Pontifícia Universidade Católica – PUC-SP
Matéria: Redes
Tema: Tecnologias para Conexões Digitais de Longa
Distância
Apresentação:
Diogo Arruda Pereira
Rafael Esteves
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Introdução
Nas apresentações anteriores foram apresentados
tecnologias des LANs que fundamentalmente
possuem como características as limitações de
números de computadores interligados e a distância
que também não poderia ser arbitraria.
Nesta
apresentação
serão
apresentados
basicamente duas características chave desse tema:
> Circuitos de conexão digital ponto a
ponto;
> Tecnologia que fornecem acesso digital de
alta velocidade.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Telefonia Digital
A telefonia já utilizava comunicação digital antes das
redes de computadores, tal motivação surgiu por
tentar tratar de uma grande quantidade de
conexões de voz em alta qualidade e a longa
distância. Como já visto anteriormente, os sinais
elétricos se degradam conforme sua viagem e o uso
de amplificadores são necessários, porém estes
amplificadores além de distorcer levemente o sinal
ainda insere ruído na mesma. Mas com a
digitalização do áudio esse processo passa a não
mais ocorrer, porque é feita a codificação do áudio
original para o formato digital e esse processo
ocorre com um hardware digitalizador chamado
conversor analógico-digital (conversor A-D).
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
O conversor analógico-digital (conversor A-D) tem o
funcionamento como mostrado no exemplo acima.
Ele busca o sinal e o digitaliza com um número
inteiro mais próximo do sinal, onde no exemplo
começa com 0, 2, 4, 4, 7, 1, ... e assim por diante.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Após estudos chegaram a conclusão que para a
reprodução da voz humana exigisse um sistema que
reproduza freqüências em até 4000 Hz. E isso mostra que
um conversor analógico-digital dentro da telefonia deva
amostrar o sinal de um microfone uma vez a cada 125
microssegundos.
Para um projeto de codificação digital além da taxa de
amostragem deve ser escolhida também a faixa de valores
inteiros a ser usada. O que se nota com isso é que quanto
maior a taxa de valores, mais exato ou preciso fica o sinal
porém a transmissão dos bits será ainda maior e talvez
inviabilizando o processo. A digitalização da voz foi
escolhida por pesquisadores na faixa de 0 a 255 e o
esquema de amostragem ficou padronizado mundialmente
pelo PCM (Pulse Code Modulation).
Resumindo o PCM obtém amostras a cada 125
microssegundos e converte cada amostra em um inteiro
entre 0 e 255.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Comunicação Síncrona
Trata-se de uma tecnologia utilizada na telefonia
que é o oposto da utilizada nas redes de
computadores onde a comunicação é assíncrona. Na
telefonia os dados precisam ser transferidos com
exatidão
sem
atrasos
ou
acelerações
nas
transmissões mesmo que digitalizadas. Esses
empecilhos poderiam causar ruídos e interferências.
A transmissão síncrona funciona de tal maneira que
o receptor desses dados usa informações adicionais
para sincronizar seu relógio e assegurar que os
dados deixam a rede exatamente na mesma taxa
em que entram.
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Circuitos Digitais e DSU/CSUs
Mesmo sendo projetadas para transporte do tráfego
de voz, as instalações telefônicas desde o início das
redes tem sido usadas nas conexões básicas para
computadores em longa distância e isso ocorre
porque as companhias telefônicas alugam seus
circuitos por uma taxa mensal.
Os circuitos digitais alugados de transportadores
(carriers) comuns formam as peças fundamentais
para as redes de computadores de longa distância.
Cada circuito se estende entre dois pontos
especificados; a taxa depende da capacidade do
circuito e da distância.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Para que tal processo seja efetivado é necessário
concordar com as regras do sistema telefônico. Uma
vez que as tecnologias de telefonia e dos
computadores são diferentes mesmo que sejam
digitais é necessário um dispositivo de hardware
especial chamado de DSU/CSU (Data Service
Unit/Channel Service Unit). E são necessários dois
destes dispositivos em cada ponta de um circuito
digital alugado.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
A parte CSU do dispositivo DSU/CSU é a
terminação da linha de diagnósticos. Este possui
circuitos onde acomoda surtos de corrente gerados
por raios ou interferências eletromagnética, ele
ainda testa se a linha foi desconectada e se o outro
dispositivo
DSU/CSU
da
outra
ponta
está
funcionando corretamente. Ainda possui uma
característica denominada de Loopback que é usada
ao instalar e testar circuitos. O CSU ainda possui a
características de verificar excessos de bits 1. O
porque de controlar a entrada de muitos desses bits
é pelo fato de considerar que o excesso deles
significa que a voltagem está alternada e isso se
deve pelo fato da utilização dos cabos de cobre.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Já o DSU é responsável pela parte dos dados em um
DSU/CSU. Ele que é o intérprete dos dados do
formato digital usado na companhia telefônica para
o computador do cliente.
