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Comunicação de dados Comunicação de dados –– Aula 08Aula 08 Prof. Stéfany Mendes Esp. Em Segurança em Redes de Computadores Multiplexação Utilização da largura de banda É o uso inteligente da largura de banda disponível para atingir objetivos específicos. A eficiência pode ser alcançada através de multiplexação, ou seja, o compartilhamento da largura de banda entre múltiplos usuários. 1. Multiplexação - É o conjunto de técnicas que permite a transmissão simultânea de vários sinais por meio de um único link de dados. Em um sistema multiplexado, n linhas compartilham a largura de banda de um link. Os sinais podem ser multiplexados através de uma das seguintes técnicas: ¸ Sinais analógicos: • Multiplexação por Divisão de Freqüência (FDM) • Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM) ¸ Sinais digitais: • Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM) Utilização da largura de banda 1.1 Multiplexação – Frequency Division Multiplexing (FDM) •É um técnica analógica que pode ser utilizada quando a largura de banda de um link (em Hertz) for maior que a largura de banda combinada do conjunto de sinais a serem transmitidos. •Os sinais gerados em cada dispositivo transmissor são modulados em portadoras de freqüências diferentes. • Bandas de proteção/segurança: faixas de separação, inutilizadas propositalmente, para prevenir sobreposição de sinais. Na próxima figura o meio físico de transmissão é dividido em três partes, cada um dos quais representando um canal que transporta uma transmissão. Utilização da largura de banda 1.2 Processo de Multiplexação - Cada fonte gera um sinal em um intervalo de freqüência similar. Dentro do multiplexador, esses sinais similares modulam freqüências de portadoras diferentes (f1, f2 e f3). Utilização da largura de banda 1.3 Processo de Demultiplexação – Usa uma serie de filtros para separar o sinal multiplexado em seus sinais componentes constituintes como se ver na figura. Utilização da largura de banda 1.4 O sistema de Portadora Analógica Para maximizar a eficiência de suas infra-estruturas, as companhias telefônicas tem, tradicionalmente, multiplexado sinais de linhas de baixa largura de banda em linhas com maior largura de banda. Dessa forma, muitas linhas comutadas ou alugadas podem ser combinadas em um numero menor de canais, mas com maior largura de banda. Utilização da largura de banda 1.5 Implementação – Em muitos casos, como na transmissão de radio e TV, não existe a necessidade de um multiplexador ou demultiplexador físico. Desde que as estações concordem em enviar suas transmissões para o ar usando diferentes freqüências de portadora, a multiplexação é obtida naturalmente. Em outros casos como o sistema de telefonia celular, a estação-base precisa alocar uma freqüência de portadora ao usuário do telefone. ¸Características: • FDM é uma técnica de multiplexação analógica que combina sinais analógicos; • Para linhas analógicas, o FDM e tipicamente utilizado; • Uma aplicação muito comum do FDM é a transmissão de radio AM e FM; • A primeira geração de celular (ainda em operação) também usa FDM. Utilização da largura de banda 2. Multiplexação por Divisão de Comprimento da Onda (WDM) - A WDM foi desenvolvida para suportar transmissões de dados em velocidades altíssimas através de cabos de fibra óptica. A multiplexação permite há combinação de várias linhas de diversos usuários em um único circuito. Utilização da largura de banda ¸A técnica WDM é a combinação de varias fontes de luz em uma única fonte luminosa no multiplexador e o inversor do lado do demultiplexador. ¸A combinação e a divisão de fontes luminosas são facilmente tratadas por um prisma. Utilização da largura de banda ¸ Características: • WDM é uma técnica de multiplexação analógica que combina sinais ópticos; • A diferença entre FDM para o WDM é que as freqüências