Tele-Processamento e Redes
(Redes de Computadores)
Prof. Fábio Moreira Costa
Capítulo 2
Camada Física


Comunicação e codificação de dados
Meios de transmissão



Sistema telefônico




Meios guiados (com cabeamento elétrico ou ótico)
Meios não-guiados: Transmissão sem fio
Convencional
Celular móvel
ISDN, B-ISDN / ATM (aspectos físicos)
Satélites de comunicação
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2
Transmissão de Dados:
Terminologia

Transmissor

Receptor

Meio de transmissão

Meios guiados


Ex.: par trançado, fibra ótica
Meios não-guiados

Ex.: ar, água, vácuo
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3
Transmissão de dados:
Cenário típico
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4
Transmissão de Dados:
Terminologia (2)

Enlace direto

Sem dispositivos intermediários


Enlace ponto-a-ponto



Exceto amplificadores / repetidores de sinal
Enlace direto
Compartilhado por apenas dois dispositivos
Enlace multi-ponto

Mais do que dois dispositivos compartilham o
mesmo enlace
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5
Enlaces ponto-a-ponto e
multi-ponto
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6
Transmissão de Dados:
Terminologia (3)

Transmissão Simplex

Dados fluem em uma direção apenas


Transmissão Half-duplex

Fluxo de dados alterna entre as duas direções


Ex.: televisão
Ex.: walk-talk (... câmbio ...)
Transmissão Full-duplex

Fluxo de dados em ambas as direções ao mesmo
tempo

Ex.: telefone
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7
Modelo de comunicações
Aspectos-chave:
Freqüência
Espectro
Largura de banda
No domínio do tempo
No domínio da freqüência
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8
Conceitos no domínio do
tempo

Sinal contínuo


Sinal discreto


Mantém um nível constante por certo tempo e
então muda para um outro nível constante
Sinal periódico


Varia de maneira suave ao longo do tempo
Um mesmo padrão se repete ao longo do tempo
Sinal aperiódico

Padrão não se repete ao longo do tempo
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9
Sinais discretos e contínuos
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10
Sinais
periódicos
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11
Características de sinais
periódicos



Amplitude de pico

Máxima potência (força) do sinal

Medida em Volts
Freqüência (f )

Taxa de mudança do sinal

Medida em Hertz (Hz): ciclos por segundo

Período (T ): duração de uma repetição do sinal

T=1/f
Phase (Φ)

Posição relativa do sinal no tempo
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12
Exemplo: Diferentes ondas
senoidais
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13
Comprimento de onda (λ)

Distância ocupada por um ciclo do sinal
ou


Distância entre dois pontos de fase
correspondente entre ciclos consecutivos
Assumindo que a velocidade do sinal seja v



λ = vT
λf=v
Caso particular: v = c

c = 3*108 ms-1 (velocidade da luz no vácuo)
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14
Conceitos no domínio da
freqüência

Sinais são usualmente compostos por muitas
freqüências

Componentes de um sinal: ondas senoidais

Análise de Fourrier

Qualquer sinal é composto por uma somatória
(infinita) de componentes senoidais
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15
Adição de
ondas
senoidais
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16
Domínio da
Freqüência
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17
Espectro e Largura de
Banda

Espectro


Largura de banda absoluta


Largura do espectro
Largura de banda efetiva



Faixa de freqüências contidas em um sinal
Ou simplesmente “largura de banda”
Faixa estreita de freqüências que concentra a maior parte da
energia do sinal
Componente DC


Componente de freqüência zero
Desloca o sinal para cima ou para baixo no eixo da amplitude
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18
Sinal com componente DC
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19
Taxa de Dados e
Largura de Banda

Qualquer sistema de transmissão tem uma
faixa de freqüências limitada

Isto limita a taxa máxima de transmissão de
dados
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20
Sinal digital representado
com 3 componentes de
freqüência (f, 3f e 5f )
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21
Sinal digital representado
com 4 componentes de
freqüência (f, 3f, 5f e 7f )
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22
Sinal digital representado
com infinitas componentes
de freqüência
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23
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24
Problemas de transmissão

