da rede pode ter até 500 metros conectado à placa de rede através de um transceiver

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Meios de Transmissão Par Trançado 

Constituição  dois fios de cobre são enrolados em espiral de forma a reduzir o ruído e manter constante as propriedades elétricas do meio através de todo o seu comprimento  transmissão no par trançado pode ser tanto analógica quanto digital.

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Meios de Transmissão Comitê de normalização Internacional IEEE formado pelas empresas americanas Electrical Industrial American EIA, e as Telecomunications Industrial American TIA, se uniram no intúito de pesquisar e produzir um meio de comunicação eficiente e seguro para as Redes de computadores. Desenvolvendo o Standard 10 BASE T em 1988. Surgiu assim, na Bell Laboratories o cabo UTP sem blindagem (Unshilded Twisted Par), ou seja, o par torcido sem blindagem. A teoria é que, um par de fios torcidos cria uma espira virtual com capacitância e indutância, suficientes para ir cancelando o ruído externo através de suas múltiplas espiras, ou seja, o campo magnético formado pela espira X, é reverso da espira Y, e assim por diante.

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Meios de Transmissão Se num dado momento o cabo sofrer uma interferência, esta será anulada na inversão dos pólos das espiras.

Meios de Transmissão O ruído é cancelado pela mudança de polaridade do sinal através das múltiplas espiras. Este fenômeno foi descoberto pela Bell Company, que é a atual AT&T ou Lucent Technology. Atualmente os cabos UTPs são fabricados com 4 (quatro) pares, ou seja, 4 (quatro) fios torcidos num só cabo.

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Meios de Transmissão

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Meios de Transmissão Pinagem  par trançado é composto de oito fios (4 pares)  cada um com uma cor diferente  cada trecho de cabo par trançado utiliza em suas pontas um conector do tipo RJ-45  possui 8 pinos, um para cada fio do cabo

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Meios de Transmissão Características  taxas de transmissão podem chegar até a ordem de uma centena de megabits por segundo  dependendo da distância, té cnica de transmissão e qualidade do cabo  perda

de energia aumenta com o aumento da distância  até chegar a um ponto onde o receptor não consegue mais reconhecer o sinal  energia pode ser perdida com a radiação ou o calor

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Meios de Transmissão Desvantagem  é sua susceptibilidade a ruídos podem ser minimizados com uma blindagem adequada  provocados por interferência eletromagnética se o cabo tiver de passar por fortes campos eletromagnéticos, especialmente motores, quadros de luz, geladeiras, etc. campo eletromagnético impedirá um correto funcionamento daquele trecho da rede  se a rede for ser instalada em um parque industrial - onde a interferência é inevitável outro tipo de cabo deve ser escolhido para a instalação da rede cabo coaxial ou a fibra ótica

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Meios de Transmissão Tipos de par trançado  não blindado (UTP- Unshielded Twisted Pairs)  blindado (STP- Shielded Twisted Pairs) blindagem ajuda a diminuir a interferência eletromagnética aumenta a taxa de transferência obtida na prática

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Meios de Transmissão

Pares trançados STP  são confeccionados obedecendo a padrões industriais que definem suas características  classificados em tipos: 1, 1A, 2, 2A, 6, 6A, 9 e 9A apresentam diferenças de parâmetros tais como o diâmetro do condutor e material usado na blindagem

UTP são classificados em cinco categorias  categoria 1: utilizado em sistemas de telefonia  categoria 2: utilizado em baixas taxas  categoria 3: cabos com velocidade de 10 Mbps  categoria 4: com velocidades de até 16 Mbps  categoria 5: com taxas típicas de até 100 Mbps

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Meios de Transmissão

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Meios de Transmissão

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Meios de Transmissão Padrão de fiação T568A

T568A

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1- Branco com Verde 2- Verde 3- Branco com Laranja 4- Azul 5- Branco com Azul 6- Laranja 7- Branco com Marrom 8- Marrom

T568B

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+TD - TD + RD ----------- RD -----------

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Meios de Transmissão

Fibra Óptica:

Padrão de fiação T568B 1- Branco com Laranja 2- Laranja 3- Branco com Verde 4- Azul 5- Branco com Azul 6- Verde 7- Branco com Marrom 8- Marrom