Em resumo um circuito digital precisa de um
dispositivo conhecido como DSU/CSU em cada
ponta. Além de terminar a linha, o DSU/CSU traduz
entre
a
representação
digital
usada
pelas
companhias telefônicas e a representação digital
usada pela indústria de computadores.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Padrões Telefônicos
Aqui um breve resumo onde informa que em
determinados lugares cada um adotou uma
padronização de transmissão digital diferente e
acima estão os exemplos com suas especificações e
características. Por exemplo os EUA usam o padrão
T1 e ainda alguns outros como no exemplo, a
Europa utiliza o padrão E e o Japão um padrão
modificado do T americano.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Terminologia DS (Digital Signal level) e Taxas de Dados
Essas taxas podem até parecer que são aleatórias,
mas na verdade são números que as companhias
telefônicas
chegam
como
recorde
que
as
companhias telefônicas projetaram os circuitos
digitais no transporte de voz. Um canal de voz exige
64Kbps. A taxa padrão T1 foi projetada para
permitir que sejam transportadas no circuito, 24
telefonemas de voz ao mesmo tempo. Nesses
circuitos T1 são utilizados switch de telefone para
multiplexar e demultiplexar as ligações em ambas
as extremidades.
Os circuitos digitais são classificados de acordo com
um conjunto de padrões telefônicos. Dois dos tipos
de circuitos mais populares na América do Norte são
o T1 e T3, onde T3 é o equivalente 28 circuitos T1.
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Circuitos de Capacidade Mais Baixa
Uma empresa que não precisa da capacidade T1
pode economizar alugando um circuito fracionário
digital T1. A companhia telefônica usa o termo Time
Division Multiplexing (TDM) quando está se
referenciando à tecnologia usada para subdividir um
circuito T1. Umas das capacidades fracionárias de
T1 mais populares é 56Kbps.
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Circuitos Digitais de Capacidade Intermediária
Estes são mais utilizados pelas empresas que necessitam de um
circuito ligeiramente maior do que um T1 e que não compensaria
financeiramente ter um circuito T3, nesse caso é feita a
multiplexação inversa. Nesse caso é necessário o dispositivo Mux
Inverso em cada uma das extremidades, e nesse caso o mux inverso
recebe os dados do computador e os envia através dos canais do
circuitos digitais e tudo isso por streams de dados.
E isso pode-se dizer que exige um DSU/CSU nas pontas dos circuitos,
e dependendo do modelo do mux inverso ele terá finalidade de
DSU/CSU.
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Circuitos de Capacidade Mais Alta
As companhias telefônicas denominam isso como tronco e no
crescimento da telefonia digital as companhias telefônicas
começaram a trabalhar com mais circuitos digitais de grande
capacidade. E alguns padrões foram adotados para a tecnologia de
circuitos digitais de alta capacidade conhecido como STS
(Synchronous
Transport
Signal).
Abaixo
os
exemplo
das
especificações destes circuitos de grande capacidade:
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Padrões de concessionárias Ópticas
Os engenheiros usam a terminologia OC (Optical Carrier) visto no
exemplo anterior para terminologia existentes nas taxas de dados
mais altas utilizadas no STS que exigem fibra óptica. A diferença
básica entre STS e OC é que o primeiro se refere aos sinais elétricos
usados na interface de um circuito digital (em cobre) enquanto o OC
se refere aos sinais ópticos utilizados através da fibra. Porém é
comum a utilização dessas terminologias sem essa distinção.
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Sufixo C
Algum dos STS e OC mostrado anteriormente, possui ainda um
sufixo adicional chamado C (concatenado), e a presença deste
mostra um circuito sem multiplexação inversa. Um exemplo: um
circuito OC-3 consiste de três circuitos OC-1 a 51,840Mbps e cada
um é planejado para ser três circuitos enquanto um OC-3C (STS-3C)
é um único circuito à 155,520Mbps. A vantagem deste é na utilização
de rede de dados, onde são utilizados o tráfego de pacotes, dessa
forma é melhor transitar em uma rede com sua capacidade total e
com menos equipamentos de multiplexação inversa para uma melhor
transitação dos pacotes.