Atenuação do sinal

Distorção por atraso

Ruído
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25
Atenuação do sinal



A potência do sinal cai com a distância
Freqüências mais altas sofrem maior atenuação
Requisitos:




a potência do sinal deve ser suficiente para que o receptor
o interprete corretamente
a potência do sinal deve ser suficientemente maior do que a
potência do ruído
Efeito pode ser reduzido com o uso de equalizadores
Solução para transmissão a longas distâncias


amplificadores (sinais analógicos)
repetidores (sinais digitais)
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26
Atenuação do sinal (2)
P1 watts
transmissor
P2 watts
receptor
Atenuação
10 log10 (P1/P2) dB
Amplificação
10 log10 (P2/P1) dB
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27
Distorção por atraso

A velocidade de propagação de um sinal em
um meio varia com a freqüência

as várias componentes de freqüência de um sinal

se propagam a velocidades diferentes

chegam ao receptor em tempos diferentes


Em transmissão digital


deslocamento de fase
causa interferência entre bits sucessivos
Equalização do sinal
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28
Ruído

Sinais indesejados introduzidos pelo meio de
transmissão


Somam-se ao sinal transmitido
Ruído térmico

função da temperatura – agitação dos elétrons

não pode ser eliminado

constante ao longo da faixa de freqüências

ruído branco
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29
Tipos de ruído

Ruído de intermodulação

quando sinais em diferentes freqüências
compartilham o meio de transmissão

as freqüências dos sinais se somam produzindo
um sinal expúrio em uma outra freqüência

pode interferir com um sinal transmitido naquela
freqüência

produzido por comportamento não-linear
(defeituoso)
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30
Tipos de ruído (2)


Ruído de “Linha cruzada”

Acoplamento acidental entre meios transmissores

Sinais indesejados captados pelo meio
transmissor

Comum em cabos de par trançado e em
transmissão por microondas
Ruído de Impulso

Pulsos (ou picos) de curta duração (não
contínuos) e alta amplitude
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31
Ruído: Interferência no sinal
Signal
Noise
Logic
Threshold
Signal+Noise
Sampling times
0 1
0 1
1
0
1 1 0
1 1 0
0
0
0
1
0 1
0 1
Data Received
Original data
Bit error
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32
Taxa de transmissão
máxima de um canal

Taxa de sinalização – medida em bauds



quantidade de vezes que o valor do sinal muda
em um segundo
M níveis de sinal: 1 baud = log2 M bits
Teorema de Nyquist (1924):




H = largura de banda do canal
canal livre de ruídos
taxa máxima de transmissão = 2H log2 M bits/s
Ex.: M = 8; H = 3,1KHz: 18.600bps
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33
Taxa de transmissão
máxima de um canal (2)

Lei de Shannon (1948):

Admite a existência de ruído térmico

Com base na razão entre a potência do sinal e a
potência do ruído (S/N)

S: potência do sinal

N: potência do ruído

medida em decibéis (dB)

Taxa máxima = H log2 (1 + S/N)

Ex.: H=3,1KHz; S/N=30dB (1000): 30.000bps
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34
Meios de Transmissão

Par trançado

Cabo coaxial

Fibra ótica

Transmissão sem fio – Meios não-guiados
Meios guiados
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35
Par Trançado

Dois fios de cobre isolados, trançados em
espiral

Aplicações comuns

telefonia fixa

redes locais
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36
Par Trançado: Características
de transmissão



Regeneração do sinal

transmissão analógica: a cada 5 ou 6Km

transmissão digital: a cada 2 ou 3Km
Problemas de transmissão

atenuação (aumenta com a freqüência)

interferência eletromagnética (ruídos)

trançamento reduz interferências
Taxas de transmissão típicas

longa distância: poucos Mbps

curtas distâncias (redes locais): 10Mbps a 1Gbps
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37
Par Trançado: Tipos

