Mestrado em Engenharia de Telecomunicaçõesdebora/redes1/pdf/cap2.pdf · como a Lei de Shannon)...

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Mestrado em Engenharia de TelecomunicaMestrado em Engenharia de TelecomunicaççõesõesRedes de Computadores I

1

Redes de Computadores IRedes de Computadores I

Nível Físico

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

[email protected]

NNíível Fvel Fíísicosico

Profa. DProfa. Déébora Christina Muchaluat Saadebora Christina Muchaluat Saade

deboramsdeborams@[email protected]

Mestrado em Mestrado em Sistemas de TelecomunicaSistemas de Telecomunicaççõesões

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Utilização dos Meios Físicos

3


TiposTipos dede SinalSinal

��Sinal AnalSinal Analóógicogico•• VariaVariaçção Contão Contíínuanua

��SinalSinal DigitalDigital•• VariaVariaçção Discretaão Discreta•• IntervaloIntervalo dede SinalizaSinalizaççãoão

Qualquer informação pode ser transmitida através de sinal analógico ou digital

4


SinaisSinais

��Qualquer sinal podeQualquer sinal pode serser entendido como entendido como umauma soma desoma de ondas ondas de de diferentes diferentes freqfreqüüênciasências e amplitudes.e amplitudes.

•• AnAnáálise lise de Fourierde Fourier

+ + ....+

5


Gráfico que mostra a “contribuição” de cada freqüência componente(harmônico) na construção do sinal resultante. Esta contribuição estáintimamente relacionada à amplitude daquela componente.

Exemplo:espectro de umsinal de voz

dB

40

4000Hz

Espectro de um Sinal

7


Meio FMeio Fíísicosico

��MeioMeio dede propagapropagaççãoão dasdas ondas ou sinais ondas ou sinais transmitidostransmitidos•• pares depares de condutorescondutores•• sinais codificados como diferensinais codificados como diferenççasas dede voltagemvoltagem

��CaracterCaracteríística fstica fíísicasica::•• atua como filtroatua como filtro dede freqfreqüüênciasências dodo sinal sinal

transmitidotransmitido,, que sofre uma perdaque sofre uma perda emem cada umacada umadede suas componentessuas componentes dede maneira desigualmaneira desigual

2


8


Efeito daEfeito da BandaBanda Passante LimitadaPassante Limitada dodo MeioMeio

�� Sinal AnalSinal Analóógicogico•• Dependendo da largura da banda passanteDependendo da largura da banda passante

–– perda daperda da ““qualidadequalidade””–– impossibilidadeimpossibilidade dede entendimento da informaentendimento da informaççãoão no receptorno receptor

�� SinalSinal DigitalDigital•• Dependendo da largura da banda passante Dependendo da largura da banda passante

–– erros na receperros na recepçção da informaão da informaççãoão

Distorção do sinal recebido devido ao diferente ganho aplicado às diversas componentes do sinal.Distorção do sinal recebido devido ao diferente ganho aplicado às diversas componentes do sinal.

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

Harmônicos

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

Harmônicos

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

Harmônicos

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

Harmônicos

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

00 22 44 66 88 1010 1212 1414 1616 1818 202000

0.30.3

0.60.6

HHaarrmmôônniiccooss

3


14


não é necessário que se preserve o formato preciso do

sinal original para que sepossa receber corretamente

as informações.

nãonão éé necessnecessáário querio que se se preserve opreserve o formato precisoformato preciso dodo

sinalsinal originaloriginal para quepara que sesepossa receber corretamentepossa receber corretamente

asas informainformaççõesões..

NaNa transmissão atravtransmissão atravééss dede sinais digitaissinais digitais

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RecuperaRecuperaççãoão dodo SinalSinal DigitalDigital

ReceptorReceptorTransmissorTransmissor

Transmissão

T

Intervalos de sinalização

T

Instantes de amostragem

T

Sinal recuperado

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BandaBanda Passante NecessPassante Necessááriaria

��ExemploExemplo•• AA banda passante necessbanda passante necessááriaria de um canalde um canal

telefônico capaztelefônico capaz dede mantermanter boaboa intelegibilidadeintelegibilidade dosdosinterlocutoresinterlocutores temtem uma largurauma largura dedeaproximadamenteaproximadamente 3000 Hz.3000 Hz.

Sinal Analógico

Banda passante mínima exigida para omeio físico de forma a preservar uma determinada qualidade do sinal recebido.

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BandaBanda Passante NecessPassante Necessááriaria

Sinal DigitalQual será a banda passante mínima exigida para o meio físico que garanta arecuperação da informação original peloreceptor ?

