Redes I - 2.1 - Camada Física e Tecnologias de Transmissão

5/12/2018 Redes I - 2.1 - Camada Física e Tecnologias de Transmissão - slidepdf.com

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Camada Física e Tecnologiasde Transmissão

Prof. Mauro Tapajós



Camada FísicaDefine a representação dos bits

Transmite bits

Preocupações físicas

Adapta o sinal ao meio de transmissão

Define o formato e a pinagem dos

conectores



Meios de Transmissão

É o caminho físico por onde passará ainformação na forma de sinais

O transporte dos sinais que representam osbits da comunicação de dados é feito através

de algum tipo de meio físico

Cada meio apresentam característicaspróprias de largura de banda, custo, atraso de

transmissão e facilidade de instalação e

manutenção



Fatores para o Design dos

Meios de TransmissãoBanda: quanto maior a largura de banda do sinal,maior a taxa de envio de bits que ele pode carregar

Limitações físicas: determinam a distância máximaque pode ser percorrida pelos sinais elétromagnéticos

Interferência: vários sinais competindo numa mesmafaixa de frequências podem se sobrepor distorcendo

oe mesmo eliminando o sinal resultanteNúmero de receptores: cada unidade ligada numarede insere atenuações e distorções para que possareceber o sinal com a informação, limitando a

distância e taxa de dados (bps) possível



Modelo de Comunicação deDados



Passos na Transmissão da

Informação1) Geração do padrão da informação (voz,

dado, imagem, vídeo, etc)

2) Descrição do padrão com certo grau de

precisão por um conjunto de símbolos(bits)

3) Codificação destes símbolos numa forma

adequada ao meio de transmissão deinteresse

4) Transmissão destes símbolos codificados

5) Decodificação dos símbolos

6) Recriação do padrão original com base

nos símbolos recebidos e sujeito à

degradação do meio de transmissão



Sinais

Representações do comportamento de umagrandeza elétrica

Descrevem algum tipo de informação a sertransmitida – (sinal = informação)

Servem como meio de transporte da informaçãoque se deseja transmitir

Sofre com as condições físicas do sistema decomunicações

Existe todo um embasamento matemático para asua descrição



Sistemas Contínuos e

Discretos



Sinais Analógicos e Digitais

Sinais analógicos – representado continuamente como função de umavariável independente

Sinais periódicos - variam de forma periódica segundo g(t)=g(t+T)Sinais discretos – representados somente em tempos determinados

(discretos)

Sinais digitais - são sinais discretos no tempo e amplitude



Sinais Analógicos

A intensidade varia sem nenhumainterrupção, não havendo descontinuidadedo sinal ao longo do tempo.

Sinais analógicos podem assumir infinitosvalores distintos de amplitude.

Tempo

Amplitude



Sinais DigitaisSão sinais cuja intensidade assume um númerofinito de valores, mudando abruptamente entrecada um destes valores ao longo do tempo.

Tempo

Amplitude

Tempo

Amplitude



Sinais Digitais

Representados como uma sequência de símbolosde um “alfabeto” de textos e dígitos

A capacidade de um canal digital é medida embps – bits por segundo

Os dados digitais são binários: usam 1’s ou 0’s

para representar qualquer informaçãoOs dígitos binários podem ser representados por

alterações em sinais eletromagnéticos



Alguns Tipos de Sinais

Sinal senoidal

Sinal de ondaquadrada

Sinal DC



Características do Sinal

Periódico

Amplitude

Freqüência

Fase

Tempo

Tempo

Tempo



Componentesem

Frequênciade um Sinal

Segundo a análise deFourier, um sinalpode ser decomposto

num somatório desinais componentessenoidais

+

=



Exemplo:Componentesdo Sinal Onda

Quadrada



Representação de Sinais na

FrequênciaChama-se largura de banda de um sinal a faixa defrequências onde o sinal pode ser transmitido sem perdasignificativa de sua energia



Representação de um SinalPeriódico na Freqüência

Tela de um osciloscópio mostrando uma onda senoidal



Noise and interference

s In practical communication systems signals are blurred by noise

and interference:

Time domain Frequency domain

Representação de um SinalPeriódico na Freqüência

Tela de um osciloscópio mostrando uma ondaquadrada e seu correspondente espectro



Largura de BandaLargura do espectro de frequência que podem ser

transmitidas num canal de comunicação

Quanto maior a largura de banda – mais bits

enviados por segundo (dependendo de outros

fatores como a codificação e modulação usadas)

e com custos maiores

Largura de bandas muito limitadas geram

distorções e menor taxa de bits



Máxima Taxa de Dados de um

Canal

Canal sem ruído = 2H log2V (bits/seg)