Não-blindado (UTP)

Blindado (STP)

UTP Categoria 3


tipicamente utilizados para voz
UTP Categoria 5

trançamento mais denso

isolamento de teflon

menor interferência e melhor qualidade do sinal

tipicamente utilizados em redes locais

largura de banda: até 100MHz
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38
Par trançado:
Características físicas
Conector
RJ-45
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39
Cabo Coaxial
Usos típicos


CATV

redes locais (em desuso)
Vantagens em relação a UTP



Menos susceptível a ruídos e interferências

Maior largura de banda

Suporta distâncias maiores
Largura de banda típica: 500MHz
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Conector BNC
40
Fibra Ótica
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41
Fibra Ótica (2)
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42
Fibra Ótica: Vantagens

Largura de banda: 30.000GHz


Tamanho e peso reduzidos


diâmetro da fibra: 8 a 100μm
Baixa atenuação


Taxas de transmissão possíveis da ordem de Tbps
maiores distâncias sem repetidores
Isolamento eletromagnético
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43
Fibra ótica: Tipos


Fibra multi-modo

pulso composto de múltiplos raios de luz

cada raio se propaga por um caminho diferente dentro da
fibra

aumenta a duração do pulso
Fibra mono-modo

raio transversal da fibra = 1 comprimento de onda

apenas um raio se propaga


pulos mais curtos: maior taxa de transmissão
maiores distâncias
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44
Fibra ótica: Tipos
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45
Fibra ótica: Uso em redes
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46
Fibra ótica: Rede em estrela
passiva
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47
Transmissão sem fio
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48
Transmissão sem fio: Taxa
de transmissão máxima

Proporcional à largura de banda da faixa de
freqüências usada para transmissão

Quanto maior a largura de banda (em Hz),
maior a taxa de transmissão que pode ser
atingida (em bps)


Obs.: a freqüência é inversamente proporcional
ao comprimento de onda: λ f = c
Faixas de transmissão são alocadas por
agências reguladoras (governamentais)
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49
Técnicas de transmissão
sem fio


Spread spectrum

Sinais transmitidos são espalhados em um faixa
de freqüências

Usado para Ethernet sem fio (padrão IEEE
802.11b)
Frequency hopping

Transmissão salta de uma freqüência para outra
periodicamente, seguindo um padrão regular

Usado no padrão Bluetooth para PANs
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50
Transmissão por rádio

Omnidirecional

Longas distâncias



Potência cai bastante com a distância (1/r3)
Em freqüências mais altas

Ondas tendem a se propagar em linha reta

São refletidas por obstáculos no caminho
Transmissão sujeita a interferências
Transmissão por ondas de
rádio
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52
Transmissão por
micro-ondas

Ondas se propagam em linha reta


Distância máxima de propagação


Exigem alinhamento preciso das antenas
Proporcional à raiz-quadrada da altura das antenas. Ex.:
h=100m, distância máxima = 80Km
Distorções

Ondas são refletidas por obstáculos

Ondas podem ser refratadas pela atmosfera, absorvidas
por gotas de chuva

Multipath fading: partes do sinal são recebidas em tempos
diferentes
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53
Transmissão por
micro-ondas (2)

Faixas de freqüência

2,400 – 2,484GHz: redes locais sem fio

902-928MHz: telefones sem fio

5,725 – 5,850GHz: redes locais sem fio mais
recentes
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54
Transmissão por
infra-vermelho

Altamente direcional


Ex.: controles remotos
Aplicações em redes locais

Embora não usado amplamente
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55
Transmissão por laser
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56
Sistema Telefônico


Motivação para seu estudo

Comunicação entre computadores separados por longas
distâncias

Infra-estrutura já existente

Embora não apropriada para transmissão digital

Originalmente projetada para transmissão analógica de voz
Usos em redes de computadores:

conexão através de modems – linha discada (dial up)

alocação de canais de transmissão de alta capacidade

conexão de redes locais remotas
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57
Comparação com redes de
computadores
Taxa de
transmissão
Taxa de erros
Redes locais
Rede telefônica
107 a 109 bps
104 bps
10-12 a 10-13
10-5