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Meios de Transmissão

A diferença entre os índices de refração do núcleo e da casca confina os raios de luz laser dentro do núcleo da fibra.. fibra Fisicamente muito menor e mais leve que o cabo coaxial, apresentando ainda total imunidade a interferências externas e enorme capacidade para comunicação (ordem de milhões de canais telefônicos) telefônicos).. Agosto de 2008

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Meios de Transmissão 

Constituição  núcleo e a casca são feitos de sílica dopada ou plástico no núcleo é injetado um sinal de luz proveniente de um LED ou laser que percorre a fibra se refletindo na casca ao redor existem outras substâncias de menor índice de refração fazcom que os raios sejam refletidos internamente

Meios de Transmissão 

Fibra Multimodo  



minimizando assim as perdas de transmissão



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não necessita uso de amplificadores tem capacidade de transmissão da ordem de 100 Mbps a até cerca de 10 km mais empregadas em redes locais

Fibra Monomodo



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alcança v elocidades em Gbps a uma distância de cerca de 100 k m empregadas em redes de longa distância requer fonte de lazer

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Meios de Transmissão 

Conector

Meios de Transmissão 

Vantagens 

características de transmissão superiores aos cabos metálicos por utilizar luz tem imunidade eletromagnética



ideal para instalação de redes em ambientes com muita interferência

Desvantagens  



seu custo é superior é mais frágil requerendo que seja encapsulada em materiais que lhe confiram uma boa proteção mecânica necessita de equipamentos microscopicamente precisos para sua instalação e manutenção difícil de ser remendada

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Meios de Transmissão

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Meios de Transmissão

Tipos de fibra: multimodo degrau: com núcleo uniforme de 50 µm, de fabricação mais simples mas com maior problema de dispersão da luz; multimodo gradual: com núcleo de 50 µm com refração gradual ao longo do raio, reduzo problema de dispersão; monomodo: com núcleo uniforme de 9 µm, praticamente elimina a dispersão, permitindo melhores taxas de comunicação a maiores distâncias. Fibras monomodo podem transmitir 565 Mbps até 40 km ou 140 Mbps até 70 km, sem repetidores, concorrendo com os cabos coaxiais e microondas terrestres para tráfego interurbano.

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Meios de Transmissão

Redes Ópticas

Fibras Ópticas

Fibras ópticas Transmissão óptica WDM Terminais de linha óptica (O LT) Amplificadores ópticos (O A) Multiplexadores ópticos (O ADM) Comutadores ópticos (O XC)

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O que é uma fibra óptica?

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Tipos de Fibras

Uma fibra óptica é um guia de ondas para a luz core

parte interna onde a onda se propaga

cladding

parte externa para manter a onda no núcleo

buf f er

revestimento protetor

jacket

proteção externa

Multimodo

Monomodo

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Transmissão Óptica

Comprimento de Onda Um comprimento de onda é a distância entre as unidades que se repetem de um padrão de onda; É representado pela letra grega lambda ; Também chamado de canal óptico, lambda, caminho de luz ou rastro de luz; Em redes ópticas modernas, vários sinais podem trafegar em vários comprimentos de onda simultaneamente. Professor José Aristides

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Cliente

Enlace ponto a ponto SDH STM-64 / SONET OC-192 – 10 Gbps

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Transmissão Óptica

Enlace ponto a ponto TX

Cliente

SDH STM-64 / SONET OC-192 – 10 Gbps

Cliente



Enlace ponto a ponto



SDH STM-64 / SONET OC-192 – 10 Gbps



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Problemas

Com amplificador óptico

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Cliente

Com vários amplificadores ópticos

Cliente



Expansão de capacidade requer instalação de novas fibras Extensão de distância requer amplificadores para cada fibra

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Sistemas WDM

WDM

WDM – Wavelength Division Multiplexing TX

  

DEMUX

Possibilita a divisão de uma fibra em vários comprimentos de onda CWDM

OLT

MUX

Multiplexação por Divisão de Comprime nto de Onda

 

Coarse WDM: abaixo de 8 lambdas

DWDM Dense WDM: 8 lambdas ou mais Professor José Aristides

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WDM: Multiplexação

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WDM: Demultiplexação

1

1, 2, 3, 4

Demultiplexador

3

1

Multiplexador

2

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2

3

4 4 Professor José Aristides

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OLT

Arquitetura de Redes Ópticas

Principais componentes

Amplificador

Terminais de linha óptica (OLT)