H = largura de banda (Hz)

V = número de níveis discretos

Canal com ruído = H log2(1 + S/N) (bits/seg)S/N – relação sinal ruído (dB)



Largura de BandaÉ a diferença entre a maior freqüência e a menor freqüência

de um sinal

freqüênciaAmplitude

24 KHz2 KHz

Largura de Banda = 24 – 2 = 22 KHz

freqüência

Amplitude

22KHz3 KHz

Largura de Banda = 22 – 3 = 19 KHz

30 dB

Pode-se utilizar como critério de determinação da largura debanda a faixa em que a maior parte do sinal está contido(largura de banda efetiva)



Sinal de Voz Humana

O sinal de voz humana está basicamente limitadoentre 300 Hz e 3400 kHz

L d



Largura deBanda da Voz



Por Que Estudar Sinais Analógicos e

Telecomunicações em Redes deComunicação de Dados?

Muitos dos tipos de informação tem origem em forma

analógico por natureza (voz, vídeo, etc)

Deve-se entender bem sinais analógicos e suascaracterísticas para se poder converter para formatodigital

Sistemas telefônicos eram primariamente analógicos

Ao final, os meios de transmissão físicos que irãoencaminhar a informação serão inerentemente

sistemas analógicos



Sinais com Problemas

Sinais sofrem atenuação, podendo não chegar emforma compreensível pelo receptor

Sofrem também com a distorção causada pelo atraso

diferenciado entre as varias componentes do sinalEfeitos de ruído são indesejáveis



Problemas que podem ocorrercom Sinais

Atenuação

Perda da força do sinal através da distânciaDistorção

Efeitos de atenuação e atraso diferenciados em

diferentes faixas de frequênciasRuído

Distorções diversas causadas por sinais

espúrios não usados na transmissão



Atenuação nos Sinais



Tipos de Transmissão de

SinaisAnalógica

Somente envia sinais analógicos

Uso de amplificadores para garantir que os sinaisalcancem distâncias maiores

O sinal não pode ser regenerado (transformado nasua forma original)

Digital Transmissão de sinais analógicos e digitais

Uso de repetidores para garantir maior alcance

Equipamentos de comutação podem regenerar os

sinais sendo transmitidos



Alta fidelidade - fácil

distinção do sinal na

presença de ruído

Independência do tempo - a informação digital

pode ser transmitida numa temporizaçãodiferente da gerada na origem

Independência da fonte da informação - toda ainformação digital pode seguir no mesmo canal

independente do que represente

Vantagens no Uso de Sinais

Digitais



O sinal digital pode facilmente ser regeneradoem comutadores intermediários no sistema de

transmissãoA informação digital pode ter vários significadosdependendo da codificação em uso para ela(texto, imagens, voz, vídeo, dados, correio, etc)

Facilidade no projeto e criação dos circuitos eprocessadores usados no processamento digital

Porém exige maior banda de transmissão

Vantagens no Uso de Sinais

Digitais



Erros no Sinal Digital – Pode

Acontecer!0 1 0 0 1 0

Sinal Original

Atenuação

Banda Limitada

Ruído

Sinal Recebido

0 1 0 1 1 0

Ruído Impulsivo

Erro



Os diferentes efeitos domeio de transmissãopodem deformar até osinal digital original

podendo também gerarerros

Atenuação eDistorçãonum Sinal

Digital



Perda Atenuação

Dispersão Distorção

Não-linearidade Novas frequências

Ganho Amplificação &Ruído

Causa Efeito

Efeitos Indesejados



CODEC – Codificador /

Decodificador Trabalham efetuando a conversão analógica-digital e vice-versa

Codificam qualquer tipo de sinal analógico (música, vídeo,etc) gerando seu correspondente em formato digital



O Processo de Digitalização

de um Sinal Analógico1) Amostragem do sinal analógico na frequência

de Nyquist (teorema da amostragem)

2) Quantização das amostras - para cada amostrase “arredonda” seu valor em amplitude paraum dos possíveis valores definidos

3) Codificação de cada amostra quantizada naforma de uma palavra digital



1) Amostragem do Sinal Digital

por PulsosPAM

Pulse Amplitude

Modulation



2) Quantização das Amostras

ObtidasCom PAM somente o tempo é representado em formadiscretaPara termos a amplitude discreta, “arredondamos” cadaamostra para um dentre um conjunto discreto de valores

definido



3) Pulse Coded Modulation - PCM

Com PCM cada amostra quantizada terá uma palavradigital representando aquele valor



Codificação de Voz PCM

PCM (Pulse Coded Modulation)