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Synchronous Optical NETwork (SONET)
Existem ainda outros padrões
de transmissão digital além dos
apresentados STS e OC, na américa do norte por exemplo estes
padrões são chamados de Sycronous Optical NETwork (SONET). O
SONET basicamente especifica a forma que os dados são
enquadrados, como os circuitos de baica capacidade são
multiplexados com os de alta velocidade e como as informações
síncronas de relógio são enviadas junto com os dados.
As maior parte das concessionárias que alugam um STS-1 pedem
para que seja usada a codificação SONET nos circuitos. Um SONET
utilizado em um circuito STS-1 por exemplo, possui quadros onde
cada um possui 810 octetos que são divididos em 9 filas com 90
colunas em cada fila, e assim com os demais STSs.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Embora o padrão de SONET defina uma tecnologia que possa ser
usada para se construir uma rede em anel de alta capacidade com
múltiplos circuitos de dados multiplexados através das fibras que
constituem o anel, a maioria das redes de dados usa SONET apenas
para definir o enquadramento e a condificação em um circuto
alugado.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
O Loop de Assinante Local
Este termo é utilizado para se referir à conexão entre o Escritório
Central (EC) de uma companhia telefônica até a residência ou
empresa, isso significa a conexão entre os provedores de rede aos
assinantes individuais e a maioria desses loops locais usam sinais
analógicos devido ao serviço telefônico que também é analógico.
Embora tenha evoluído com o tempo os modems dial-up e a largura
das bandas, ainda sim a conexão é limitada devido a relação entre
sinal e ruído das linhas telefônicas.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
ISDN
Integrated Services Digital Network
•Esta foi a primeira tecnologia desenvolvida para tentar suprir a
baixa velocidade dos modens da época onde operavam a 10Kbps. O
ISDN utiliza o mesmo par trançado de cobre da telefonia normal,
porém opera com três canais digitais separados: B, B, e D (2B+D).
• Os canais B operam em uma velocidade de 64Kbps e servem para
o transporte de Voz Digitalizada, Dados ou Vídeo Comprimido.
• O canal D opera a 16Kbps e serve como um canal de controle
(pode solicitar serviços providos pelos canais B e também para
administrar uma sessão em andamento ou finalizar uma sessão ou
ainda para fazer um telefonema que utiliza voz digitalizada).
• Os canais B podem ser unidos e usados a 128Kbps.
• O ISDN (2B+D) utiliza uma forma de multiplexação por divisão de
tempo para dar a ilusão de múltiplos canais de dados em apenas um
par de fios.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Cabo e foto de um modem ISDN
Placa Isdn
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Tecnologia da Linha Assimétrica digital de Assinante
• Uma
das
mais
interessantes
tecnologias
desenvolvidas
recentemente para serviços digitais em loop local é a DSL. Como
existem algumas variantes dessa tecnologia então chamaremos de
XDSL onde apenas a primeira palavra difere a tecnologia utilizada.
• A mais conhecida é a ADSL (Asymmetric Digital Subscribe Line).
Esta é utilizada de maneira a fornecer um serviço mais rápido no
envio e recebimento das informações.
• Por ser assimétrica a ADSL divide a Banda
Downstream (recebimento) e Upstream (envio).
utilizada
em
•A ADSL é geralmente utilizada usuários que recebem muito mais
informações do que enviam. Para acomodar tal uso, a ADSL fornece
uma taxa de transferência Downstream mais alta do que Upstream.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
• Taxas de dados chegam a 6,144Mbps em Downstream e em
Upstream a 640Kbps (-64Kbps do controle de Rede ficam 576Kbps).
• Além de possuir alta velocidade de transmissão de dados a ADSL se
conecta em paralelo ao cabeamento telefônico padrão e podem
simultaneamente ser utilizados os serviços de dados e voz.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Esquema de ligação de um modem ADSL
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Foto de um modem ADSL
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
• Um dos fatores que são muito interessantes e exmplicam muito
bem o fato de a ADSL possuir uma taxa tão alta e com o mesmo
cabeamento é o esquema utilizado entre os modems de ADSL que é
chamada de modulação Discrete Multi Tone (DMT) que nada mais é
que a combinação entre a multiplexação por divisão de freqüência e
técnicas de multiplexação inversa.
• Para alcançar taxas de bit altas através de cabeamento de par
trançado convencional, a ADSL usa uma tecnologia adaptativa em
que um par de modems examina muitas freqüências na linha entre
eles e seleciona freqüências e técnicas de modulação que fornecem
resultados ótimos naquela linha.