são muito altas; • Conceitualmente é muito parecida com a FDM; • Uma aplicação típica do WDM é em redes Sonet, nas quais varias linhas de fibra óptica são multiplexadas e demultiplexadas. • A idéia é a mesma: combinar vários sinais em diversas freqüências diferentes. Mas as freqüências envolvidas são muito altas. Utilização da largura de banda 3. Multiplexação por Divisão de Tempo - É um processo digital onde muitas conexões compartilham um link de maior largura de banda. Em vez de compartilhar parte da largura de banda, como acontece no FDM, o que é compartilhado aqui é o tempo. Utilização da largura de banda ¸Características: • Toda banda é entregue a um canal num determinado intervalo de tempo; • Cada conexão ocupa o link durante uma porção do tempo; • O TDM é uma técnica de multiplexação digital que combina vários canais de baixa taxa de transmissão em um único canal de alta taxa de transmissão. •O TDM é dividido em dois tipos distintos: Síncrono e Estatístico. Utilização da largura de banda • TDM Síncrono - cada conexão de entrada aloca um porção fixa do tempo de saída mesmo que não esteja transmitindo dados. • No TDM síncrono, o fluxo de dados de cada conexão de entrada é dividido em unidades, em que cada entrada ocupa um time slot de entrada. 1. Times Slots e Frames – Se um time slot de entrada for T s, o time slot de saída é T/n s, em que n é o numero de conexões. 2. Se tiver n conexões, um frame é dividido em n time slot e cada slot é alocado a uma unidade, uma para cada linha de entrada. Utilização da largura de banda Utilização da largura de banda ¸Características: • A duração de um time slot de saída é n vezes mais curta que a duração de um time slot de entrada; • Uma unidade pode ser de n bit, um caractere ou um bloco de dados; • A taxa de dados do link de saída tem de ser n vezes a taxa de dados de uma conexão para garantir o fluxo de dados; • Um frame consiste em um ciclo completo de time slots, com um slot dedicado a cada um dos dispositivos emissores. Utilização da largura de banda Intercalação (Interleaving) – O TDM pode ser visualizado como duas chaves comutadoras de alta rotação, uma do lado da multiplexação e a outra do lado da demultiplexação. Utilização da largura de banda ¸Características: • No lado da multiplexação, à medida que a chave abre diante de uma conexão, essa conexão tem a oportunidade de enviar uma unidade de dados pelo link; • No lado da demultiplexação, à medida que a chave abre diante de uma conexão, ela tem a oportunidade de receber uma unidade do link; •As chaves são sincronizadas e giram na mesma velocidade, mas em direções opostas. Utilização da largura de banda Slots Vazios – Se uma fonte não tiver dados a serem enviados, o slot correspondente no frame fica vazio. Utilização da largura de banda Gerenciamento da Taxa de Dados – O TDM síncrono é como tratar disparidade nas taxas de dados de entrada. Se as taxas de dados não forem as mesmas, três estratégias, ou uma combinação delas, podem ser usadas, tal como: • multiplexação multinível, • alocação de múltiplos slots • inserção de pulsos. Utilização da largura de banda Multiplexação multinível – É uma técnica que pode ser utilizada quando a taxa de dados de uma linha de entrada for múltiplos das demais. Utilização da largura de banda Alocação de múltiplos slots – É usado quando existe um maior divisor comum (GCD) entre as taxas de dados. Os canais de maior taxa de bits são alocados mais slots por quadro, e a taxa de quadros de saída é um múltiplo de cada link de entrada. Utilização da largura de banda Inserção de pulsos – Às vezes, as taxas de bits das entradas de um multiplexador não são iguais nem múltiplos inteiros entre si. Uma solução seria fazer que a taxa de dados de entrada mais elevada fosse a taxa de dados dominante, e então inserir bits fictícios nas outras linhas de entrada com taxas menores. Utilização da largura de