Codifica o sinal de voz (restritos na faixa de 4 kHz) em

bits para a transmissão

Isto é feito amostrando-se o sinal de vozperiodicamente

Se utilizarmos uma taxa de amostragem de 8000

amostras/seg, podemos recuperar o sinal na recepção

(teorema de Nyquist)

Se para cada amostra usarmos 8 bits, esta taxa de

amostragem implica numa transmissão de 64 kbps

(canal de voz PCM)



Digitalizaçãode Sinais de

VozPCM

(Processo)



Codificação PCM - Codificação

No exemplo, aamplitude daamostra é codificadaem 4 bits



Codificação PCM de Voz

Amostras geradas a cada 125 us (ou 8000 vezes por segundo)

Cada uma resulta em bits a serem encadeados no fluxo (neste exemplo são

usados 8 bits para cada amostra)



Codificação de Voz Para

Transmissão Digital - PCM A codificação PCM comum gera amostras de

16 bits e é chamada de PCM linear, por que

utiliza uma proporcionalidade linear na

definição da amplitude das amostras (por

exemplo: CDs de música, arquivos .WAV)

A norma ITU-T G.711 utiliza compressão logarítmica

dando maior precisão nas menores amplitudes (o ouvidohumano é mais sensível aos sinais mais baixos)

A-law - 13 bits para 8 bits - usado nos Brasil

µ-law - 14 bits para 8 bits - usado nos EUA e Japão



Codificação Digital de Sinais

de ÁudioMPEG – é um padrão ITU-T de compressão de áudio e vídeo

No caso do áudio ele explora propriedades psicoacústicas dossinais de áudio e a forma como ele é compreendido pelapercepção humana

A percepção do som é função da frequência e força do sinal.Naturalmente mascaramos a percepção de determinadasbandas de frequência presentes no sinal de áudio

Ao suprimir a informação referente a estas bandas, se reduz a

informação necessária para a correta reprodução do somExistem 3 níveis de codificação (Layers I, II e III).

Cada um com maior qualidade de som e tempo

de codificação

MP3 = MPEG Layer III



Sinais de VídeoSinais de vídeo naturalmente necessitam degrande largura de banda para sua transmissão

O olho humano percebe as cores como

composições de 3 cores básicas: vermelho (435nm), verde (546 nm) e azul (700 nm)

Células “cones” são especializadas na percepçãode cores (em sinais mais fortes), enquanto que ascélulas “rods” são especializadas em mobilidade etons de cinza (em sinais mais fracos)

A percepção de cores não tem espectro largo

Mais de um padrão espectral pode gerar a mesma

sensação de cor



Sinais deVídeo

AnalógicoVarredura da tela para

composição dasimagens

Montagem de imagementrelaçada



Montagem do Sinalde TV Analógica

Colorida



Geração e Transmissão de

Sinais de Vídeo Analógico



Idéias por Trás daCompressão de Sinais de

Vídeo DigitalA percepção de cores pela visão humana não temespectro largo (normalmente se usa 8 bits pararepresentá-lo digitalmente)

Assim, precisamos de menos bits para representarum vídeo colorido implicando numa menor taxa detransmissão

Em determinados momentos do vídeo, existe poucainformação nova a ser apresentada, exigindo menortaxa de quadros a ser enviada

Os níveis de detalhes da imagem podem sercodificados em separado, sendo que, os níveis mais

baixos contém maiores detalhes



Sinais de Vídeo Analógico

usado nas Transmissões deTVExistem 3 padrões na transmissão de vídeo para TV:

NTSC (National Television Standards Committee) -possui 524 linhas e sinal composto onde cada quadro émontado por dois campos (fields) par e ímpar entrelaçadosnuma taxa de 59,94 (≅ 30 + 30). É usado nos EUA e Japão

PAL (Phase Alternation by Line) - possui 625 linhas queformam 50 campos (fields) entrelaçados por segundoresultando em 25 quadros (frames) por segundo. A variantePAL-M é usado somente no Brasil e é apresentado a 30quadros por segundo

SECAM (Systeme Electronique Couleur Avec Memoire)- Semelhante ao PAL com 525 linhas e 25 quadros porsegundo. Usado na França, Rússia e alguns outros países



Compressão de Sinais de Vídeo

DigitalH.261 - (1 a 30) x 64 kbps - usado em Vídeoconferência

Formato QCIF - 144x176 pixels - menor taxa de bitsFormato CIF - 288x352 pixels - maior taxa de bits

H.263 - usado em taxas mais baixas (adequado paratecnologias de redes de acesso mais lentas)MPEG – compressão de fluxos de áudio e vídeo

