Transmissão redes

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INTRODUÇÃO
Conversação entre camadas;
As camadas;
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BASE TEÓRICA PARA
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Análise de Fourier;
Limitação dos sinais pela largura de banda;
2H log2 V bits/s		(Nyquist, 1924)
H log2 (1 + S/N)		(Shannon, 1948)
Atenuação das componentes de freqüência durante transmissão;
Dependência do método de codificação e velocidade de sinalização;
1 baud = 1 mudança por segundo
1 baud pode ser diferente de 1 bit/s
Com um taxa de bits de b bits/s, o tempo para o envio de 8 bits (caractere ASCII) é de 8/b s, logo a freqüência da primeira harmônica é de b/8 Hz. No sistema telefônico a freqüência de corte é 3000 Hz, logo poderemos enviar no máximo 3000/(b/8) ou 24000/b harmônicas.
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Meio Magnético:
fita magnética, discos flexíveis
baixa sofisticação
eficiência financeira
tempo de transmissão elevado (minutos ou horas)
ineficiência para aplicações online
TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Par Trançado:
mais antigo e ainda mais comum;
infra-estrutura consolidada (sistema telefônico);
transmissões analógicas ou digitais;
largura de banda depende da espessura do fio e da 		distância percorrida;
Cabo Coaxial de Banda Básica:
maior velocidade e maior distância percorrida em 		relação ao par tançado; 
transmissões analógicas (75W) ou digitais (50W);
boa largura de banda e imunidade ao ruído;
em cabos até 1Km consegue-se 1 a 2 Gbps;
utilizado na telefonia nas rotas de longa distância;
Cat.
1
2
Uso
Voz (cabo telefônico)
Dados a 4 Mbps
3
4
5
Transmissão até 16 MHz, 10 Mbps (Ethernet)
Transmissão até 20 MHz, 20 Mbps (16 Mbps TR)
Transmissão até 100 MHz, 100 Mbps (Fast Eth.)
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Cabo Coaxial de Banda Larga:
freqüências de até 300MHz (podendo chegar a 450);
percorrem distâncias de até 100Km sem repetidores;
cabo dividido em vários canais:
	6MHz para televisão
	1Mbps para áudio CD
	3Mbps para bits digitais
sistemas de cabo duplo: envio e recebimento de sinais 	em cabos distintos;
sistema de cabo simples:
	5 a 30MHz upload e 40 a 300MHz download
	5 a 116MHz upload e 168 a 300MHz download
performance inferior no envio de dados digitais;
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Fibra ótica: Uma fibra ótica é constituída de material dielétrico, em geral, sílica ou plástico, em forma cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas comparáveis às de um fio de cabelo. Esta forma cilíndrica é composta por um núcleo envolto por uma camada de material também dielétrico, chamada casca. Cada um desses elementos possuem índices de refração diferentes, fazendo com que a luz percorra o núcleo refletindo na fronteira com a casca. 
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Fibra ótica:
Origem da luz (LEDs, Laser)
Meio (Fibra)
Detector (FotoDetector)
Junção: pode ser feita com solda, conectores ou luvas.
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Fibra ótica:
Índice Degrau: Foi o primeiro tipo a surgir e é também o mais simples. O núcleo e o cladding estão claramente definidos. O núcleo é constituído de um único tipo de material (plástico, vidro), ou seja, tem índice de refração constante, e tem diâmetro variável, entre 50 e 400 mm. Os raios de luz refletem no cladding em vários ângulos, resultando em comprimentos de caminhos diferentes para o sinal. Causa o espalhamento do sinal ao longo da fibra e limita a largura de banda do cabo para aproximadamente 35 Mhz.km. ( dispersão modal). A atenuação é elevada (maior que 5 dB/km).
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Fibra ótica:
Índice Gradual: desenvolvimento melhor. A interface núcleo/cladding é alterada para proporcionar índices de refração diferentes dentro do núcleo e do cladding. Os raios de luz viajam no eixo do cabo encontrando uma grande refração, tornando baixa sua velocidade de transmissão. Os raios que viajam na direção do cabo tem um índice de refração menor e são propagados mais rapidamente. O objetivo é ter todos os modos do sinal à mesma velocidade no cabo, de maneira a reduzir a dispersão modal. Essa fibra pode ter larguras de banda de até 500 Mhz.km. A atenuação é baixa (3 dB/km).