Diferença de desempenho: 11-12 ordens de
magnitude
 Otimização do uso
 Melhoria da infra-estrutura da rede telefônica
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58
Estrutura do sistema
telefônico

Evolução

Totalmente conectado  hierárquico
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59
Estrutura do sistema
telefônico (2)

Local loop: par trançado, transmissão analógica

Troncos: fibra ótica ou microondas, digital

Estações comutadoras
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60
Local loops

Representam as extremidades da rede telefônica
(última milha)

Transmissão analógica

Necessidade de modulação do sinal digital
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61
Local loops: Por que não
transmissão digital?

Atenuação, distorção do sinal e ruído


efeitos aumentam à medida que se aumenta a faixa de
freqüências do sinal transmitido
Transmissão de sinais digitais exige faixas de
freqüências largas

i.e., mais componentes de freqüência

Sofrem mais atenuação e distorções

Ruídos afetam a integridade da informação

Além disso: largura de banda disponível (3KHz) é
insuficiente para transmissão digital a taxas razoáveis
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62
Clarificando...

Transmissão digital

sinalização DC



níveis discretos de voltagem
em geral, utilizando tantas componentes de
freqüência quantas permitidas pela largura de
banda do meio
Transmissão analógica

sinal varia continuamente

transmissão de dados digitais: exige modulação
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63
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64
Modems

Modulação: digital  analógico

De-modulação: analógico  digital

Entre um par de modems: sinalização AC (contínua)

Onda portadora senoidal em uma determinada
freqüência


sinal resultante centrado na freqüência da portadora
Técnicas de modulação:

por amplitude

por freqüência

por deslocamento de fase
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65
Modulação
Sinal original
Modulação por
amplitude
Modulação por
freqüência
Modulação por
mudança de fase
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66
Esquemas de modulação

Na rede telefônica:


Largura de banda: 3KHz
De acordo com Nyquist (2H log2 M):


taxas de amostragem mais altas do que 6000Hz são
inúteis
Solução para taxas mais altas de transmissão

combinação de técnicas de modulação para
transmissão de múltiplos bits por baud


Ex.: amplitude + fase
técnicas de compressão de dados
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67
Esquemas de modulação
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68
Interface com o modem
(tradicionalmente)

RS-232C

Utilizada com modems externos

Atualmente, modems internos são mais comuns (em
computadores pessoais)

diretamente ligados ao barramento
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69
Uso de fibra ótica no
contexto do local loop: custo
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70
Conexões entre centrais
telefônicas: Troncos

Canais de alta capacidade

Enlaces de fibra ótica

Multiplexação da capacidade


Compartilhamento da largura de banda dos
troncos entre conexões independentes
Tipos de multiplexação básicos:

FDM (Multiplexação por Divisão de Freqüência)

TDM (Multiplexação por Divisão de Tempo)
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71
FDM


Espectro de freqüências é dividido, permitindo
múltiplos canais lógicos

Cada canal individual é deslocado para uma freqüência
diferente (mais alta)

Canais são então combinados, sem interferência mútua

O usuário de um canal possui uso exclusivo da sub-faixa de
freqüência alocada (enquanto durar a conexão)
Exemplo:

12 canais de voz (3000Hz) multiplexados em uma faixa de
48KHz (ex.: 60-108KHz), com espaçamento de 1KHz
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72
FDM (2)
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73
FDM (3)
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74
FDM: Transmissor
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75
FDM: Receptor
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76
WDM

Multiplexação por divisão do comprimento de
onda

Uma variação de FDM para uso em fibra ótica

Possibilita uma melhor ocupação da fibra

Capacidade máxima de transmissão: 25.000GHz

Capacidade máxima de sinalização: da ordem de
alguns GHz


Limite imposto pela conversão elétrico-ótica
Multiplexação WDM: inteiramente ótica
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77
WDM (2)
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78
TDM