MPEG I (SIF-Source Input Format ) – até 1,5 Mbps –Exemplo: VCDs – qualidade NTSC

MPEG II - adequado para transmissão, armazenamento,taxas diferentes que múltiplos de 64 kbps, além de taxasmais altas (4 a 15 Mbps) – (Exemplo: DVD’s)

MPEG III – trabalho absorvido pelo MPEG II

MPEG IV - adequado para VideoIP e multimídia emplataformas móveis (taxas médias)



Conversão de Sinais

Analógicos

Para sinais analógicos

– Barato e fácil de se fazer (por exemplo: telefone)

– Permite vários tipos de manipulações do sinal

para melhorar a eficiência da transmissão

– Usado nas redes telefônicas, rádio AM, FM, etc

Para sinais digitais

– Uso de CODEC’s



Conversão de Sinais Digitais

Para sinais analógicos

– Normalmente requer um Modem

– Permite que dados digitais sejam enviados porredes analógicas

– Necessária quando a transmissão for analógica

Para sinais digitais – Alternativa mais barata quando se está

trabalhando com grandes quantidades de dados

– Mais confiável por que não há conversão a ser

feita



Compressão de DadosReduz a quantidade de bits a serem enviados paradeterminado tipo de compressãoUsado na transmissão e no armazenamento (HD’s,CD’s, fitas, etc)

Seu princípio básico é eliminar a redundância nainformaçãoO código é substituído por porções comprimidas dosdados

Dois tipos: – Compressão lossless (sem perda): reconstitui os dadosexatamente como era o original (.ZIP, .GIF)

– Compressão lossy (com perda): reconstitui os dadosde forma que fiquem perceptualmente os mesmos(.JPEG, .MPEG)



Meios de Transmissão

O transporte dos sinais que representam osbits da comunicação de dados é feito atravésde algum tipo de meio físico

Cada meio apresentam características

próprias de largura de banda, custo, atraso de

transmissão e facilidade de instalação e

manutenção

Tx RxMeio deTransmissão



Tipos de Meios de Transmissão

Guiados: necessitam de condutores físicos de umdispositivo para o outro como cabos coaxiais, fibraótica, etcNão-guiados: não necessitam de condutores

físicos exclusivos. São os meios eletromagnéticoscomo a propagação eletromagnética no ar livre(atmosfera) ou num oceano

Cada tipo tem sua aplicação em função dascaracterísticas do sistema, condições geográficas ecustos

Passagem de cabos por pântanos, florestasUtilização de links sem fio através de uma

cidade, etc



Meios Guiados Mais Usados

Atualmente em Redes



Cabos de Par Trançado

É o mais popular, difundido e o mais adotado meio detransmissão utilizado em redes locais de computadores

Os condutores trançados visam evitar o efeito de indução dosinal no condutor adjacente (crosstalk )

Normalmente temos as seguintes variações:

UTP (Unshielded Twisted Pair ) - par trançado não-blindado - o sinalsegue com polaridades invertidas em cada cabo do par

STP (Shielded Twisted Pair ) - par trançado blindado - utilizado emmeios de alta incidência de ruídos eletromagnéticos como fábricas,linhas de montagem, transmissores, etc. Devem ser aterrados emambos os lados (efeito irradiador da blindagem).



Par Trançado

Cabo categoria 3: 4 pares de fios e coberturade plástico

Cabocategoria 5

: 4 pares de fios maisentrelaçados que o 3 e cobertura de teflon

Cabos categoria 5 são melhores em altastaxas de bits

Par Trançado Pinagem



Par Trançado - Pinagem

• O sentido do campoeletromagnético depende dosentido da corrente elétrica nocondutor, que por sua vez,depende das polaridades (positivaou negativa) dos sinais

• No par trançado, as informaçõestrafegam repetidas em dois fios,porém com polaridades invertidas

• Portanto o campo gerado por umcondutor é anulado pelo campo do

outro, reduzindo a interferênciapor crosstalk

• O efeito é intensificado quandodois fios são enrolados um aooutro (daí o nome par trançado)



• Par Trançado Blindado (“Shielded Twister Pair”)• Possui uma malha blindada global que confere uma maior

imunidade às interferências eletromagnéticas externas e

possui uma blindagem interna envolvendo cada par

trançado• Desta forma, o STP é utilizado em meios de alta

incidência de ruídos eletromagné-ticos, tais como:

fábricas, centrais de comutação, transmissores de alta

potência, etc

• Conectores e cabos

mais caros

STP com blindagem individualpara cada par

Par Trançado STP



• Liga equipamentos semelhantes (estações com estaçõesou dispositivos de rede com outros dispositivos de rede)

Cabo Cross



Categorias de Cabos de Par

TrançadoCategoria

Impedãncia(ohms)