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Fibra ótica:
Índice Gradual (um passo à frente): O tamanho do núcleo, 8 micrometros (µm) de diâmetro. Índice núcleo/cladding permite que apenas um modo seja propagado através da fibra conseqüentemente diminuindo a dispersão do pulso luminoso. A emissão de sinais monomodo só é possível com laser, pode atingir 100 GHz.km, com atenuação entre 0,2 dB/km e 0,7 dB/km. Equipamento como um todo é mais caro que o dos sistemas multimodo. Essa fibra possui grande expressão em sistemas telefônicos. 
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Fibra ótica (aplicações):
Redes de telecomunicacões
· entroncamentos locais
· entroncamentos interurbanos
· conexões de assinantes
Redes de comunicação em ferrovias
Redes de distribuição de energia elétrica (monitoração, controle e proteção)
Redes de transmissão de dados e fac-símile
Redes de distribuição de radiodifusão e televisão
Redes de estúdios, cabos de câmeras de TV
Redes internas industriais
Equipamentos de sistemas militares
Aplicações de controle em geral
Veículos motorizados, aeronaves, navios, instrumentos, etc.
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Fibra ótica:
Vantagens:
- perdas de transmissão baixa e banda passante grande;
- pequeno tamanho e peso;
- imunidade a interferências;
- isolação;
- segurança do sinal;
- matéria-prima abundante;
- praticamente imune a corrosão.
Desvantagens:
- fragilidade das fibras óticas sem encapsulamento;
- dificuldade de conexões das fibras;
- acopladores tipo T com perdas muito grandes: essas perdas dificultam a utilização da fibra ótica em sistemas multiponto;
- impossibilidade de alimentação remota de repetidores;
- falta de padronização dos componentes óticos: o contínuo avanço tecnológico e a relativa imaturidade não tem facilitado e estabelecimento de padrões;
- alto custo de instalação e manutenção. 
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TRANSMISSÃO POR MEIO FÍSICO
Fibra ótica x Fio de cobre:
- capaz de gerenciar larguras de banda maiores;
- necessidade de menos repetidores (baixa atenuação);
- não é afetada por picos de voltagem ou interferência magnética;
- imune a ação corrosiva;
- fina e leve;
- necessidade de sistemas de sustentação de suporte reduzida;
- custo de instalação baixo;
- segurança na comunicação de dados.
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TRANSMISSÃO SEM FIO
Usuário com necessidade de informações online sem depender da infra-estrutura terrestre;
Futuro: Fibra x Comunicação sem fio;
Início nas ilhas Havaianas;
O Espectro eletromagnético:
velocidade das ondas eletromagnéticas no vácuo = c;
velocidade no cobre ou fibra óptica = 2c/3;
modulação em freqüência, amplitude ou fase: 		infravermelho e espectro visível;
melhor: UV, Rx e Gama, difícil de produzir, modular, 	propagação e perigoso;
nomenclatura não previa utilização acima de 10MHz;
volume de informações relacionado com a largura de 	banda;
em freqüências altas consegue-se 40 bits/Hz, logo com 	uma largura de banda de 500MHz consegue-se 		velocidades de Gbps;
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TRANSMISSÃO SEM FIO
Transmissão de Rádio:
fácil geração, percorrem longas distâncias, penetram 	nos prédios, onidirecionais;
baixas freqüências: atravessam obstáculos, queda de 	potência em 1/r3;
altas freqüências: tendem a viajar em linha reta, 		ricocheteiam, absorvidas pela chuva;
possuem baixa largura de banda;
VLF, LF, MF: propagação ao nível do solo, detecção 	em 1000Km;
HF e VHF: tendem a ser absorvidas pela terra, refratadas pela na ionosfera (100 a 500Km);
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TRANSMISSÃO SEM FIO
Comparação:
Microondas
Infravermelho
Laser
Vantagens
Direcionalidade;
Baixo custo;
Longas distâncias
Direcionalidade
Sem necessidade de licença
Desvantagens
Fading;
Absorção por H20;
Espectro escasso
Não atravessa objetos
Funcionamento prejudicado em chuva ou neblina