SinalSinal DigitalDigital

A

-T/2 T/2

s(t)

|S(f)|

AT

-1/T 1/T 2/T-2/T

SinalSinal DigitalDigitalNum sinal digital, as freqüências mais significativas estão em torno dasfreqüências mais baixas

A

-T/2 T/2

s(t)

|S(f)|

AT

-1/T 1/T 2/T-2/T

4


SinalSinal DigitalDigital

Quanto maior afreqüência, menor sua contribuição na composição dosinal digital

Num sinal digital, as freqüências mais significativas estão em torno dasfreqüências mais baixas

A

-T/2 T/2

s(t)

|S(f)|

AT

-1/T 1/T 2/T-2/T

Banda passante necessária aproximada

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Taxa Taxa de de TransmissãoTransmissão

�� Quanto Maior Quanto Maior a a Taxa Taxa de de Transmissão Transmissão Maior Maior éé a a banda banda Passante NecessPassante Necessááriaria

•• Altas velocidades Altas velocidades exigem exigem ““banda banda largalarga””

–– BroadbandBroadband

A

-T/2 T/2

s(t)

|S(f)|

AT

-1/T 1/T 2/T-2/T

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TaxaTaxa de de Transmissão MTransmissão Mááximaxima

��Teorema de Nyquist:Teorema de Nyquist:•• Na ausência de ruNa ausência de ruíído, a do, a capacidade mcapacidade mááxima xima C C

de um canal (em bps) depende da sua de um canal (em bps) depende da sua largura de banda:largura de banda:

•• W = largura de bandaW = largura de banda•• L = nL = núúmero de nmero de nííveis usados na codificaveis usados na codificaççãoão

��A Taxa de Transmissão MA Taxa de Transmissão Mááxima xima éé Limitada pela Limitada pela PresenPresençça de Rua de Ruíídosdos

C = 2 W logC = 2 W log22L bpsL bps

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RuRuíídodo

�� A quantidade de ruA quantidade de ruíído presente numa transmissão do presente numa transmissão éémedida em termos da razão entre a potência do sinal e a medida em termos da razão entre a potência do sinal e a potência do rupotência do ruíído, denominada razão sinaldo, denominada razão sinal--ruruíído. do.

�� Se representarmos a potência do sinal por S e a potência Se representarmos a potência do sinal por S e a potência do rudo ruíído por N, a razão sinaldo por N, a razão sinal--ruruíído do éé dada por S/N. dada por S/N.

�� ÉÉ muito comum utilizarmuito comum utilizar--se, ao invse, ao invéés desta razão s desta razão diretamente, o valor 10 logdiretamente, o valor 10 log1010(S/N). O resultado obtido (S/N). O resultado obtido ééuma medida da razão sinaluma medida da razão sinal--ruruíído em uma unidade do em uma unidade denominada decibel (dB). denominada decibel (dB).

•• Uma razão de 10 corresponde a 10 dB; uma razão de 100 Uma razão de 10 corresponde a 10 dB; uma razão de 100 corresponde 20 dB; uma razão de 1.000 corresponde a 30 corresponde 20 dB; uma razão de 1.000 corresponde a 30 dB e assim por diante.dB e assim por diante.

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Taxa MTaxa Mááxima xima de de TransmissãoTransmissão: Lei de Shannon: Lei de Shannon

�� O principal resultado de Shannon (conhecido O principal resultado de Shannon (conhecido como a como a Lei de ShannonLei de Shannon) afirma que a capacidade ) afirma que a capacidade mmááxima xima C C de um canal (em bps) depende da de um canal (em bps) depende da largura de banda e da razão sinallargura de banda e da razão sinal--ruruíídodo

•• Exemplo: Um canal de 3.000 Hz com uma razão Exemplo: Um canal de 3.000 Hz com uma razão sinalsinal--ruruíído de 30 dB (parâmetros tdo de 30 dB (parâmetros tíípicos de uma picos de uma linha telefônica) não poderlinha telefônica) não poderáá, em hip, em hipóótese alguma, tese alguma, transmitir a uma taxa maior do que transmitir a uma taxa maior do que aproximadamente 30.000 bps.aproximadamente 30.000 bps.

C = W logC = W log22 (1 + S/N)(1 + S/N)

W: largura de banda; S/N: razão sinal-ruído

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UtilizaUtilizaçção daão da BandaBanda PassantePassante dodo MeioMeio dede TransmissãoTransmissão

��ConfiguraConfiguraççãoão de umde um úúniconico canalcanal por meiopor meio dedetransmissãotransmissão

��ComoComo melhorarmelhorar aa utilizautilizaççãoão dodo meiomeio dedetransmissãotransmissão ??

0 40 400

““DesperdDesperdííciocio””

5


27



��ConfiguraConfiguraççãoão dede mmúúltiplos canais por meioltiplos canais por meio dedetransmissãotransmissão

C0C0

0 40 400

C1C1 C2C2

80 160

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MultiplexaMultiplexaççãoão

�� Permite que vPermite que váários sinaisrios sinais dede diferentes fontesdiferentes fontes ((canaiscanais))possam compartilharpossam compartilhar oo mesmo meio fmesmo meio fíísicosico

•• MultiplexaMultiplexaççãoão por Divisão da Frequênciapor Divisão da Frequência–– (Frequency Division Multiplexing (Frequency Division Multiplexing -- FDM)FDM)

•• MultiplexaMultiplexaççãoão por Divisãopor Divisão do Tempodo Tempo–– (Time Division Multiplexing (Time Division Multiplexing -- TDM)TDM)