Multiplexação no domínio do tempo



Múltiplos sinais digitais combinados intercalando porções
de cada sinal para transmissão no meio
Exemplo:

24 sinais digitais de 64Kbps = 24 canais TDM

Cada canal: 8 bits a cada 125μs (8000 x 8bits = 64Kbps)

A cada 125μs: 24 x 8 bits + 1 bit de sincronização = 193 bits

Capacidade total: 193 x 8000 = 1,544Mbps

Canais amostrados em round robin
Conhecido como TDM síncrono
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79
TDM: 24 canais de 64Kbps
 Duração de um slot (canal): 5,18μs
 Duração de um bit: 0,6477μs
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80
TDM síncrono: Quadros e
slots
Quadro
Quadro
1
2
3
n
1
2
3
n
Slot de tempo alocado ao canal 2
(pode estar vazio ou ocupado)
Quadros se repetem com periodicidade
constante
Cada quadro tem um número igual de slots,
alocados identicamente
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81
TDM síncrono: Transmissor
Multiplexador
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82
TDM síncrono: Receptor
Demultiplexador
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83
Multiplexação TDM em
vários níveis

Hierarquia de sinais digitais

Cada nível utiliza TDM síncrono para combinar os
sinais do nível anterior
(Esquema utilizado nos EUA)
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84
Multiplexação TDM em vários
níveis: Hierarquia européia
2,048Mbps
8,848Mbps
4:1
34,304Mbps
4:1
4:1
4:1
565,148Mbps
139,264Mbps
TDM: Aplicações

Apenas para sinais digitais

Sinais analógicos precisam ser primeiro
codificados em termos de sinais binários

Pulse Code Modulation (PCM)

A amplitude total do sinal analógico é dividida em
n níveis

A cada nível é atribuído um código binário

n níveis: log2 n bits são necessários para codificação
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86
PCM: Exemplo
 Codificação de sinal analógico usando PCM de 4 bits:
16 níveis de sinal
 Uma amostra a cada t milissegundos
 Cada amostra: 4 bits são transmitidos
10
8
6
11
12 12
11
9
8
7
9 9
10
9
7
4
3
2 2
3
4
6
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87
Otimização: Delta
Modulation
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88
SONET / SDH

Alternativa padronizada para as hierarquias
de sinais diginais então existentes (e
incompatíveis entre si)


Unifica os três sistemas de transmissão digital
então existentes: americano, europeu e japonês
Sinônimos (com pequenas diferenças):

SONET = Synchronous Optical Network


Padrão original desenvolvido pela Bellcore (EUA)
SDH = Synchronous Digital Hierarchy

Padrão conforme adotado pelo CCITT (atual ITU-T)
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89
SONET / SDH


Provê:

Uma estrutura padronizada para a transmissão de
sinais digitais

Uma hierarquia padrão para a multiplexação de
canais digitais
Emprega transmissão síncrona


Como em TDM, mas de maneira estruturada
Base para a transmissão de dados em redes
ATM de longa distância
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90
Sistema SONET

Comutadores (switches), multiplexadores e
repetidores

Seção: entre dois dispositivos

Linha: entre multiplexadores

Caminho: conexão fim-a-fim
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91
SONET: Estrutura de
transmissão

Quadros transmitidos a cada 125μs, contendo



Informações de controle
Dados
Canal de transmissão básico:

Quadros de 810 bytes: 90 colunas X 9 linhas




8 x 810 = 6480 bits transmitidos 8000 vezes por segundo,
resultando em uma taxa de transmissão de 51,84Mbps
STS-1 (Synchronous Transport Signal 1)
3 primeiras colunas – informação de controle
87 colunas – dados do usuário: 50,112Mbps
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92
SONET: Estrutura de
transmissão (2)
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93
SONET: Multiplexação
622,08Mbps
155,52Mbps
51,84Mbps
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94
SONET / SDH: Hierarquia de
multiplexação
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95
SONET: Arquitetura