Aplicação
Tel. de longa distância;
Telefones celulares;
Televisão;
Telefones s/ fio;
Alto-falantes;
Portões de segurança
Comunicação curto alcance;
Controle remoto;
Lans s/ fio
Lans S/ Fio
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
Início: rede totalmente interconectada;
Meio: comutador centralizado, comutadores 			interconectados;
Hoje: hierarquia em vários níveis;
Troncos de longa distância:
	Cabos coaxiais, fibras ópticas, microondas
	Perde-se o sinal analógico várias regenerações
	Sinal digital é completamente recuperado
Estrutura básica:
	Loops locais
	Troncos
	Estações de comutação
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
Loop local:
Predominam os analógicos;
Necessidade de conversão A/D p/ transmissão de dados;
Representam fluxo de informação por variação de voltagem;
Modems:
Sinalização DC: inadequada exceto p/ velocidades menores e curtas distâncias;
Sinal AC: onda portadora senoidal (tom de 1000 a 2000 Hz), modulação AM, FM ou de fase;
Presença de ecos: necessidae de supressores-cada 2000Km
- detecta voz de um lado e bloqueia o outro
- half duplex
- sinalização dentro da banda
- canceladores de ecos
- estimadores (full duplex)
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
RS- 232 - C / EIA RS - 232 - C
25 pinos
sinal < -3V: 1 / Sinal > 4V: 0
20 Kbps até 15m
pares de ação e reação
RS 449
compatível X avançado
RS 449 - interface procedural, mecânica, funcional
RS 423-A <=> RS 232 C
RS 422-A - transmissão balanceada
 2Mbps até 60m
37 pinos + 9 conexão inversa
Modems (protocolos):
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
Fibra no loop local:
Para futuros serviços o canal de 3Khz não servirá;
FTTH (Fiber To The House): excelente mais cara;
FTTC (Fiber To The Curb): fibras ópticas da estação final a vizinhança, taxas de Mbs, utilizado por rede telefônica ou rede de TV a cabo;
Multiplexação: visa um melhor aproveitamento do meio de transmissão;
FDM
TDM
WDM
SONET
FDM:
3000 Hz / canal => 4000 Hz (banda de guarda);
freqüência de cada canal aumentada de forma diferente;
combinação.
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PCM:
Etapas:
- Amostragem do Sinal (8000 amostras por segundo);
- Quantização;
- Compressão;
- Codificação.
TDM:
Vários canais em um meio de transmissão comum;
Largura da amostra ~2,1ms x intervalo da amostra 125ms;
Sistema Europeu:
- amostra ~ 3,91ms
- 32 canais na 1º ordem
- 30 canais de voz e 2 de sincronismo e sinalização
- 32 amostras (8 bits) = 1 quadro (256 bits)
- 16 quadros = 1 multiquadro; T = 2ms
Sincronismo:
- canal 0 - sincronismo do quadro (de 2 em 2 quadros)
- canal 16 - 1º quadro de cada multiquadro
- demais canais 16 - sinalização de voz (exceto canal 0)
ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
SONET / SDH:
Synchronous Optical Network: padrão BellCore 1985
Synchronous Digital Hierarchy: padrão CCITT 1989
utilização de TDM
1 quadro básico de 810 bytes transmitido a cada 		125ms:
	90 colunas por 9 linhas
	taxa de dados bruta de 51,84Mbps - STS-1
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
Comutação: os comutadores fazem parte da planta interna do sistema telefônico;
Caminho físico:
- jumper cable
- comutação automática
	demora para estabelecer o canal
	poucos atrasos após caminho estabelecido
	não há congestionamento*
	largura de banda reservada
	transparente
	tarifação baseada no tempo
- comutação de mensagens
- comutação por pacotes 
	blocos limitados em tamanho
	tráfego interativo
	não há desperdicío de largura de banda
	pode haver congestionamento*
	tarifação baseada em nº bytes transmitido
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
Comutação de circuito e por pacotes
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
Comutação: distribuição hierárquica das centrais de comutação de circuito
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
Comutação (comutadores de circuito):
Comutadores Croosbar (Crosspoint ou Barramento cruzado):