OXC

Amplificadores ópticos (OA) OLT

Multiplexadores ópticos (OADM) Comutadores ópticos (OXC)

Clientes

λ1

Terminais SDH/SONET Terminais ATM Roteadores IP Professor José Aristides

Lightpath

Roteador IP

λ2

λ1 Terminal Roteador SONET IP

OADM

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Sistema WDM Ponto-a-Ponto de Longa Distância

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Terminal ATM

λ2

Roteador IP

λ1 λ1 λ2

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Roteador IP

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Terminal de Linha Óptica OLT Elementos de rede utilizados no início e no fim de um enlace para multiplexar e demultiplexar comprimentos de onda Transponder A dapta o sinal de entrada (de um cliente) para um sinal que possa ser utilizado na rede óptica É desnecessário quando a interface cliente possui funções de adaptação de comprimentos de onda

Elemento Intermediário

Converte comprimentos de onda Responsável pela maior parte do custo em um OLT

Terminal de Transmissão Professor José Aristides

Terminal de Recepção

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Amplificadores Ópticos

Terminal de Linha Óptica OLT

Os sinais ópticos são atenuados (perdem a força) durante propagação na fibra óptica Para garantir a integridade em grandes distâncias, o sinal precisa ser amplificado A tualmente: um amplificador a cada 80-120 km Lambdas sofrem atenuações diferentes O nível de potência em um canal é influenciado por outros lambdas Tirar e incluir lambda ou falha de lambda A mplificadores em cascata pioram a situação Controle automático de potência (A GC) é necessário para manter a potência de saída constate

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Amplificadores Ópticos

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Multiplexadores Ópticos OADM - Optical Add/Drop Multiplexers São usados para Inserir (add add)) e Extrair (drop drop)) canais ópticos de uma transmissão São utilizados como uma solução mais barata, em vez de usar um par de OLTs em cada nó A ma ioria dos la mbdas passa direto e m um nó óptico, ou seja, não são destina dos àquela localidade

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Multiplexadores Ópticos Nó A

Nó B

OLT

Nó A

Add-Drop fixo Nó C

OLT

Nó B

Demux

Mux

Nó C

Drop OLT

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OADM (ADD/DROP)

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Add-Drop configurável Componentes e tecnologias

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Comutadores Ópticos

Mux e demux: waveguides ou filtros Chaves ópticas: waveguides ou MEMS

Mux

Demux

Add

OLT

Chave

OXC (Optical Crossconnect) Fazem o aprovisionamento dos caminhos ópticos, comutando os lambdas de entrada aos lambdas de saída Tipos: Conversão opto-elétrica Transparente:não faz conversão (O-O-O) PXC: Photonic Crossconnect Opaco: faz conversão (O-E-O) OXC

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Add Drop Introdução a Comunicação de Dados

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Comutadores Ópticos

Um OXC necessita de um plano de controle para configurá-lo dinamicamente Funções: A provisionamento: principal função Escalabilidade: grande número de portas e lambdas

OXC

Proteção: estabelecimento de novas rotas em caso de falhas Conversão de lambda: além de comutar, alguns OXCs podem converter um lambda de entrada em outro lambda de saída (ex: 1 em 2) É caro e complexo Professor José Aristides

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Comutadores Ópticos

LOCAL ACCESS UNIT LOCAL



Sw 1

           

• Chav es Ópticas • Mux e Demux • Amplificadores



EDFA

             





In 2 In

           

             

Out 2 Out





            



             

Sw 2 2 Sw

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Meios de Transmissão Rádio

Meios de Transmissão Satélite

Microondas Terrestres: Um enlace de microondas usa um fino feixe de rádio na faixa de SHF (2 a 40 GHz) entre duas antenas parabólicas. Comparado com os cabos coaxiais, este sistema permite atingir maiores distâncias, mas exige que as antenas estejam em linha reta de visão. Para telecomunicações, em geral utiliza-se a faixa de 4-6 GHz, com capacidade até 2700 canais e estações espaçadas de 10 a 100 km.