Camada física dividida em 4 sub-camadas

Fotônica: propriedades do sinal ótico

Seção: enlaces diretos de fibra ótica

Linha: multiplexação/demultiplexação

Caminho: questões fim-a-fim da conexão
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96
SONET e ATM



SONET como a principal alternativa para
implementar a camada física de redes ATM
Utiliza o nível STS-3 (OC-3) como a taxa
básica: 155,52Mbps
ATM permite a utilização de redes SONET de
forma assíncrona


Multiplexando várias conexões de forma
assíncrona, sem reserva estática de capacidade
Permitindo melhor aproveitamento da capacidade
total de transmissão da rede física
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97
Comutação (Switching)

Comutador:

n linhas de entrada

m linhas de saída

Permite conectar cada uma das linhas de entrada a qualquer
uma das linhas de saída


Função básica para o roteamento de uma transmissão
Técnicas de comutação:

Comutação de circuitos – utilizada no sistema telefônico

Comutação de mensagens – pouco utilizada

Comutação de pacotes – utilizada em redes de computadores
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98
Comutação de Circuitos

Um caminho físico (circuito) é estabelecido
entre as duas extremidades da conexão

Comutadores intermediários se encarregam
de conectar os diversos segmentos da
conexão

Circuito dedicado permanece ativo e fixo
enquanto durar a conexão

Os vários segmentos podem ser fisicamente
diferentes: cobre, fibra ótica, microondas, etc.
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99
Comutação de circuitos (2)
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100
Comutação de circuitos:
Fases na comunicação

Estabelecimento do circuito

Tempo de conexão decorrente de:

propagação da requisição de conexão até o destino



propagação do reconhecimento de volta para o iniciador
Transmissão

dados são transmitidos diretamente e sem atraso,
utilizando o caminho dedicado já estabelecido


envolve a descoberta de um caminho físico até o destino
não há risco de congestionamento: capacidade dedicada
Fechamento da conexão
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101
Comutação
de circuitos
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102
Comutação de mensagens


Ausência de um caminho físico dedicado
Cada mensagem é tratada individualmente



mensagem enviada é recebida e buferizada
(completamente) pelo próximo comutador no
caminho
comutador decide para onde encaminhar a
mensagem e a transfere para o próximo
comutador, que atua semelhantemente, até que a
mensagem chegue ao destino
Store-and-forward networks
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103
Comutação
de mensagens



Sem o atraso inicial para
estabelecimento de
conexão
Mensagens muito longas
monopolizam o enlace (e
o comutador) por um
longo período de tempo
 não apropriado para
tráfego interativo
Pouco utilizada em redes
de computadores
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104
Comutação de Pacotes

Pacote: mensagem de tamanho fixo

Mensagens longas são segmentadas em pacotes

Cada pacote é tratado independentemente
dos demais

Melhor aproveitamento da capacidade do
meio de transmissão:

não é necessário esperar a recepção da
mensagem completa – cada pacote pode ser
encaminhado assim que recebido
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105
Comutação
de pacotes


Sem conexão
Cada pacote roteado
independentemente
 Menos tempo para
se concluir a
transmissão
 Apropriado para
tráfego interativo
 Não monopoliza os
enlaces e
comutadores
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106
Técnicas de comutação:
Comparação
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107
Comutação de circuitos vs.
comutação de pacotes
Comutação de circuitos
Comutação de pacotes
Reserva prévia e estática da
largura de banda necessária
Largura de banda é adquirida
e liberada dinamicamente
Largura de banda não
utilizada é perdida
Alocação dinâmica: melhor
utilização
Garante a largura de banda
necessária ao canal
Surtos de transmissão podem
sobrecarregar a rede
Usuários definem os
parâmetros de transmissão
Rede define parâmetros
básicos: formato e tamanho
dos pacotes
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108
Comutação de circuitos vs.
comutação de pacotes (2)
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109
RDSI de Faixa Estreita
(N-ISDN)