- pontos cruzados;
- nº de barramentos aumenta com o quadrado das linhas;
Comutadores de Divisão Espacial:
- assemelha-se a um crossbar dividido em pequenas partes interconectadas;
- menos barramentos;
- probabilidade maior de congestionamentos
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ESTRUTURA DO SISTEMA
TELEFÔNICO
Comutação (comutadores de circuito):
Comutadores por divisão de Tempo:
- quadro => RAM => permutação => envio;
- tabelas lineares;
- máximo de 625 linhas;
- possibilidade de conexão multiestágio;
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ISDN DE BANDA ESTREITA
Antecipação da demanda de serviços digitais:
- comutação de circuito completamente digital até o séc XXI;
- integração dos serviços de voz com outros tipos de serviço
Serviços:
- chamadas instantâneas;
- identificação de chamada;
- conexão com computador;
- encaminhamento de chamadas;
- realização de conferências telefônicas internacionais;
- leitura de medidores e alarmes online;
Arquitetura:
- pipe de bits;
- TDM;
- padrão de largura de banda baixa (uso doméstico);
- padrão de largura de banda alta (uso comercial);
Interface:
- A: canal telefônico analógico de 4KHz;
- B: canal PCM digital de 64 Kbps para voz ou dados;
- C: canal digital de 8 ou 16 Kbps;
- D: canal digital de 16 Kbps para sinalização fora de banda;
- E: canal digital de 64 Kbps para sinalização RDSI interna;
- F: canal digital de 384, 1.536 ou 1.920 Kbps
- Taxa básica: 2B + 1D;
- Taxa principal: 23B+1D (EUA e Japão) 30B+1D
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ISDN DE BANDA ESTREITA
Perspectivas:
- equipamentos obsoletos
- vídeo sob demanda (baixa largura de banda)
- LANS
- acesso a internet (menor custo que o B-ISDN)
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B-ISDN E ATM
Introdução:
Trata-se basicamente de um circuito digital virtual 		usado para mover pacotes de tamanho fixo a uma 	velocidade de 156Mbps (taxa suficiente para 		transmissão de HDTV);
Largura de banda 2.500 x ISDN;
Baseado na comutação de pacotes;
Capacidade de emular a comutação de circuito;
Dificuldades na implantação:
	- Substituição do cabeamento para UTP-5
	- Substituição dos comutadores por divisão de 		tempo e divisão espacial
	- Abandonar 100 anos de conhecimento e 		investimento
Circuitos Virtuais:
Serviço orientado à conexão, implementado com a 		comutação de pacotes, podem ser de dois tipos:
	- Circuitos virtuais permanentes
	- Circuitos virtuais comutados
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B-ISDN E ATM
Transmissão em redes ATM:
ATM - Asynchronous Transfer Mode;
Não exige que as células se alternem entre as várias 		origens;
Não padronização do formato para transmissão das 		células;
Possibilidade de envio de células individuais;
Padrões especificam como empacotar células ATM em 	sistemas SONET ou FDDI;
Meio de transmissão: fibra ótica é preferencial, cabo 		coaxial e UTP-5 nos trajetos inferiores a 100m;
Ligações ponto a ponto unidirecional, multidifusão 		realizada nos comutadores;
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B-ISDN E ATM
Comutadores ATM:
Os comutadores são síncronos;
As células chegam ao comutador de forma assíncrona, 	porém apenas serão comutadas caso já tenham 	sido integralmente recebida enquanto o relógio 	está funcionando; 
Taxa de entrada de ~150Mbps, ou seja 360.000 cel/s, o 	que implica num tempo de ciclo de 2,7ms para o 	comutador;
Existência de 16 a 1.024 linhas de entrada;
Velocidade de entrada de 622Mbps, ou seja, um novo 	lote de células é inserido no tecido de comutação a 	cada 700ns;
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B-ISDN E ATM
Objetivos dos Comutadores ATM:
- Comutar com a menor taxa de descarte
	1 célula a cada 1012
	1 ou 2 células por hora
- Nunca reordenar as células
	dificulta o projeto, porém é necessário
O que fazer quando 2 ou mais células recebidas 		devem ser encaminhadas para a mesma porta de 	saída?