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Outras Tecnologias de DSL
• SDSL: (Symmetric Digital Subscriber Line) ao contrário do ADSL
ela funciona de maneira simétrica, com a taxa de transferência igual
para ambas as direções. Essa tecnologia é vantajosa para usuários
ou empresas que necessitam de enviar mais informações do que
obte-las.
• HDSL: (High-Rate Digital Subscriber Line) pode alcançar uma taxa
de 1,544Mbps. Porém possui duas desvantagens, a primeira é o fato
da limitação da distância entre os escritórios centrais e os loops
locais, a segunda é o cabeamento, exige dois cabos de pares
trançados. Mas essa tecnologia suporta tolerância a falhas por
possuir dois cabos e seu modem detecta quando há um problema e
passa a trablhar automaticamente em um cabo até que o outro
retome. E a segunda vantagem é a taxa de transferência compatível
com um circuito T1 onde mover dados de uma para o outo é um
processo simples.
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Outras Tecnologias de DSL
Uma outra variante da DSL é a VDSL (Very-high bit rate Digital
Subscriber Line), esta pode alcançar taxas de dados de até 52Mbps.
Embora a alta taxa de dados, é necessário que existam pontos de
concentração intermediários, por exemplo, um Escritório Central em
cada bairro para que seja alcançada tal taxa.
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Tecnologia de Modem a Cabo
• Apesar da tecnologia DSL possuir uma taxa alta de transferência,
chega a um ponto onde ela fica estável não conseguindo alcançar
uma taxa maior devido ao seu cabeamento. Por isso após alguns
estudos chegaram a conclusão que poderiam utilizar as TVs a cabo
para fazer com que transferissem dados por elas utilizando o
cabeamento de cabo coaxial que é imune a interferências
eletromagnéticas.
• Na teoria o sistema a cabo envia informações digitais downstream
usando a multiplexação de divisão de freqüência. Como existem
freqüências sobressalentes pesquisadores estudam como melhor
utilizar essa Banda Ociosa para realizar a transmissão de dados.
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Foto de um Cable Modem
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
O problema com a comunicação Upstream nos Cable Modems
• Como a infra-estrutura original de cabo fornecia somente o serviço
Downstream, por não haver condições de realizar-se o Upstream,
foram realizadas pesquisas e alterações no sistema de cabeamento
da TV a Cabo para que o sistema se tornasse bidirecional.
• Foram também adicionados a essa nova direção de dados a
possibilidade de realizar TVs interativas além da transferência de
dados como na tecnologia DSL.
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Coaxial de Fibra Híbrido
•HFC (Hybrid Fiber Coax) é que a mistura da fibra óptica com o cabo
coaxial em hierarquia, ou seja, é necessário que as empresas de
cabo passem a utiliziar cabos de fibra óptica e amplificadores
bidirecionais e nas residências poderão ser utilizadas cabos coaxiais e
cable-modems bidirecionais,
esse sistema opera por meio da
combinação entre multiplexação de divisão de freqüência e
multiplexação por divisão de tempo. As taxas de Downstream se
equivalem ao utilizado no ADSL e a taxa de upstream pode alcançar
cerca de 1,5 a 2,0Mbps.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Fibra para o Meio-fio (Curb)
• FTTC (Fiber to the Curb) este utiliza também a fibra óptica nos
troncos e usar os fios de cobre nos circuitos alimentadores.
• A idéia é levar a Fibra Óptica até perto do assinante e então usar
fio de cobre para os circuitos alimentadores.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Alternativas para Casos Especiais
• Em regiões muito distantes dos centros urbanos, pelas tecnologias
ADSL E HFC não possuírem um longo alcance, para esse caso existe
um esquema híbrido com conexão dial-up transportando Upstream
em um satélite de transmissão broadcast direto transportando
Downstream. E ainda é possível usar tecnologias sem-fio como os
dos serviços celulares digitais.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Pergunta
1 – Onde são e porque são utilizados os DSU/CSUs?.
Tecnologias para Conexões Digitais de Longa Distância
Resposta
1 – Utilizados em redes de transmissões de dados via companhias
telefônicas e servem basicamente para fazer a comunicação entre os
computadores digitais e a telefonia digital, funcionando como um
interprete das duas tecnologias digitais.
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Pergunta
2 – Quais as vantagens básicas de possuir conexão ADSL em relação
as conexões dial-up?.
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Resposta
2 – As principais vantagens fica por conta de possuírem taxas de
transferências muito maiores e não é preciso fazer mudança de
cabeamento.
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Pergunta
3 – Quais os tipo de tecnologia DSL existentes?.
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Resposta
3 – ADSL, SDSL, HDSL e VDSL.
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FIM!!!