•• MultiplexaMultiplexaççãoão por Divisãopor Divisão dodo ComprimentoComprimento dede OndaOnda–– (Wavelength Division Multiplexing (Wavelength Division Multiplexing -- WDM)WDM)

•• MultiplexaMultiplexaçção ão por Divisãopor Divisão de de CCóódigodigo–– (Code Division Multiplexing)(Code Division Multiplexing)

Multiplexação na Freqüência

30



C0C0

0 40 400

C1C1 C2C2

80 160

Banda Passante do Sinal

0 - 40 Mhz

0 - 40 Mhz

0 - 80 Mhz

SinalSinal dede VozVozSinal de Voz Sinal de Voz Modulado

4000

8000

Filtro Filtro

4000

8000

Multiplexação na freqüência com dois canaisCanal 1 Canal 2

Sinal original

Transmissão FDM

6


Banda passante necessária

Sinal original

S

Transmissão FDM

Modulação


Sinal original

S

S

Transmissão FDM

Modulação

Filtro


Transmissão

Sinal original

S

S

S

S

S

Transmissão FDM

Modulação

Filtro Demodulação


Transmissão

Sinal original

S

S

S

S

S

S

Transmissão FDM

Modulação

Filtro Demodulação

Filtro


Transmissão

Sinal original Sinal recebido

S

S

S

S

S

S

S

S

Transmissão FDM

38


ModulaModulaçção e Demodulaão e Demodulaççãoão

�� A A modulamodulaççãoão éé uma transformauma transformaçção aplicada a um sinal ão aplicada a um sinal que faz com que ele seja deslocado de sua faixa de que faz com que ele seja deslocado de sua faixa de freqfreqüüências original para uma outra faixa. ências original para uma outra faixa.

�� A A demodulademodulaççãoão éé uma transformauma transformaçção que ão que éé aplicada a aplicada a um sinal previamente modulado e que faz com que ele um sinal previamente modulado e que faz com que ele seja deslocado de volta para a sua faixa de freqseja deslocado de volta para a sua faixa de freqüüências ências original.original.

�� A modulaA modulaçção e demodulaão e demodulaçção permitem que sinais sejam ão permitem que sinais sejam adaptados para a transmissão em canais com adaptados para a transmissão em canais com caractercaracteríísticas diferentes daquelas do sinal original. sticas diferentes daquelas do sinal original.

•• Por exemplo, sinais modulados em diferentes regiões do Por exemplo, sinais modulados em diferentes regiões do espectro podem ser simultaneamente transmitidos em um espectro podem ser simultaneamente transmitidos em um mesmo meio fmesmo meio fíísico atravsico atravéés da multiplexas da multiplexaçção por divisão de ão por divisão de freqfreqüüência.ência.

7


40


MODEMMODEM

FiltroFiltro

DemoduladorDemodulador

R1R1R1

f1 f2

FiltroFiltro

ModuladorModulador

T1T1T1

MODEMMODEM

FiltroFiltro

DemoduladorDemodulador

R2R2R2

FiltroFiltro

ModuladorModulador

T2T2T2

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TTéécnicas de Modulacnicas de Modulaççãoão

�� Todas as tTodas as téécnicas de modulacnicas de modulaçção resultam no deslocamento de um sinal de ão resultam no deslocamento de um sinal de sua faixa de freqsua faixa de freqüüências original para uma outra faixa. ências original para uma outra faixa.

•• Todas as componentes do sinal são, uma a uma, deslocadas de um mTodas as componentes do sinal são, uma a uma, deslocadas de um mesmo valor esmo valor f, fazendo com que o sinal passe a ocupar uma nova região do espf, fazendo com que o sinal passe a ocupar uma nova região do espectro. Porectro. Poréém, m, a contribuia contribuiçção de cada componente não ão de cada componente não éé alterada. O valor f alterada. O valor f éé denominado de denominado de freqfreqüüência da onda portadora.ência da onda portadora.

�� As três tAs três téécnicas bcnicas báásicas de modulasicas de modulaçção são denominadas de:ão são denominadas de:•• ModulaModulaçção por Amplitude (Amplitude Modulation ão por Amplitude (Amplitude Modulation -- AM ), AM ), •• ModulaModulaçção por Freqão por Freqüüência (Frequency Modulation ência (Frequency Modulation -- FM ) e FM ) e •• ModulaModulaçção por Fase (Phase Modulation ão por Fase (Phase Modulation -- PM ). PM ).

�� Quando o sinal original Quando o sinal original éé um sinal digital, essas tum sinal digital, essas téécnicas assumem cnicas assumem denominadenominaçções mais especões mais especííficas: ficas:

•• ModulaModulaçção porão por ChaveamentoChaveamento da Amplitude (Amplitude da Amplitude (Amplitude Shift KeyingShift Keying -- ASK).ASK).•• ModulaModulaçção porão por ChaveamentoChaveamento da Freqda Freqüüência (ência (Frequency Shift KeyingFrequency Shift Keying -- FSK).FSK).•• ModulaModulaçção porão por ChaveamentoChaveamento de Fase (de Fase (Phase Shift KeyingPhase Shift Keying -- PSK).PSK).

