Capítulo 6 e 8. Comutação Circuitos/Pacotes/Mensagens Multiplexação FDM/TDM/WDM

Transcrição

1 Capítulo 6 e 8 Comutação Circuitos/Pacotes/Mensagens Multiplexação FDM/TDM/WDM Prof. Esp. Rodrigo Ronner rodrigoronner@gmail.com rodrigoronner.blogspot.com Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

2 Dados e Sinais 1º Unidade Sinais analógicos e digitais Sinais Periódicos x Não periódicos Período e Frequência Domínio do Tempo x Frequência Sinal composto e meio de transmissão Largura de banda Perda na Transmissão Limite na Taxa de Transmissão de Dados Taxa de Transferência Desempenho 1º Unidade Largura de Banda Largura de Banda em Hertz Largura de Banda em Bits por Segundo Throughput Latência (Retardo) Tempo de Propagação Tempo de Transmissão Tempo de Fila Jitter Transmissão Digital e Analógica 2º Unidade Principais combinações de dados e Sinais Transmissão Analógica Conversão Digital-Digital Transmissão Digital Vantagens Codificação em Linha Esquemas de codificação: unipolar, polar e bipolar codificação polar os esquemas NRZ, RZ, Manchester e Manchester Diferencial Codificação em Bloco Fases da codificação de bloco Sumário 4B/5B Modos de Transmissão 2º Unidade Serial Paralela Códigos de Dados 2º Unidade EBCDIC ASCII Unicode Multiplexação 3º Unidade FDM TDM FDM versus TDM WDM FDMA Espalhamento de frequência FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Comutação 3º Unidade Comutação Circuitos Comutação Pacotes Comutação de Mensagens Técnicas de Detecção de Erros 3º Unidade Prevenção de Erros Detecção de Erros Controle de erros Seminário 3º Unidade -Sonet e Ethernet -

3 Serviços de rede Conjunto de operações implementadas por um protocolo Cada serviço pode ser usado por diferentes aplicações Uma aplicação também pode usar vários serviços Ex. Browser de internet Serviços orientados à conexão Estabelece conexão prévia à transmissão dos dados Gera uma comunicação de dados confiável Possibilita correção de erros e controle de fluxo Gera overhead na comunicação Serviços sem conexão Envia dados sem conhecimento prévio Mais rápido Menos confiável, pois não há garantia de entrega 3

4 Meios Ambiente físico usado para conectar os nós de uma rede Todas as comunicações envolvem a codificação de dados em uma forma de energia e respectivo meio de transmissão Meios físicos são variados: Cabo coaxial Cabo par trançado Fibra óptica Ondas de rádio Infravermelho Outros meios 4

5 Formas de transmissão Simplex Ocorre em apenas uma direção Ex. TV Aberta Half-Duplex Ocorre em ambas as direções, mas um evento de cada vez Ex. Rádio amador Full Duplex Recepção e envio ocorrem simultaneamente Ex. tv a cabo 5

6 Utilização da banda Largura de banda: Quantidade máxima de transmissão de sinais em um meio físico Largura de banda versus Taxa de transmissão Largura de banda: MHz Taxa de transmissão: MBps Configuração de um único canal por meio de transmissão Desperdício de recursos Como melhorar a transmissão? Múltiplos canais por meio de transmissão 6

7 Banda base e banda larga Banda base Toda a largura de banda é utilizada por apenas um canal Tecnologia mais utilizada nas transmissões digitais Banda larga Caracterizado pela divisão da largura de banda em múltiplos canais Cada canal pode transmitir diferentes conteúdos Utiliza multiplexação 7

8 Canais Parcela do meio físico alocada para transmissão de um sinal Um meio físico pode ter diferentes canais disponíveis Inclusive com destinações diferentes Um canal é diferente conforme a técnica de multiplexação usada FDM Um canal é uma faixa de freqüências TDM síncrono um canal é o conjunto de todos os slots, um em cada frame, identificado por uma determinada posição fixa (ex. Canal 5= 5o slot) 8

9 Multiplexação Sempre que a banda passante existente é maior que a necessária, usa-se a multiplexação Permite que múltiplos pares de receptores e emissores compartilhem o meio físico de transmissão Multiplexação pode existir Por divisão de frequência (FDM) Por divisão de tempo (TDM) Por divisão do comprimento de onda (WDM) Por divisão de código (CDM) Multiplexador Centralizam as funções de modulação, filtragem e combinação dos sinais 9

10 FDM Frequency division multiplexing Divide o espectro de frequência em canais lógicos Cada usuário terá uma parte da banda Cada canal pode ser utilizado individualmente Exemplo: Sinal de voz 10

11 FDM A divisão dos canais no FDM é fixa e permanente Se um canal está ocioso, sua banda não pode ser usada para outro canal Necessita banda de segurança entre os canais Evite interferências de um canal no outro Logo, a soma das capacidades dos subcanais é inferior à capacidade do canal principal É necessário usar técnicas de modulação para deslocar a faixa de frequência deste sinal para a faixa de frequência da transmissão 11

12 Exemplos de FDM TV a cabo (cable modem) Canais de TV normalmente usam 6 Mhz Transmissões podem alcançar até 30 Mbps no canal de 6 Mhz Frequências divididas pela natureza dos dados Voz; Vídeo; Dados; etc 12

13 Exemplos de FDM ADSL Limitação das linhas telefônicas convencionais com uso de cabeamento de par trançado na infra-estrutura da operadora Largura de banda de 4 KHz aumenta para a faixa de MHz Bandas de subida e descida são assimétricas 16 a 640 KBps subida e 1 a 9 MBps descida 13