Taxa da SinalizaçãoMáxima (MHz)

Taxa de bits(Mbps)

Tipos de Redes

1 150 1 Até 1 Telefonia convencional / ISDN BRI

2 100 5 Até 4 ISDN PRI

3 100 16 Até 10Ethernet 10baseT, 100baseT4 / TokenRing / (muito usado em telefonia nosEUA)

4 100 20 Até 16Ethernet 10baseT, 100baseT4 / 16 MbpsToken Ring (normalmente STP)

5 (568 -A) 100 100 Até 100 Ethernet 10baseT, 100baseT4,100baseT, 155 Mbps ATM

5E (568-B) 100 100 -Ethernet 10baseT, 100baseT4,100baseT

6 100 250 -Ethernet 100base TX, 1000baseTX,

token ring, ATM 155 e 622

7 600 - Aplicações em banda larga

São categorizados de acordo com a norma EIA/TIA 568



Cabo CoaxialO cabo coaxial consiste em dois condutores cilíndricos,um interno e outro externo, separados por um materialdielétrico (isolante)

O dado é transmitido no condutor mais interno. Aproteção de metal protege contra camposeletromagnéticos externos e evita que a radiação daenergia eletromagnética do fio interno interfira emoutros fios

Com um único cabo coaxial a transmissão é half-duplex,

ou seja, unidirecional para cada período.Adequado para frequências maiores que as usadas empar trançado



Cabo Coaxial

Alguns tipos comuns:

Cabo coaxial grosso (thicknet )50 Ohms – usado emEthernet 10BASE5

Cabo coaxial fino (thinnet ) 50Ohms – usado em Ethernet10BASE2



Cabos CoaxiaisAlgumas especificações RG (radio government ) paracabos coaxiais:

Thick Ethernet. RG-8, RG-9 e RG-11 (50 ohms)

Thin Ethernet: RG-58 (50 ohms)

TV: RG-59 (75 ohms)

Conectores BNC (bayonet network connectors)

Conexões Terminadores



Exemplo: Cabos Coaxiais emRedes Locais



Fibra Ótica



Fibra Ótica

As fibras são feitas de vidro de grandetransparência

A atenuação da luz na fibra depende docomprimento de onda da luz usada

Sistema de transmissão é composto de: fonte

de luz, meio de transmissão e detector de luz

Transmissores possíveis são LED’s (Light

Emitting Diodes) e lasers



Fibra Ótica

Utiliza o príncipio da reflexão da luz entre dois meios

Permite taxas muito elevadas de frequência (faixa daluz visível)

A tecnologia de hoje não utiliza plenamente acapacidade das fibras

Fibras multimodo (diâmetro 50 e 62,5 um): vários modosde propagação (vários sinais de luz). Apresenta problema dedispersão modal e alta atenuação (5 dB/km). As do tipo índice

gradual apresentam baixa atenuação (3 dB/km) e largura debanda de até 1 GHz

Fibras monomodo (diâmetro 5-10 um): permite um únicomodo de propagação, atingindo distâncias maiores que asmultimodo. Baixas perdas (0,2 dB/km) e largura de banda (>10

GHz)



Atenuação de Sinais na Fibra

Ótica



Comportamentoda Luz dentro

da Fibra



Fibra ÓticaA atenuação da luz na fibra depende do comprimentode onda da luz usada

Sistema de transmissão é composto de: fonte de luz,meio de transmissão e detector de luz

Transmissores possíveis são LED’s (Light Emitting

Diodes) e lasers

Aplicações:Redes Telefônicas, ISDN, LAN, WAN

FTTH - Fiber to the Home

Cabos submarinos

Distribuição de TV a cabo

Aplicações Médicas, Educacionais, Industriais e Militares



Fibra Ótica - Características

Adequado para grandes larguras de banda e grandesdistâncias

Permite comunicação Full-duplex

Grande imunidade à interferência eletromagnética eescutas (sniffing)

Ocupa pouco espaço e é leve

Apresenta dificuldade maior nas emendas de cabos

Ainda representa custo maior comparada com outrostipos de cabos

Limitada pela tecnologia eletrônica nos dispositivosintermediários na rede (pesquisas para chegar a uma

comutação totalmente ótica)



Exemplosde Cabosde Fibra

Ótica Cabo submarino



Fibra Ótica – Tipos de Conectores

SC Simplex

ST (normalmentemultimodo)

SC DuplexFC/PC



Fibra Ótica



Comparação da Fibra com Fios

de CobreEconomizam nos repetidores

Altas taxas

Imune a descargas elétricas e interferênciaeletromagnética

Mais compactas e leves, custo de suporte mais

baratos que os cabos tradicionaisMais seguras por não vazarem luz e nãopermitirem “escuta”

Tecnologia mais cara



Cabeamento EstruturadoNormas que descrevem a instalação de cabos emedifícios de forma organizada, facilitando a manutenção ealterações na topologia de rede e independente defabricante

Facilitam a futuras mudanças em equipamentos (maiorcusto inicial mas evita problemas de cabeamento futuros

Normas usadas: EIA/TIA 568C e ISO/IEC 11801

Meios de transmissão descritos:

Cabo UTP e STP

Fibra ótica multimodo 62,5/125

Fibra ótica monomodo



Cabeamento Estruturado!!!