42


ModemsModems

(a)(a) A binary signalA binary signal(b)(b) Amplitude modulationAmplitude modulation

(c)(c) Frequency modulationFrequency modulation(d)(d) Phase modulationPhase modulation

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Frequency Division MultiplexingFrequency Division Multiplexing

(a)(a) The original bandwidths.The original bandwidths.(b)(b) The bandwidths raised in frequency.The bandwidths raised in frequency.(b)(b) The multiplexed channel.The multiplexed channel.

44


Wavelength Division MultiplexingWavelength Division Multiplexing

Wavelength division multiplexing (WDM)Wavelength division multiplexing (WDM)

46


Multiplexador x Acesso MMultiplexador x Acesso Múúltiploltiplo

�� MMultiplexaultiplexaççãoão pode ser realizadapode ser realizada•• de forma centralizadade forma centralizada

–– por um equipamento especpor um equipamento especíífico denominado de fico denominado de multiplexador (MUX), multiplexador (MUX),

•• de forma distribude forma distribuíídada–– onde as vonde as váárias fontes de sinais encontramrias fontes de sinais encontram--se diretamente se diretamente

conectadas a um meio fconectadas a um meio fíísico compartilhado. sico compartilhado. –– nesse caso, a multiplexanesse caso, a multiplexaçção ão éé comumente denominada de comumente denominada de

mecanismo de acesso mmecanismo de acesso múúltiplo. ltiplo.

8


47


Multiplexador e DemultiplexadorMultiplexador e Demultiplexador

MUX DEMUX

Multiplexadores: equipamentos que centralizam as funções de modulação, filtragem e combinação dos sinais

48


Exemplo para ComparaExemplo para Comparaçção entre a Utilizaão entre a Utilizaçção de Multiplexadores e ão de Multiplexadores e de Multiplexade Multiplexaçção Realizada por Meio de Acesso Mão Realizada por Meio de Acesso Múúltiploltiplo

��O FDMA (Frequency Division Multiple Access) O FDMA (Frequency Division Multiple Access) ééum exemplo de mecanismo de acesso mum exemplo de mecanismo de acesso múúltiplo no ltiplo no qual o meio fqual o meio fíísico sico éé multiplexado de forma multiplexado de forma ananááloga ao loga ao FDMFDM. .

•• PorPoréém, cada uma das fontes m, cada uma das fontes éé diretamente diretamente responsresponsáável por requisitar, junto a um controlador vel por requisitar, junto a um controlador do sistema, um canal a ser por ela utilizado, não do sistema, um canal a ser por ela utilizado, não existindo, portanto, a figura do existindo, portanto, a figura do multiplexadormultiplexador como como um elemento centralizador da tarefa de um elemento centralizador da tarefa de multiplexamultiplexaççãoão. .

50


FDMAFDMA

Digitalização de Sinais

53


DigitalizaDigitalizaçção de Sinaisão de Sinais

Codificando cadanível com 4 bits:

1100 1110 1110 1110 1010 0011 0001 1001 1010 ...

Na recepção...

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

54


Sinal original

Pulsos PAM

Pulsos PCM

Saída PCM 100110011010101010100001101111101

7.0

6.0

4.1 4.52.5

5.0

2.23.01.1

5.0 5.0

100 110 011 010 101 010 100 001 101 111 10101234567

PCM PCM -- Pulse Code ModulationPulse Code Modulation

9


55


The Local Loop: ModemsThe Local Loop: Modems

The use of both analog and digital transmissions The use of both analog and digital transmissions for a computer to computer call. Conversion is for a computer to computer call. Conversion is

done by the modems and done by the modems and codecscodecs..57


Acesso Acesso a a ProvedorProvedor

A/D D/A

CentralCentral

D/A A/D

A Conversão Analógico/Digital

Gera um Ruído chamado Ruído de Quantização

MODEM

Não Não éé posspossíível mais vel mais do do que que 30 kbps !!30 kbps !!

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A/D

CentralCentral

D/A A/DMODEM

Linha Digital(T1 ou E1, p. ex.)

59



A/D

CentralCentral

D/A A/DMODEM

30kbps

~56kbps

Multiplexação no Tempo

61


MultiplexaMultiplexaçção por Divisão de Tempoão por Divisão de Tempo

��Ao invAo invéés de se utilizar as vs de se utilizar as váárias faixas de rias faixas de freqfreqüüências para separar os sinais a serem ências para separar os sinais a serem transmitidos, utilizatransmitidos, utiliza--se o tempo como a grandeza se o tempo como a grandeza a ser compartilhada. a ser compartilhada.

•• obtobtéémm--se o compartilhamento do meio fse o compartilhamento do meio fíísico sico intercalandointercalando--se porse porçções de cada um dos sinais ao ões de cada um dos sinais ao longo do tempo. longo do tempo.

•• A forma com que o tempo A forma com que o tempo éé subdividido dsubdividido dáá origem origem a duas formas de TDM: o a duas formas de TDM: o TDM TDM ssííncrononcrono e o e o TDM TDM assassííncrononcrono (ou Estat(ou Estatíístico)stico). .