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Meios de Transmissão

Semelhante ao sistema de microondas terrestres, com a diferença que o satélite funciona como uma repetidora comum a um grande número de estações terrestres. Permite cobrir áreas muito maiores que o sistema terrestre (um país inteiro, p. ex.). Os Brasilsats utilizam a banda de 4-6 GHz, com 24 ou 28 sub faixas (transponders) de 36 MHzcada (aprox. 6 000 canais telefônicos). Professor José Aristides

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Telefonia-Computação e Internet

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Meios de Transmissão

Meios de Transmissão - Comparação

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Cabeamento Estruturado

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No cabeamento estruturado há a necessidade de um dispositivo concentrador, tipicamente um hub, para fazer a conexão entre os micros, já que o par trançado só pode ser usado para ligar dois dispositivos. Em redes pequenas, o cabeamento não é um ponto que atrapalhe o dia-a-dia da empresa, já que apenas um ou dois hubs são necessários para interligar todos os micros. Entretanto, em redes médias e grandes a quantidade de cabos e o gerenciamento dessas conexões podem atrapalhar o dia-a-dia da empresa. A simples conexão de um novo micro na rede pode significar horas e horas de trabalho (passando cabos e tentando achar uma porta livre em um hub). Professor José Aristides

Cabeamento Estruturado A ocorrência de mudança de micros em empresas médias e grandes é freqüente. É aí que entra o cabeamento estruturado. A idéia básica é fornecer um sistema de cabeamento que facilite a remoção de equipamentos, igual ao que ocorre com o sistema elétrico do prédio: para instalar um novo equipamento elétrico, basta ter uma tomada de força disponível. O sistema mais simples de cabeamento estruturado é aquele que as tomadas RJ-45 são as intermediárias entre o micro e o hub. Em um escritório, por exemplo, teria vários pontos de rede já preparados para receber novas máquinas, neste caso, não teria a necessidade de a cada micro novo fazer o cabeamento até o hub. Isso agiliza muito o dia-a-dia da empresa e da instalação. Professor José Aristides

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Cabeamento Estruturado Além do uso de tomadas, o sistema de cabeamento estruturado utiliza um concentrador de cabos chamado patch panel (painel de conexões). Neste sistema, os cabos que vêm das tomadas são conectados ao patch panel que depois conectam ao hub ou switch. O patch panel funciona como um grande concentrador de tomadas. O patch panel é um sistema passivo, não possui circuito eletrônico. Assim como hubs, switches e roteadores, o patch panel possui tamanho padrão de rack. Podemos concentrar todos esses dispositivos em um mesmo local.

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Cabeamento Estruturado

Cabeamento Estruturado Finalizando, o cabeamento estruturado tem como essência o projeto do cabeamento da rede. O cabeamento deve ser projetado sempre pensando na futura expansão da rede e na facilidade de manutenção. Devemos lembrar sempre que, ao contrário de micros e de programas - que se tornam obsoletos com certa facilidade -, o cabeamento de rede não é algo que fica obsoleto com o passar dos anos. Com isso, na maioria das vezes vale à pena investir em montar um sistema de cabeamento estruturado.

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Cabeamento Estruturado

Ligação inter-redes

Um detalhe importante, devido ao uso de tomadas e plugues, as redes usando cabeamento estruturado devem diminuir 10 metros na conta do comprimento máximo do cabo.

Repetidores; Pontes; Roteadores; Gateways.

O comprimento máximo do cabo passa a ser 90 metros. Professor José Aristides

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Ligação inter-redes

Repetidores

Repeater Coax Seg#2 HUB

O termo repetidor vem da época do início da comunicação visual, quando um homem situado em uma colina repetia o sinal que havia acabado de receber da pessoa na colina à sua esquerda, para comunicar o sinal à pessoa na colina à sua direita. Também vem das comunicações telegráficas, telefônicas, por microondas e ópticas, todas elas usam os repetidores para fortalecer seus sinais em longas distâncias, para que não acabem se enfraquecendo ou dissipando.

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Os Repeat ers trasnferem entre os Seg#'s da Rede, t odos os quadros da c mada MA C que recebem, semler o seu ont eúdo.

Característica dos Repetidores: Função básica é expandir uma rede e amplificar o sinal Limitado a no máximo de 4 repetidores em série: Devido ao atraso que pode gerar , além dos bits de sincronização do preâmbulo Regra 5/4/3: Define 5 segmento, 4 repetidores e 3 segmentos habitáveis. Professor José Aristides

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Hub - Característica

Hubs: O s hubs são dispositivos relativamente baratos e podem ser usados para conectar computadores e formar uma pequena rede. O s hubs podem ser conectados uns aos outros, formando redes maiores.