Cabeamento

EstruturadoÉ preparado de tal forma que atende ao mais variados

lay-outs de instalação, por um longo período de

tempo, sem exigir modificações físicas da infra-estrutura.

Um só cabeamento atende diferentes tipos de redesde sinal em baixa tensão, como por exemplo telefonia,

redes locais de computação, sistema de alarme,

transmissão de sinal de vídeo, sistemas de

inteligência predial, automação predial e industrial.



Elementos de Cabeamento

EstruturadoCabeamento horizontal – segue da área detrabalho até o telecommunications closet (normalmente em topologias estrela)

Cabeamento Backbone (vertical) – se compõe daligação da sala de equipamentos com todos osdemais pontos de distribuição de cabeamento

Work Area (WA) – área de trabalho

Telecommunications closet (TC) – armário detelecomunicações (normalmente um por andar)

Equipment Room (ER) – sala de equipamentos.Ponto central de cabeamento da instalação.

Cabeamento Estruturado



Cabeamento Estruturado

Exemplo: Distâncias



Exemplo: Distânciaspara Cabeamento



Níveis de Interconexão

Físico

Enlance de Dados

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Repetidores

Pontes (Bridges)

Roteadores

Gateways



Repetidores

Estende fisicamente a rede interconectandomúltiplos segmentos de rede

Simplesmente regeneram o sinal e o repetem o

sinal para todas as redes nas quais ele estáconectado

Podem conectar diferentes cabeamentos, masnão diferentes protocolos de nível superior

Dispositivo que trabalha no nível físico no modeloOSI – baixo custo

Estações não percebem a existência de

repetidores



Concentradores - Hubs

10BASET module

10BASE2 module

Fiber module

Connection

for thick

coaxial cable

Repeater cards slide into chassis.

Cards interconnect through a common

backplane.

Wiring concentrator chassis



HUBs



Modulação de sinais

Sinais digitais em ondas quadradas possuem muitascomponentes em frequência (largura de bandainfinita) e sofrem muito na transmissão

Resultado: o sinal digital “puro” não é bom para a

transmissãoAssim, sinais em banda base (digital “puro”) sófuncionam em distâncias curtas (LAN´s)

Solução: Uma “portadora” (sinal senoidal) é enviado e

suas características alteradas de forma a transmitirembits



Modulação de sinaisNormalmente se necessita de “carregar” o sinal original emsinais de frequência mais adequada (portadoras - carriers)para os meios de transmissão sendo usados

A portadora é um sinal senoidal com frequência compatível

com o meio de transmissãoSolução: Uma portadora é enviada e suas característicasalteradas de forma a transmitirem o sinal original

Modulação é o processo de combinar um sinal de entrada

com uma portadora gerando um sinal adequado detransmissão

Portadoras de alta frequência apresentam menoratenuação e distorção, atravessando distâncias mais longascom menos perda



Modulação de Sinais Digitais em

Portadoras Analógicas

O exemplo mais conhecido é a comunicação de dadosatravés do sistema telefônico (modems)

Neste caso, deve-se transformar a informação digital numsinal que seja adequado para transmissão pelo canal devoz.



Consiste em transformar um sinal, através da sua combinação comoutro sinal, denominado portadora, de forma a melhor adequar atransmissão do sinal original ao meio de transmissão.

A portadora tem suas características (amplitude, freqüência oufase) modificadas de acordo com o sinal modulante.

A freqüência da portadora geralmente é bem maior que a maiorfreqûencia do sinal transmitido.