10


62


Meio Físico

A

B

C

D

MultiplexaMultiplexaçção no Tempoão no Tempo

63


T

A1

Banda DesperdiçadaDados

B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2

Primeiro Ciclo Segundo Ciclo

� Multiplexação Síncrona (TDM)(synchronous Time Division Multiplexing)

Meio Físico

A

B

C

D


64


� Multiplexação Síncrona (TDM)(synchronous Time Division Multiplexing)

� Multiplexação Assíncrona ou Estatística (STDM)(Statistical Time Division Multiplexing)

TA1 B1 B2 C2

Banda Extra DisponívelCabeçalho

A1

Banda DesperdiçadaDados

B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2

Primeiro Ciclo Segundo Ciclo

Meio Físico

A

B

C

D


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CanalCanal

�� RepresentaRepresentaçção para uma parcela da utilizaão para uma parcela da utilizaçção do meio ão do meio ffíísico alocada a transmissão de um sinal. sico alocada a transmissão de um sinal.

�� A implementaA implementaçção de um canal varia de acordo com a ão de um canal varia de acordo com a forma de multiplexaforma de multiplexaçção. Assim, temão. Assim, tem--se um tipo de canal se um tipo de canal no no FDM FDM e um outro tipo de e um outro tipo de canal no TDM scanal no TDM sííncrononcrono. .

•• No FDM, um canal corresponde a uma faixa de freqNo FDM, um canal corresponde a uma faixa de freqüüênciasências•• No TDM sNo TDM sííncrono, denominancrono, denomina--se canal o conjunto de todos se canal o conjunto de todos

os slots, um em cada os slots, um em cada frameframe, identificados por uma , identificados por uma determinada posideterminada posiçção fixa dentro desses frames. ão fixa dentro desses frames.

–– Ex.: o canal 3 Ex.: o canal 3 éé formado pelo terceiro slot dentro de cada ciclo.formado pelo terceiro slot dentro de cada ciclo.

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Canais de ComunicaCanais de Comunicaççãoão

��Dedicado (ou permanente) x ChaveadoDedicado (ou permanente) x Chaveado��PontoPonto--aa--ponto x Multipontoponto x Multiponto

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Multiplexador x Acesso MMultiplexador x Acesso Múúltiploltiplo

�� A A multiplexamultiplexaçção ão pode ser realizada tanto de forma centralizada, pode ser realizada tanto de forma centralizada, por um equipamento especpor um equipamento especíífico denominado de multiplexador fico denominado de multiplexador (MUX), como de forma distribu(MUX), como de forma distribuíída, onde as vda, onde as váárias fontes de sinais rias fontes de sinais encontramencontram--se diretamente conectadas a um meio fse diretamente conectadas a um meio fíísico sico compartilhado.compartilhado.

•• Nesse Nesse úúltimo caso, a multiplexaltimo caso, a multiplexaçção ão éé comumente denominada de comumente denominada de mecanismo de acesso mmecanismo de acesso múúltiplo. ltiplo.

TDMA

MUX

11


69


Hierarquias de Transmissão DigitalHierarquias de Transmissão Digital

��Em uma hierarquia de sinais digitais, os sinais de Em uma hierarquia de sinais digitais, os sinais de taxa mais alta são obtidos atravtaxa mais alta são obtidos atravéés do s do cascateamento de multiplexadores, como cascateamento de multiplexadores, como ilustrado no exemplo da figura abaixo.ilustrado no exemplo da figura abaixo.

70


Hierarquias de Transmissão DigitalHierarquias de Transmissão Digital

��Esquemas de hierarquias de transmissão têm Esquemas de hierarquias de transmissão têm sido utilizados em sistemas de telefonia digital, sido utilizados em sistemas de telefonia digital, tendo passado por processos de padronizatendo passado por processos de padronizaçção em ão em vváárias entidades internacionais, sendo, hoje em rias entidades internacionais, sendo, hoje em dia, utilizados tambdia, utilizados tambéém na transmissão de dados.m na transmissão de dados.

��E.U.A e Europa definiram diferentes padrões E.U.A e Europa definiram diferentes padrões para o sinal bpara o sinal báásico e para a forma de sico e para a forma de multiplexamultiplexaçção ão na gerana geraçção dos sinais de ordem ão dos sinais de ordem mais alta. mais alta.

•• Enquanto a Enquanto a hierarquia americana hierarquia americana estestáá baseada no baseada no T1T1, a , a hierarquia europhierarquia europééia ia (que (que éé a adotada pelo a adotada pelo padrão brasileiro) define a utilizapadrão brasileiro) define a utilizaçção de um sinal ão de um sinal bbáásico denominado sico denominado E1E1. .