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Quadros

S eg#1

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Surgiu na tecnologia ethernet padrão 10baseT; Utiliza tecnologia de transmissão por difusão; Distancia padrão de 100 metros (ethernet); Fisicamente é uma estrela e logicamente em barramento; Atua na camada física do modelo OSI; Forma um único de colisão e broadcast; Todos os hosts ligados a um hub compartilham o mesmo barramento; Podemos fazer empilhamento e ou cascateamento de Hub aumentando o numero de portas e a distância da rede.

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Ligação inter-redes

Pontes:

SWITCH

O bridge (ponte) é um equipamento de rede que já caiu em desuso há vários anos. Sua função é agora desempenhada pelo switch. Surgiu da necessidade de segmentar redes muito grandes, ou reunir duas redes, formando uma rede maior. Na época em que eram usados, eram comuns as redes com cabo coaxial. Essas redes têm um grande problema: o desempenho cai muito quando o número de nós (computadores, por exemplo) é grande.

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Ligação inter-redes 



Um switch ethernet parece usar a mesma lógica da transparent bridge. No entanto, a lógica interna do switch é otimizada para se realizar funções básicas de escolher quando reenviar e quando filtrar um frame. Lógica básica do switch ethernet:  recebe um frame  se o destino é um broadcast ou um multicast, envia em todas as portas  se o destino é unicast e o endereço não estiver na tabela, envia em todas as portas.  Se o endereço estiver na tabela, envia o frame pela porta associada. Professor José Aristides

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Ligação inter-redes 



 

Os switches são equipamentos de interconexão de redes situados no nível de enlace e funcionamento semelhantes as bridges. Entretanto, diferentemente das bridges, o switch permite tráfego em paralelo entre interconexões de segmentos de rede distintos. Um switch segmenta a rede em domínios de colisões menores(ethernet) ou em anéis menores(token ring), provendo uma maior percentagem de banda para cada estação. Existem basicamente três tecnologias de switch ethernet: cut-through, store-and-forward e híbrido ou adaptative cutthrough.

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Switch cut cut-- through

Ligação inter-redes

A operação cut-through é baseado no exame do destino do frame . O switch utiliza o endereço de destino como critério de decisão para obter a porta de destino de uma tabela de pesquisa (table look up). Uma vez que a porta é obtida, uma conexão através do switch é iniciado, como resultado o frame é roteado para a porta de destino, onde é colocado na rede na qual o endereço de destino reside. Permite transmissão simultânea entre pares de portas; baixíssima latência (40 microsegundos); baixo custo; não suporta outras tecnologias diferentes de ethernet; propaga colisões e pacotes ruins. Professor José Aristides

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Ligação inter-redes

Switch store store-- and and-- forward Um switch Store and Forward opera conforme seu nome indica. Primeiro é armazenado cada frame que chega, é verificado se existe erros no frame, e se tudo estiver bom, este então é enviado para a porta de destino; A vantagem deste tipo de switch é que este evita que frames com erros consumam a banda da rede; Adesvantagem é que aumenta a latência no switch; Store and Forward é mais conveniente em redes que apresentam altas taxas de erro.

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Ligação inter-redes

Switch híbrido (adaptative ( adaptative cut cut-- through through)) Um switch híbrido é uma tentativa de pegar o melhor dos Switches Store and Forward e Cut Through. Um switch híbrido opera em modo Cut Through, mas constantemente monitora a taxa de frames inválidos ou danificados que são enviados. Se estes erros ocorrem com uma frequencia maior que um certo valor de threshold, então o switch para de operar em modo Cut Through e começa a operar em modo Store and Forward. Se a taxa de erro diminui abaixo do valor de threshold então o switch volta a trabalhar novamnente no modoCut Through. Desta forma é garantida a performance de um switch cut through quando a taxa de erros na rede é baixa e chaveando para store and forwarnding quando a taxade erros aumenta.