A modulação permite a multiplexação (junção de vários) sinais no

domínio da frequência

Modulação

f 0

Bla,

bla bla

f 0

Banda passante do

meio de transmissão

Modulação ASK



Modulação ASK ( Amplitude Shift

Keying)

Modulação FSK



ç(Frequency Shift

Keying)

Modulação PSK (Phase



Shift Keying)Melhor performance que ASK e FSK

BPSK (Binary Phase Shift Keying) - duas fasespossíveis (muito usado em rádio e satélite)

Modulação de sinais



Sinal digital original

Modulado por amplitude

Modulado por frequência

Modulado por fase



Modulação MultinívelA utilização de mais símbolos (níveis de amplitude,frequência ou fase) permite maior taxa de bits

Porém, ao definir mais símbolos, o esquema se torna maissusceptível à ruído

Os modems modernos usam alguma variante de ASK +PSK como QAM (Quadrature Amplitude Modulation)



Modulação QAM

Quadrature Amplitude Modulation

São combinações de ASK e PSK

com 16, 64 e 256 símbolosdiferentes

Aplicações em microondas



Modulações Comuns



Multiplexação

Custos com meios físicos obrigam a se“agrupar” vários canais de comunicação numúnico meio de transporte

Melhor aproveitamento da banda disponível



Multiplexação

Frequency Division Multiplexing



FDMMuito usado em telefonia e rádio

(TV, AM e FM)

Exige circuitos analógicos

Permite que vários canais sejam



FDM acomodados lado a lado em

frequência

No final, somente é transmitido umúnico sinal multiplexado



FDM



TDM

Time Division Multiplexing

Divide o tempo para os vários canais sendo

transmitidos (timeslots)

Mais adequado à transmissão de sinais digitais

Mais adaptado ao processamento de dados emformato digital

Exige sincronização entre os multiplexadores

TDM



Cada canal (cor diferente) possui um determinado tempo para

mandar seus bits, depois é a vez de outro canal



TDM

Não exige protocolos de enlace dedados para delimitação de PDU’s(quadros)A taxa de dados (data rate) é fixa,podem ocorrer slots vazios (comonas redes telefônicas)



Multiplexação TDM Estatística

Pacotes de vários fluxos de dados são misturadosnuma mesma fila e transmitidos sob demanda

Pode manter várias filas diferenciadas por serviço ondeum esquema de prioridades pode estar em vigor – cadafila é atendida de modo round-robin

Apresenta menor atraso médio (mas de formainconstante – alta variância) e aproveita melhor o canalde comunicação – TDM e FDM alocam canais exclusivosque estão em uso mesmo que não haja nada atransmitir !

Deve identificar a informação sendo enviada (canais)para correta entrega na recepção



MultiplexaçãoTDM Estatística

MultiplexaçãoTDM Síncrona



Spread Spectrum

Cada estação transmite um sinal que é “espalhado” numa largafaixa de frequências como se fosse um sinal de ruído

A estação receptora extrai apenas a sua mensagem, permitindo

que um conjunto de estações compartilhem o meio

Existem duas alternativas para SS:

Frequency hopping – a frequência de transmissão “salta”(muda) constantemente. O receptor deve estar sincronizado

com os “saltos” e pegar sua mensagemDirect Sequence – cada bit a ser transmitido é “cortado” emvários bits menores usando um padrão definido de bits. Isto temo efeito de “espalhar” o sinal numa largura de banda muitomaior que a original dele. A recepção deve usar o mesmo

padrão de bits para recuperar o sinal original



Direct Sequence

É uma tipo de modulação desenvolvido para fins militares

O sinal é modulado com uma sequência binária pseudoaleatória de forma a “alargar” o seu espectro

Este fato dificulta o envio de sinais de jamming (sinaispara impedir a transmissão)

Somente receptores que tenham a pseudo sequênciapoderão recuperar o sinal – segurança

Frequency hopping Direct sequence

Di S



Direct Sequence



Tecnologias

Baseadas em FibraÓtica

Usadas largamente em backbones de longo

alcance, além de várias tecnologias de redes(Ethernet, Fibre Channel, etc)

Já estão chegando na área metropolitana(MAN's) e nas redes de acesso

Tendência natural a ser a única infra-estruturade transmissão para várias tecnologias de rede(banda larga, pequena e flexível, imune a ruídos)



Hierarquias Digitais TDM de

Multiplexação em Sistemas deTransmissão

PDH – Plesiochronous

Digital Hierarchy (emdesuso)

SDH – SynchronousDigital Hierarchy

http://www.uni-marburg.de/hrz/komm/win/sdh.jpg



Sistemas PDH

Cada fonte é criada numa temporização própria(plesiócrona)

O sinal multiplexado é ligeiramente maior que asoma das componentes

Com isso não se sabe exatamente onde secomeça um canal

Necessidade de demultiplexação de todo o feixepara se retirar canais determinados

Formatos de feixe definidos:DS1 ou T1 - EUA e Japão

E1 - ITU-T (Brasil)

http://www.morion.ru/smm155.htm



Linhas TDM - T1 e E1Linhas digitais de padrão TDM, desenvolvidaspara a conexão de PABX’s com as operadorastelefônicas