71


Sinal Digital Número de Canais de Voz Taxa de TransmissãoDS-1DS-2DS-3DS-4

2496

6724032

1,544 Mbps6,312 Mbps

44,736 Mbps274,176 Mbps

MUXT2

MUX

1

7

T3

T1MUX

1

24

HierarquiaHierarquia dede Sinais Digitais NorteSinais Digitais Norte--AmericanaAmericana

�� Inicialmente definido pela AT&T, tendo posteriormente se tornadoInicialmente definido pela AT&T, tendo posteriormente se tornadoo padrão utilizado para a transmissão digital de voz em sistemaso padrão utilizado para a transmissão digital de voz em sistemastelefônicos nos EUA. telefônicos nos EUA.

•• prevê a prevê a multiplexamultiplexaçção são sííncrona no temponcrona no tempo, de vinte e quatro canais de , de vinte e quatro canais de voz, a 64 Kbps cada, transportados em um sinal de 1,544 Mbps voz, a 64 Kbps cada, transportados em um sinal de 1,544 Mbps (denominado (denominado DSDS--1 1 —— Digital Signal Level 1). Digital Signal Level 1).

72


Taxa dos Sinais em Hierarquias DigitaisTaxa dos Sinais em Hierarquias Digitais

�� A definiA definiçção da taxa dos sinais bão da taxa dos sinais báásicos das hierarquias digitais foi sicos das hierarquias digitais foi influenciada diretamente pela utilizainfluenciada diretamente pela utilizaçção dessas hierarquias em telefonia ão dessas hierarquias em telefonia digitaldigital

•• vinte e quatro canais, onde cada slot tem duravinte e quatro canais, onde cada slot tem duraçção suficiente para a ão suficiente para a transmissão dos 8 bits de uma amostra PCM. transmissão dos 8 bits de uma amostra PCM.

•• A cada frame ainda adicionaA cada frame ainda adiciona--se um bit denominado bit de framing, para a se um bit denominado bit de framing, para a marcamarcaçção. ão.

–– Assim, cada frame tem a duraAssim, cada frame tem a duraçção para a transmissão de ão para a transmissão de 24 x 8 + 1 = 193 bits. 24 x 8 + 1 = 193 bits.

•• A banda passante necessA banda passante necessáária para um sinal de voz em um serviria para um sinal de voz em um serviçço telefônico o telefônico ééigual a 4.000 Hz, igual a 4.000 Hz,

–– A taxa de amostragem para construirmos a saA taxa de amostragem para construirmos a saíída PCM da PCM éé de 8.000 amostras de 8.000 amostras por segundo. Logo, para que se mantenha uma taxa assegurada parapor segundo. Logo, para que se mantenha uma taxa assegurada para cada cada canal, canal, éé necessnecessáário que os frames se repitam 8.000 vezes por segundo rio que os frames se repitam 8.000 vezes por segundo

–– Em outras palavras, um frame tem duraEm outras palavras, um frame tem duraçção total de ão total de 1/8.000 = 125 1/8.000 = 125 µµseg, e por isso a taxa total do sinal DSseg, e por isso a taxa total do sinal DS--1 1 éé de de 8.000 x 193 = 1,5448.000 x 193 = 1,544 MbpsMbps. .

73


Time Division MultiplexingTime Division Multiplexing

The T1 carrier (1.544 Mbps).The T1 carrier (1.544 Mbps).

74


Time Division Multiplexing (3)Time Division Multiplexing (3)

Multiplexing T1 streams into higher carriers.Multiplexing T1 streams into higher carriers.

12


75


Hierarquia EuropHierarquia Europééiaia

Sinal Digital Número de Canais de Voz Taxa de Transmissão

E1E2E3E4

30120480

1920

2,048 Mbps8,448 Mbps

34,368 Mbps139,264 Mbps

��O esquema E1 O esquema E1 éé oriundo do padrão utilizado oriundo do padrão utilizado para a transmissão de voz em sistemas para a transmissão de voz em sistemas telefônicos digitais na Europa e no Brasiltelefônicos digitais na Europa e no Brasil

•• 30 canais de voz, a 64 Kbps cada, transportados em 30 canais de voz, a 64 Kbps cada, transportados em um sinal de 2,048 Mbps. um sinal de 2,048 Mbps.

76


Linhas DigitaisLinhas Digitais

A/D

CentralCentral

D/A A/DMODEM

Linha Digital

E1, p. ex.

77


Linhas DigitaisLinhas Digitais

�� RDSIRDSI--FEFE•• AcessoAcesso bbáásico sico (ISDN(ISDN--BRI)BRI)

–– 2 B+D2 B+D•• Acesso PrimAcesso Primáário rio (ISDN(ISDN--PRI)PRI)

–– E1 (30B + 2D); T1 (23B + D)E1 (30B + 2D); T1 (23B + D)

CentralCentral

EquipamentoDe Modulação Digital

Linha Digital

Canal B = 64 kbpsCanal D = 16 kbps

Canais B e D = 64 kbps78


Diferentes HierarquiasDiferentes Hierarquias dede Sinais DigitaisSinais Digitais

Nível EUA Europa Japão

1234

1,544 Mbps (DS-1)6,312 Mbps (DS-2)

44,736 Mbps (DS-3)274,176 Mbps (DS-4)

2,048 Mbps (E-1)8,448 Mbps (E-2)

34,368 Mbps (E-3)139,264 Mbps (E-4)

1,544 Mbps 6,312 Mbps

32,064 Mbps 97,728 Mbps

79


UnificaUnificaççãoão dasdas HierarquiasHierarquias

155,52 x N Mbps

155,52 Mbps

51,84 Mbps

6,312 Mbps

1,544 Mbps 2,048 Mbps

x4 x3

x7

x3

xN

Sinal básico SONET(STS-1)

Sinal básico SDH(STM-1)

SDH

80


Time Division Multiplexing (5)Time Division Multiplexing (5)

SONET and SDH multiplex rates.SONET and SDH multiplex rates.