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Ligação inter-redes Switches X Bridges

Diferenças básicas entre um Switch e uma bridge: Bridges são baseadas em software, enquanto que Switches são baseados em hardware (ASIC Application Specific Integrated Circuit); Bridges podem ter apenas uma ocorrência de spanning tree por bridge, enquanto que switches podem ter várias; Bridges podem ter até 16 portas, enquanto que swtches podem ter centenas. Professor José Aristides

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Ligação inter-redes

Roteadores

Um roteador é um dispositivo que provê a comunicação entre duas ou mais LAN’s, gerencia o tráfego de uma rede local e controla o acesso aos seus dados, de acordo com as determinações do administrador da rede. O roteador pode ser uma máquina dedicada, sendo um equipamento de rede específico para funções de roteamento; ou pode ser também um software instalado em um computador.

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Ligação inter-redes

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Ligação inter-redes

Roteadores

Como podemos observar, é o computador, através de um software específico, que gerencia o tráfego de dados entres as diferentes redes mostradas. Esse esquema representa a topologia de rede inicialmente utilizada no CBPF até 1996, quando um servidor Novell exercia a função de um roteador, através de um software de roteamento fabricado pela própria Novell.

A interconexão entre duas redes, que permite a troca de dados e o compartilhamento dos seus recursos e serviços, é feita pelo roteador. Esse esquema caracteriza o uso de uma máquina dedicada.

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Ligação inter-redes

Gateways

O gateway é um equipamento que possibita a comunicação entre redes com arquiteturas distintas. Os gateways para a internet tipicamente compartilham uma conexão internet para múltiplos desktops.

Os gateways são usualmente classificados em dois tipos: gateways conversores de meio (media-conversion gateway); gateways tradutores de protocolos (protocol-translation gateway). CBPF-Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas do MCT. Professor José Aristides

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Ligação inter-redes

Gateways

Ligação inter-redes

Gateways

Os gateways conversores de meio são os mais simples. Bastante

Os gateways tradutores de protocolos são mais utilizados em

utilizados em inter-redes que oferecem o serviço de datagrama,

inter-redes que utilizam circuitos virtuais passo a passo. Eles

suas funções resumem-se em receber um pacote do nível

atuam traduzindo mensagens de uma rede, em mensagens da

inferior, tratar o cabeçalho inter-redes do pacote, descobrindo o

outra rede, com a mesma semântica de protocolo. Por exemplo,

roteamento necessário, construir novo pacote com novo

o open em uma rede poderia ser traduzido por um call request

cabeçalho inter-redes, se necessário, e enviar esse novo pacote ao

em outra ao passar pelo gateway.

próximo destino, segundo o protocolo da rede local em que este se encontra. Esse tipo de gateway da camada de rede é também chamado de roteador. Professor José Aristides

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Ligação inter-redes

Gateways

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Ligação inter-redes

Gateways

Gateways habilitam a comunicação entre diferentes arquiteturas e ambientes. Ele realiza a conversão dos dados de um ambiente

Um gateway liga dois sistemas que não usam:

para o outro de modo que cada ambiente seja capaz de entender

Os mesmos protocolos de comunicação;

os dados. Eles podem ainda mudar o formato de uma mensagem

Amesma estrutura de formatação de dados;

de forma que ela fique de acordo com o que é exigido pela

Amesma linguagem;

aplicação que estará recebendo esses dados. Por exemplo, um

Amesma arquitetura.

gateway de correio eletrônico pode receber as mensagens em um formato, traduzi-las e encaminhá-las no formato usado pelo receptor. Um bom exemplo disso é um gateway X.400. Professor José Aristides

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Ligação inter-redes

Gateways

Ligação inter-redes

Gateways

Um uso muito comum para os gateways é atuar como tradutores

entre

computadores

pessoais

ambientes

mainframe. A computador atuando como gateway conecta computadores da LAN ao ambiente do mainframe, que não reconhece

computadores

pessoais.

Programas

especiais

instalados nos computadores desktop se comunicam com o gateway e permite aos usuários acessar os recursos do mainframe como se esses recursos estivessem em seus próprios desktops. Professor José Aristides

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Ligação inter-redes

Gateways

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Ligação inter-redes

Gateways

Uma estrutura de rede TCP/IP conectada à Internet de forma segura, através da utilização de um firewall, que realiza o filtro de pacotes IP e o transporte de protocolo de aplicações por meio de um gateway (proxy):

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Ligação inter-redes

Gateways

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