Linha T1:

utilizada nos Estados Unidos e Japão

velocidade de 1544 Mbps (carrega 24 canais PCM)

Linha E1:utilizado no Brasil e Europa

velocidade de 2048 Mbps (32 canais PCM, sendo 30 para

dados e 2 para sinalização/sincronização

Organização do Feixe E1



g ç

Padrão: ITU-T G.70430 canais PCM de 64 kbps + 2 canais desincronização (canal 0) e sinalização (canal 16)

Organização do Feixe DS-1 (T1)



g ç

24 canais de 64 kbps

1 bit de sincronização inicial

O oitavo bit dos canais 6 e 12 é usado para sinalização

i i d Si d



Hierarquia do Sistema deTransmissão DigitalEuropeu/Brasileiro

E3

E2

E1

Ch 0

Ch 31

1

2

3

4

1

23

4E4

1

2

3

4

Legenda:

Canal DS0 (64 Kbps)

Canal E1 (2,048 Mbps)




E1

E2

E3

E4

Mux TDM E1

Mux TDM E2

Mux TDM E3

Mux TDM E4

Hi i d Si d



Hierarquia do Sistema deTransmissão Digital Americano

T2

T1

Ch 1

Ch 24

1

2

3

4

1

2

3

4

5

6

7

5

1

2

3

4

T3

6

T4

Legenda:

Canal DS0 (64 Kbps)

Canal DS1 (1,544 Mbps)




T1

T2

T3

T4

Mux TDM T1

Mux TDM T2

Mux TDM T3

Mux TDM T4



Organização dos Feixes

SDH Synchronous Digital

http://www.altera.com/solutions/comm/telecom/sonet/tel-sonet.html



SDH - Synchronous Digital Hierarchy

Inicialmente desenvolvida como SONET(Synchronous Optical Network ) nos EUA (ANSI)

Define uma interface ótica de transmissão(Recomendação ITU-T G.707)

Provê uma organização adequada para links comaltas taxas de transmissão

Possui um único clock que mantém a rede todasincronizada

Permite equipamentos mais simples (sem tantosbancos de multiplexadores e demultiplexadores)e controle total da rede via software

É a tecnologia mais usada para transporte dos

novos serviços de banda larga em longa distância

SDH

http://www.altera.com/solutions/comm/telecom/sonet/tel-sonet.html



STM - Synchronous Transport ModuleSTS – Synchronous Transport Signal

OC – Optical Carrier

WDM W l ht Di i i



WDM - Wavelenght-Division

Multiplexing Transmissão de vários feixes de luz em frequênciasdiferentes (cores) multiplexados numa mesma fibra ótica

Permite melhor utilização das capacidades das fibras

A diferença básica sobre FDM é que o processo demultiplexação é totalmente passivo

DWDM D W l ht



DWDM – Dense Wavelenght-

Division Multiplexing

Em DWDM mais comprimentosde onda são inseridos na fibrapara se ter mais vias de dados



DWDM – Dense Wavelenght

Division MultiplexingMuitas operadoras estão chegando ao limite de suainfra-estrutura de fibras baseadas em TDM(SDH/SONET), uma tecnologia originalmente

desenvolvida para tráfego de voz digitalUma opção seria se passar mais fibras. Nem sempre épossível por razões de custo (Por exemplo: cabosmarítimos)

Partindo da planta atual de fibras passadas, existemduas alternativas para o crescimento de banda

aumentar a atual taxa de dados (bps) TDM usadas nasfibras – alternativa limitada!

aumentar o número de canais que podem passar por umaúnica fibra (multiplexação) - DWDM!

DWDM e TDMPode ser feita uma analogia como se a fibra fosse uma avenida de



Pode ser feita uma analogia como se a fibra fosse uma avenida devárias faixas, onde TDM somente utiliza uma destas faixasganhando velocidade aumentando a potência do motor do carro

DWDM por outro lado utiliza várias faixas de forma independente esem restrições sobre os tipos de veículos que trafegariam nestasfaixas. Pode-se cobrar de um cliente somente o comprimento deonda que ele utilizar (uma faixa) e não toda uma fibra (umaavenida)

É essencialmente uma tecnologia de meio físico, independente deprotocolos e formatos



Comunicação em Banda Larga

Sinais em banda larga são os sinais usados paratransmissão em longas distâncias e queconcentram vários canais de informação

Utilizando técnicas de modulação e multiplexaçãopode-se compor mais canais num mesmo meiofísico aproveitando melhor sua capacidade

Estas técnicas são adequados para comunicaçãosem fio, pois diferentes faixas de rádio podem ser

Documents

Redes I - 2.1 - Camada Física e Tecnologias de Transmissão