Rede Digital de Serviços Integrados




RDSI-FE
Integração de serviços de voz e dados
Transmissão digital
Conceito de um “tubo” de dados digital



Multiplexado em vários canais usando TDM
Taxa básica: 16Kbps controle + 2 x 64Kbps dados
Taxa primária: 64Kbps controle + 23 (ou 30) x
64Kbps dados
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110
N-ISDN: Taxa básica e taxa
primária
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111
N-ISDN: Arquitetura –
conexão para uso
doméstico
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112
N-ISDN: Arquitetura –
conexão de uso comercial
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113
RDSI de Faixa Larga
(B-ISDN)

RDSI-FL

Tecnologia baseada em circuitos digitais virtuais

Taxa básica: 155Mbps


Capaz de acomodar serviços mais avançados (ex.: vídeo
sob demanda, teleconferência)
Transmissão baseada em tecnologia ATM

Asynchronous Transfer Mode


Multiplexação estatística – alocação dinâmica da capacidade
de transmissão
Primariamente em redes de fibra ótica
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114
RDSI-FL: Circuitos Virtuais

Comportamento de comutação de circuitos
implementado com comutação de pacotes


Serviço orientado a conexões
Circuitos virtuais permanentes (PVC)


Configurados manualmente
Ativos por tempo indeterminado (permanentemente)


Elimina o tempo de estabelecimento de conexão
Circuitos virtuais comutados (SVC)



Estabelecidos dinamicamente
Liberados quando não mais necessários
Estabelecimento – Transmissão – Liberação
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115
RDSI-FL: Circuitos Virtuais (2)

Uma rota é definida entre origem e destino da
conexão



Todos os pacotes trafegam por esta rota
Comutadores intermediários

registram, em suas tabelas internas, a rota que pacotes de
cada circuito virtual devem seguir

reservam recursos para cada circuito virtual
Pacotes possuem um campo identificando o circuito
virtual a que pertencem

Esta informação é usada pelo comutador para determinar a
rota a ser usada para encaminhar o pacote
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116
RDSI-FL: Circuitos Virtuais (3)
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117
Circuitos virtuais vs.
Comutação de circuitos

Comutação de circuitos

Alocação rígida da capacidade de transmissão



Com circuitos físicos, FDM, ou com a reserva de slots TDM
Capacidade não utilizada não pode ser reaproveitada
Circuitos virtuais: Alocação flexível


Baseada em estatísticas de uso global da rede

A soma das capacidades individuais alocadas pode ser maior
do que a capacidade nominal da rede!

Na prática, contudo, o tráfego global gira em torno de uma
média, não ocorrendo congestionamentos constantes
Capacidade não utilizada por um circuito pode ser
reaproveitada por outros circuitos
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118
Transmissão em redes
RDSI-FL: ATM


Asynchronous Transfer Mode
ATM vs. TDM:

Em TDM:



Cada conexão tem uma posição de slot fixa em quadros
que se repetem periodicamente
Alocação estática, fixa, sincronizada com o relógio mestre
Em ATM:


Unidades de transmissão: Célula (pacote pequeno, de
tamanho fixo)
Células provenientes de fontes distintas não precisam se
alternar de maneira fixa na transmissão
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119
Transmissão em redes ATM
TDM:
ATM:
 Multiplexação estatística por divisão de tempo
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120
Transmissão em redes ATM:
Células


Pacotes pequenos, de tamanho fixo
53 bytes:
5
bytes de cabeçalho (header)
 Identificação
do circuito virtual, CRC do cabeçalho, tipo da
célula, prioridade, etc.
 48
bytes de informação do usuário (payload)
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121
Transmissão em redes ATM (2)


Fluxo de células não precisa ser contínuo

Lacunas podem existir

Preenchidas com células de enchimento (vazias)
Formato para transmissão de células