13


93


Uma Visão de Outra Solução para o Acesso Residencial: xDSL

98


Digital Subscriber Lines (2)Digital Subscriber Lines (2)

Operation of ADSL using discrete Operation of ADSL using discrete multitonemultitonemodulation.modulation.

99


Digital Subscriber Lines (3)Digital Subscriber Lines (3)

A typical ADSL equipment configuration.A typical ADSL equipment configuration.

101


Uma Visão de Outra Solução para o Acesso Residencial: Cable Modem

102


Internet over CableInternet over Cable

Cable televisionCable television

104


Spectrum AllocationSpectrum Allocation

Frequency allocation in a typical Frequency allocation in a typical cable TV system used for Internet cable TV system used for Internet

accessaccess

14


105


Cable ModemsCable Modems

Typical details of the upstream and Typical details of the upstream and downstream channels in North downstream channels in North

America.America.

106


Comutação de Circuitos e Comutação de Pacotes

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

[email protected]

ComutaComutaççãoão de de CircuitosCircuitos e e ComutaComutaçção ão de de PacotesPacotes

Profa. DProfa. Déébora Christina Muchaluat Saadebora Christina Muchaluat Saade

deboramsdeborams@[email protected]

Mestrado em Mestrado em Sistemas de TelecomunicaSistemas de Telecomunicaççõesões

107


ComutaComutaççãoão

��RefereRefere--se se àà alocaalocaçção dos recursos da rede (meios ão dos recursos da rede (meios de transmissão, repetidores, sistemas de transmissão, repetidores, sistemas intermediintermediáários etc.) para a transmissão pelos rios etc.) para a transmissão pelos diversos dispositivos conectados.diversos dispositivos conectados.

��Principais formasPrincipais formas•• ComutaComutaçção de circuitosão de circuitos•• ComutaComutaçção de pacotesão de pacotes

–– circuito virtualcircuito virtual–– datagramadatagrama

108


��Estabelecimento Estabelecimento da Conexão da Conexão ((RoteamentoRoteamento))

��Transferência de Transferência de InformaInformaççãoão

��DesconexãoDesconexão

Fases

Um caminho permanece dedicado entre origem e destino durante todo o tempo de conexão

Um caminho permanece dedicado entre origem e destino durante todo o tempo de conexão

ComutaComutaçção de Circuitosão de Circuitos

109


PBX

PBX

Central

Rede TelefônicaRede Telefônica

110



Mensagem

T

1 2 3 4

Estabelecimento da Conexão

Término da Conexão

Tempo de Propagação

Transmissão da Mensagem

Tempo deTransmissão

15


111



�� Chaveamento por divisão espacial (Space Division Chaveamento por divisão espacial (Space Division Switching Switching -- SDS)SDS)

•• cada ncada nóó fecha um fecha um circuito fcircuito fíísicosico entre entrada e saentre entrada e saíídada�� Chaveamento por divisão da freqChaveamento por divisão da freqüüência (Frequency ência (Frequency

Division Switching Division Switching -- FDS)FDS)•• cada ncada nóó chaveia de um chaveia de um canal de freqcanal de freqüüênciaência de uma linha de de uma linha de

entrada para um entrada para um canal de freqcanal de freqüüênciaência de uma linha de sade uma linha de saíídada

�� Chaveamento por divisão do tempo (Time Division Chaveamento por divisão do tempo (Time Division Switching Switching -- TDS)TDS)

•• cada ncada nóó chaveia de um chaveia de um canal TDM (slot)canal TDM (slot) de uma linha de de uma linha de entrada para um entrada para um canal TDMcanal TDM de uma linha de sade uma linha de saíídada

112


ComutaComutaçção de Circuitos ão de Circuitos -- CaracterCaracteríísticassticas

��Necessidade de estabelecimento de conexão Necessidade de estabelecimento de conexão (roteamento no momento da conexão)(roteamento no momento da conexão)

��Canal dedicadoCanal dedicado��EndereEndereççamento necessamento necessáário apenas na conexãorio apenas na conexão��Retardo de transferência dos dados constanteRetardo de transferência dos dados constante

113


ComutaComutaçção de Circuitos ão de Circuitos -- CaracterCaracteríísticassticas

��Possibilidade de bloqueio da comunicaPossibilidade de bloqueio da comunicaçção devido ão devido àà falta de recursosfalta de recursos

��Não necessita empacotamentoNão necessita empacotamento��Melhor para trMelhor para trááfego contfego contíínuonuo��Pior para trPior para trááfego em rajadasfego em rajadas