14 Multiplexação por divisão de tempo Forma alternativa de separação do uso do canal Utiliza-se o tempo, e não a frequência como a grandeza a ser compartilhada O compartilhamento do meio físico é alcançado intercalando-se porções de cada transmissão ao longo do tempo Idéia é de que o meio físico suporta uma taxa de transmissão média maior que a geração de bits das estações 14

15 TDM Tempo é dividido em intervalos regulares Cada subcanal tem direito a um intervalo de tempo para transmitir seus dados Toda banda do canal fica disponível TDM pode existir de 2 formas Síncrono desperdício maior de banda Assíncrono- uso mais eficaz,mas overhead de cabeçalho 15

16 TDM Síncrono O tempo é dividido em frames de tamanho fixo Por sua vez, é dividido em intervalos de tamanho fixo Canal no TDM é o conjunto de intervalos em cada frame Ex. Canal 4 é o 4º intervalo de cada frame Exemplo: Se o intervalo 4 é atribuído a uma estação, apenas aquela estação pode usar o intervalo 4 Se não o fizer, ninguém usará Uso de banda ainda é ineficiente Ex. Se o intervalo de tempo é de 64kbps, há desperdício se a estação não precisa de toda essa banda (8 ou 72 kbps, por exemplo) 16

17 TDM Assíncrono O TDM assíncrono ou estatístico aumenta a eficiência do TDM Não há alocação de um canal para determinada fonte A fonte pode usar qualquer intervalo de tempo, desde que esteja disponível Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente Diminui o desperdício de banda Causa overhead, pois cada unidade de informação deverá possuir um cabeçalho 17

18 FDM versus TDM FDM requer modulação e os sinais digitais terão de ser convertidos em analógicos TDM os sinais são transmitidos em banda básica, portanto sinais digitais Como já vimos: transmissão digital é mais vantajosa! Causo: Telefonia celular 18

19 WDM Wavelength Division Multiplexing Usado em fibras Usa comprimentos de onda laser diferentes Na verdade, é um tipo de FDM (lasers diferentes possuem frequências diferentes) Pode funcionar em fibras mono e multimodo 19

20 Multiplexação Pode ser: Centralizada Um equipamento específico faz a multiplexação Distribuída Várias fontes de sinais encontram-se conectadas ao meio físico compartilhado (vários acessos) 20

21 FDMA Acesso múltiplo por divisão de frequência Diversos dispositivos estão usando o meio de comunicação, subdividindo a freqüência disponível 21

22 Espalhamento de frequência Uso de spread spectrum FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) Divide a banda utilizada em vários canais; Envia os sinais durante um tempo X por um canal e salta sucessivamente para outros canais de maneira aleatória ou ordenada Receptor deve conhecer a sequência de saltos DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Utiliza uma sequência binária para modular a frequência do sinal Receptor deve conhecer a sequência binária 22

23 Comutação A comutação é o processo de interligar dois ou mais pontos entre si. No caso de telefones, as centrais telefônicas comutam (interligam) dois terminais por meio de um sistema automático, seja ele eletromecânico ou eletrônico. O termo comutação surgiu com o desenvolvimento das Redes Públicas de Telefonia e significa alocação de recursos da rede (meios de transmissão, etc...) para a comunicação entre dois equipamentos conectados àquela rede. A comutação pode ser por circuitos, mensagens ou pacotes.

24 Comutação Comutação é a forma como serão alocados os recursos p/ transmissão na rede Comutação de circuitos Pressupõe existência de caminho físico dedicado Iniciada quando necessário e finalizada quando a comunicação estiver concluída Semelhante a circuito telefônico Comutação de pacotes Não há estabelecimento de caminho dedicado Compartilhamento dos recursos comuns Mensagem é transmitida nó a nó Utiliza circuitos virtuais Diferente de Comutação por circuitos

25 Comutação por Circuitos Possui 3 fases Estabelecimento da conexão Transferência da informação Desconexão Vantagens Garantia de recursos Disputa pelo acesso somente na fase de conexão Não há processamento nos nós intermediários Controles nas extremidades Desvantagens Desperdício de banda nos períodos ociosos Recuperação de erros fim a fim Probabilidade de bloqueio (circuitos ocupados)

26 Comutação por Circuitos Chaveamento por divisão espacial (Space Division Switching) Cada nó fecha um circuito físico entre entrada e saída Chaveamento por divisão de frequência (Frequency Division Switching) Cada nó chaveia de um canal em um meio físico disponível O circuito formado pelos nós é uma sequência de canais de frequência Chaveamento por divisão de tempo (Time D.S.) Cada nó chaveia de um canal de uma linha de entrada para um canal de uma linha de saída Circuito formado é uma sequência de canais TDM em linhas síncronas

27 Comutação por Pacotes Não existe fases de estabelecimento de chamada e nem desconexão Cada mensagem possui um cabeçalho com informações necessárias ao seu encaminhamento Usa conceito de store-and-forward Melhor utilização estatística dos recursos

28 Comutação por Pacotes Vantagens Maior aproveitamento dos links Uso otimizado do meio Desvantagens Aumento do tempo de transferência das mensagens Não garante taxa de transmissão Comutação por mensagens Mesmo princípio dos pacotes, mas com blocos de dados maiores

29 Circuitos x Pacotes Característica Com. por circuito Circuito físico dedicado Sim Não Largura de banda Fixo Variável Desperdício de banda? Sim Não Armazenamento nos nós Sim Não Requer conexão prévia Sim Não Congestionamento Início da chamada Com. por pacotes Em cada pacote