Diretamente sobre o meio físico

Utilizando uma estrutura de transmissão padrão subjacente
(carrier). Exemplos


T3 (44,736Mbps), SONET / SDH (155,52Mbps ou
622,08Mbps), FDDI (100Mbps)
Padroniza a forma em que células são encaixadas nas
respectivas estruturas de transmissão
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122
Transmissão em redes ATM (3)

Meios de transmissão

Fibra ótica

Par trançado categoria 5 (ou coaxial)



Para enlaces com menos de 100m
Enlaces ponto-a-ponto

Entre um computador e um comutador (switch)

Entre dois switches

Multicasting: switch propaga uma célula recebida através de
múltiplas linhas de saída
Enlaces unidirecionais

Full duplex: dois enlaces, um para cada sentido de transmissão
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123
Redes ATM: Modelo de
Referência – Camadas
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124
Redes ATM: Modelo de
Referência – Camadas (2)
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125
Camada Física em Redes
ATM

Dividida em duas sub-camadas:

PMD: Physical Medium Dependent



Interface própria para cada tipo de meio de transmissão
Codifica um fluxo de células em um fluxo de bits
apropriado
TC: Transmission Convergence


Interface uniforme para a camada superior (camada ATM)
– independentemente do meio físico utilizado
Reconstituir um fluxo de células consistente a partir do
fluxo de bits recebido – enquadramento de células

Funcionalidade de camada de enlace (próximo capítulo)
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126
Camada Física em Redes
ATM (2)
Recebe um
fluxo de
células da
camada ATM
Remonta as
células e as
entrega à
camada ATM
Interface uniforme para a
camada ATM
(independente do meio
físico)
TC
TC
Repassa as
células como
uma seqüência
de bits p/ PMD
PMD
Entrega um fluxo
de bits para a
camada TC
PMD
Codifica bits
em sinais
digitais para
transmissão
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Recebe sinais
digitais através
do meio
127
Comutadores (switches)
ATM

N linhas de entrada
 M linhas de saída
 Tipicamente: N = M
 Switching fabric
 mecanismos
internos
que se encarregam
de retransmitir as
células através das
saídas apropriadas
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128
Comutadores ATM (2)

Operação síncrona

Dirigida por um relógio mestre



A cada ciclo, células são retransmitidas

Pipelining


demarca o início de cada ciclo de comutação
pois células chegam de maneira assíncrona
Vários estágios no processo de comutação
Células são recebidas, p. ex., a 150Mbps

duração do ciclo: 2,7μs

Ex.: com 32 linhas de entrada/saída: 32 células comutadas
a cada 2,7μs
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129
Comutadores ATM (3)

Objetivos de projeto:

Comutar todas as células com uma taxa de
descarte de células mínima



em casos de congestionamento, células podem ser
descartadas
não deve ultrapassar 1 célula a cada 1012 células
recebidas
Nunca reordenar as células em um circuito virtual


células que chegam em determinada ordem devem ser
despachadas na mesma ordem
se todos os comutadores agirem assim, a ordem será
preservada no circuito virtual como um todo
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130
Comutadores ATM (4)

O que fazer quando duas células são
recebidas no mesmo ciclo (por linhas de
entrada diferentes), as quais devem deixar o
switch pela mesma linha de saída?


O switch deveria retransmitir uma das células e
buferizar a outra para retransmissão no próximo
ciclo
Duas alternativas:


Filas na entrada
Filas na saída
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131
Comutadores ATM:
Enfileiramento de células na
entrada do switch
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132
Comutadores ATM:
Enfileiramento de células na
saída do switch
Teleprocessamento e Redes – Prof. Fábio M. Costa – Instituto de Informática – UFG
133
Leitura complementar

Redes de rádio celular


Tanenbaum, seção 2.7
Satélites de comunicação

Tanenbaum, seção 2.8
Teleprocessamento e Redes – Prof. Fábio M. Costa – Instituto de Informática – UFG
134