114


ComutaComutaççãoão dede MensagensMensagens

�� ÉÉ necessnecessááriorio umumcabecabeççalhoalhoemem cada mensagem cada mensagem para identificapara identificaççãoão dedeendereendereçço o dede origemorigem ee destinodestino

AC

EB

A

B

C

D

E

115


� Store & Forward:� Roteamento� Armazenamento

A

B

C

D

E

ACEB


116


1 2 3 4

T

Mensagem

Cabeçalho

Mensagem

Mensagem

ComutaComutaçção de Mensagensão de Mensagens

16


117



��Não existe faseNão existe fase dede estabelecimentoestabelecimento dede conexão conexão nemnem dede desconexãodesconexão

��StoreStore--andand--ForwardForward��Cada mensagem possui cabeCada mensagem possui cabeççalhoalho comcom

informainformaçções necessões necessáárias ao seu encaminhamentorias ao seu encaminhamento�� Introduz grandes atrasos nas mensagensIntroduz grandes atrasos nas mensagens

CaracterísticasCaracterísticas

118


ComutaComutaççãoão dede PacotesPacotes

2EB 1EB

1 AC2AC3AC

� É necessário umcabeçalho em cada pacote para identificação deendereço de origem e de destino

A

B

C

D

E

119


A

B

C

D

E

1 AC

3AC

1EB

2AC

2EB

� Cada pacote podeser roteado de formaindependente

� É necessário armazenartemporariamente os pacotes em nós intermediários


120


1 AC 3AC

2EB

2AC

1EB

A

B

C

D

E


� Os pacotes podem chegar fora de seqüênciano destino

121


A

B

C

D

E

3 AC 2AC

1EB

1AC

2EB


Sequenciação

122


��Mensagens divididas em pacotesMensagens divididas em pacotes��Não hNão háá necessidade de estabelecimento de necessidade de estabelecimento de

conexãoconexão��Canal compartilhadoCanal compartilhado��EndereEndereççamento necessamento necessáário em todos os pacotesrio em todos os pacotes��Retardo de transferência dos dados Retardo de transferência dos dados éé uma uma

varivariáável aleatvel aleatóóriaria

ComutaComutaçção de Pacotes ão de Pacotes -- CaracterCaracteríísticassticas

17


123


��StoreStore--andand--ForwardForward��Pacotes são sempre aceitos para transmissão Pacotes são sempre aceitos para transmissão

(possibilidade de congestionamento da rede)(possibilidade de congestionamento da rede)��Melhor para trMelhor para trááfego em rajadafego em rajada��Pior para trPior para trááfego contfego contíínuonuo

��Circuito Virtual x DatagramaCircuito Virtual x Datagrama

ComutaComutaçção de Pacotes ão de Pacotes -- CaracterCaracteríísticassticas

124


ComutaComutaçção de Pacotes ão de Pacotes -- Circuito VirtualCircuito Virtual

�� Estabelecimento de Estabelecimento de conexãoconexão

�� Rota Rota úúnica nica determinada determinada durante a conexãodurante a conexão

�� CabeCabeççalho alho necessnecessáário em cada rio em cada pacote para pacote para identificaidentificaçção do ão do circuito virtualcircuito virtual

�� SeqSeqüüência de ência de transmissão transmissão preservadapreservada

5 4

3

2

1

125


Estabelecimento da Conexão

Término da Conexão

T

Transmissão dos Pacotes

1 2 3 4

11

22

3311

22

33

Cabeçalho

Dados

ComutaComutaçção de Pacotes ão de Pacotes -- Circuito VirtualCircuito Virtual

1122

33

126


5

4

3

2

1

ComutaComutaçção de Pacotes ão de Pacotes -- DatagramaDatagrama

�� Cada pacote Cada pacote ééroteado de forma roteado de forma independenteindependente

�� CabeCabeççalho alho necessnecessáário em cada rio em cada pacote para pacote para identificaidentificaçção de ão de endereendereçço de origem o de origem e destinoe destino

�� Possibilidade dos Possibilidade dos pacotes chegarem pacotes chegarem fora de ordem no fora de ordem no destinodestino

127


Transmissão dos Pacotes

1 2 3 4

11

22

33

Cabeçalho

Dados

ComutaComutaçção de Pacotes ão de Pacotes -- DatagramaDatagrama

11

22

33

11

22

33

128


FormatoFormato dodo PacotePacote

InformaInformaççãoãoOrigemOrigemDestinoDestino SeqSeq

CabeCabeççalhoalhoouou

OverheadOverhead

Parte Parte úútiltilouou

PayloadPayload

Podem existir mais overheads:Podem existir mais overheads:Prioridade, detecPrioridade, detecçção e correão e correçção de erros, seguranão de erros, seguranççaa

18


129


Packet SwitchingPacket Switching

A comparison of circuit switched and packetA comparison of circuit switched and packet--switched switched networks.networks.

Mestrado em Engenharia de Telecomunicaçõesdebora/redes1/pdf/cap2.pdf · como a Lei de Shannon)...

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