banda Sincronização de Frames – Se o multiplexador e o demultiplexador não estiverem sincronizados, um bit pertencente a um canal pode eventualmente ser recebido pelo canal incorreto. Por essarazão um ou mais bit de sincronização são inseridos no inicio de cada frame, alternando entre 1e 0. Utilização da largura de banda Serviço de Sinal Digital – As companhias telefônicas implementam o TDM por meio de uma hierarquia de sinais digitais denominada como: Serviço de sinal digital (DS) ou Hierarquia digital Utilização da largura de banda ¸Características: • Um serviço DS-0 é composto por um único canal de 64 kbps; • DS-1 é um serviço de 1,544 Mbps, equivale 24 vezes 64 kbps, mais 8 kbps de Overhead (qualquer processamento ou armazenamento em excesso), ou seja, (multiplexação de 24 canais de DS-0); • DS-2 é um serviço de 6,312 Mbps, equivale 96 vezes 64 kbps mais 168 kbps de Overhead, ou seja, (multiplexação de 4 canais de DS-1, 96 canais de DS-0); • DS-3 é um serviço de 44,376 Mbps, equivale 672 vezes 64 kbps mais 1,368 Mbps de Overhead, ou seja, (multiplexação de 7 canais de DS-2, 28 canais DS-1, 672 canais DS- 0); • DS-4 é um serviço de 274,176 Mbps, equivale a 4.032 vezes 64 kbps mais 16,128 Mbps de Overhead, ou seja, (multiplexação de 6 canais DS-3, 42 canais DS-2, 168 canais DS-1, 4.032 canais de DS-0) . Utilização da largura de banda Utilização da largura de banda Nos Estados Unidos usam Linhas T (T-1 a T-4) nas suas companhias telefônicas. Como apresentado:. Utilização da largura de banda Linhas T para Transmissão Analógica – As linha T pode ser usadas para transmissão analógica, desde que os sinais analógicos sejam amostrados, e, então, multiplexados (PCM). Hoje em dia uma organização pode combinar 24 linhas de entrada em uma única linha T-1 e estender apenas linhas T-1 até a central. Utilização da largura de banda ¸Estrutura do Frames T-1 • Cada time slot contem um segmento de sinal de cada canal; 24 segmentos são intercalados em um frame. Se uma linha T-1 transportar 8.000 frames, a taxa de dados será de 1.544 Mbps (193 x 8.000 = 1.544 Mbps) a capacidade da linha. Utilização da largura de banda Os europeus usam um versão das linhas T chamadas de linhas E. Sua capacidade diferem do padrão americano (linha T=1). Utilização da largura de banda TDM Estatístico – Os slots são alocados dinamicamente para aumentar a eficiência da largura da banda. Somente quando uma linha de entrada tiver uma quantidade de dados que valha a pena ser enviada, ela receberá um slot no frame de saída. Utilização da largura de banda ¸Características: •Na multiplexação estatística, o numero de slots em cada frame é menor que o numero de linhas de entradas; • O multiplexador verifica cada linha de entrada em um sistema de rodízio, ou seja ele aloca um slot para uma linha de entrada quando a linha tiver dados a serem enviados, caso contrario ela pula a linha e verifica a próxima; • No TDM estatístico, um slot necessita transportar dados e endereços de destinos; • Os frames do TDM estatístico não precisam ser sincronizados, portanto, não precisamos de bits de sincronização; • No TDM estatístico, a capacidade do link normalmente é menor que a soma das capacidades de cada canal. Utilização da largura de banda ¸ Exemplo de um TDM síncrono e outro TDM estatístico. Utilização da largura de banda Espalhamento Espectral – Foi projetado para ser utilizado em aplicações wireless para ambientes de redes LANs e WANs. ¸ Objetivos; • Otimização da largura da banda; • Compartilhamento do meio sem suscetíveis interceptação da comunicação de dados e interferências por um intruso mal intencionado. Utilização da largura de banda Características; Uma das técnicas de espalhamento espectral é adicionar redundância; Se a largura de banda necessária para cada estação for B, o espalhamento espectral vai expandi-lo de modo que Bss seja maior que B; A largura de banda expandida possibilita uma transmissão mais segura. Utilização da largura de banda Após o sinal ser criado pela fonte, o processo de espalhamento usa um código de espalhamento e espalha as freqüências ao longo da largura da banda. O código de espalhamento é uma serie de números que parecem aleatórios, mas, na realidade, faz parte de um padrão. Utilização da largura de banda Existem duas técnicas para o espalhamento da largura da banda: Espalhamento espectral por saltos de freqüências (frequency hopping spread spectrum - FHSS) Espalhamento espectral de seqüência diretas (direct sequence spread spectrum –DSSS). Utilização da largura de banda Espalhamento espectral por saltos de freqüências – FHSS Embora a modulação seja feita utilizando apenas uma freqüência de portadora por vez, são usadas M freqüências ao longo de um ciclo. A largura de banda ocupada por uma fonte após o espalhamento é BFHSS maior que B. Utilização da largura de banda ¸ Um gerador de código pseudo-aleatórios, cria um padrão de K-bits para cada período de transição em uma freqüência Th. ¸A tabela de freqüência usa o padrão para encontra a freqüência a ser usada para esse período de transição e o passa para o sintetizador de freqüência. ¸O sintetizador de freqüências cria um sinal de portadora nessa freqüência e o sinal da fonte modula o sinal da portadora. Utilização da largura de banda Utilização da largura de banda ¸Exemplo: Utilizando oito saltos e oito freqüências. Nesse caso, M é 8 e K é 3. O gerador de código pseudo-alheatório criara um seqüência de oito padrões diferentes de 3 bits. Estes estão associados a oito freqüências distintas na tabela de freqüências como mostrado na figura. Utilização da largura de banda Utilização da largura de banda O sinal muda ciclicamente de portadora em portadora. Partido do pressuposto de que a largura de banda do sinal original seria de 100 kHz. Utilização da largura de banda Compartilhamento da largura da banda – Se o numero de freqüências de transição for M, se pode multiplexar até M canais utilizando a largura de banda Bss. Isso se deve a fato de uma estação usar apenas uma freqüência em cada período de transição; M-1 outras freqüências podem ser usadas por outras M-1 se for usada uma técnica de modulação apropriada, como o FSK múltiplo (MFSK). Utilização da largura de banda Exemplo: Quatro canais usando FDM e quatro canais usando FHSS. No FDM, cada estação usa 1/M de largura de banda, mas a alocação é fixa; no FHSS, cada estação usa 1/M da largura de banda; entretanto, a alocação muda de salto em salto. Utilização da largura de banda Espalhamento espectral de seqüência diretas (DSSS) Para cada bit é assinalado um código de n bits, denominado chips, em que a taxa de chip é n vezes a da taxa de bits. Utilização da largura de banda ¸Exemplo: Uma seqüência utilizada em rede LAN sem fio, em que n é igual a 11. vamos assumir que o sinal original e o chip no gerador chip utilizam a codificação polar NRZ. Se a taxa original de sinalização for N, a taxa d sinal espalhada é 11/N. Utilização da largura de banda Utilização da largura de banda ¸Características: • O espalhamento do sinal pode prover privacidade se um intruso não conhece o código de espalhamento. • Provê imunidade contra interferências quando a estação utiliza códigos diferentes. OBS: Se for usado um código de espalhamento que propague sinais (de estações diferentes) que não podem ser combinados e separados, não é possível compartilhamento da largura de banda. Se for usado um tipo especial de código de seqüência que permita a combinação e a separação de sinais propagados, é possível compartilhar a largura de banda. Utilização da largura de banda Comunicação de Dados. Prof. Stéfany Mendes Esp. Em Segurança em Redes de Computadores Contato: smsstefany@gmail.com smsstefany@hotmail.com (62) 9665-5473 (62) 3269-1210
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