Selecionar uma célula para entrega e descartar as 		outras -> fere o objetivo 1;
Acumular as células excedentes na entrada e enviar 		num próximo ciclo -> ocasiona bloqueio de 		cabeça de linha;
Recolocar as células excedentes na entrada -> pode 		ocasionar um reordenamento no envio das 		células, o que não é admitido pelo objetivo 2;
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B-ISDN E ATM
Enfileirar as células excedentes na saída;
Comutador Knockout:
Comutador de barramentos cruzados;
Utiliza enfileiramento na saída;
Transmissão das células de entrada no ciclo que são 		recebidas;
Possibilidade de várias células terem o mesmo destino;
Possibilidade de uma célula ser multidifundida;
Utilização de um concentrador inteligente, que 			seleciona
as células de forma análoga a 			competições esportivas;
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B-ISDN E ATM
Comutador Batcher-Banyan:
Um comutador Batcher-Banyan simples é mais 		complexo que os comutadores de divisão espacial;
Roteamento executado pela seleção da linha de saída 		adequada:
	- bit 0 vai para a porta superior
	- bit 1 vai para a porta inferior
Podem ocorrer colisões internas no comutador Banyan, 	a depender da ordem de chegada das células;
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B-ISDN E ATM
Comutador Batcher-Banyan (continuação):
Inserção do comutador Batcher antes do comutador 		Banyar para operar um ordenamento
	- comparação numérica dos endereços de saída
	- célula de maior valor segue indicação da seta
	- apenas uma célula, vai contra a indicação
Estágio 1 ordena as células de entrada em pares;
Estágio 2 realiza uma difusão em 4 direções;
Estágio 3 realiza uma difusão em 8 direções;
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B-ISDN E ATM
Comutador Batcher-Banyan (continuação):
Complicações:
	- não foi previsto o caso em que duas ou mais 		células devem ser direcionada para a mesma 		porta de saída, neste caso teremos uma colisão. 
	- outro caso não previsto foi a multidifusão.
Uma alternativa para a duplicidade na saída é a 		inserção de uma rede de interceptação entre os 	estágio do comutador;
Não foi encontrado um algoritmo que trate a 			multidifusão;
Os comutadores comerciais se diferem basicamente nos 	circuitos de interceptação e do tratamento da 		multidifusão;
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RÁDIO CELULAR
Visa satisfazer o grupo de pessoas em deslocamento;
Utiliza ondas de rádio ao invés de fios e fibras;
Computadores portáteis serão capazes de originar e 	receber chamadas telefônicas, mensagens de fax e 	correio eletrônico bem como acessar bancos de 		dados remotos;
Mercado atual é caótico e incompatível;
Sistemas de Paging:
Mensagem difundida por toda a estrutura através de 	antenas ou satélites;
Não há disputa entre os usuários pela utilização de um 	canal pois só há um transmissor para o sistema;
Requer uma largura de banda pequena
	- Cada mensagem precisa de ~ 30 bytes
	- Um canal de satélite de 1MBps cobre mais de 		240.000 pagings por minuto
Antigos: freqüências de 150 a 174MHz;
Novos: freqüências de 930 a 932MHz;
Sistema simples e barato para as operadoras;
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RÁDIO CELULAR
Telefones Sem Fio:
Constituído de uma estação base e um telefone;
Comunicação por rádio de baixa energia, deslocamento 	de 100 a 300m;
Antigos: freqüência fixa, escuta indesejada;
Padrão CT-1: transmissão analógica, interferência em 	aparelhos de TV e rádio;
Padrão CT-2: transmissão digital, maior segurança;
Telefones Celulares Analógicos:
Utilizados pelos segmentos militar e marítimo no início 	do século;
St. Louis teve o 1º sistema para telefones baseados em 	automóveis em 1946:
	- Utilização de apenas uma freqüência
	- “Aperte para falar”
IMTS (Improved Mobile Telephone System) em 1960 	utilizava duas freqüências:
	- Usuários não podiam se ouvir
	- Apenas 23 canais entre 130 e 450MHz
	- Interferência devido à alta potência (200W)
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RÁDIO CELULAR
Telefones Celulares Analógicos (continuação):
AMPS (Advanced Mobile Phone System):
	- Inventado pelo Bell Labs e implementado pela 	primeira vez nos EUA em 1982
	- Utilizado também na Inglaterra e Japão
	- Divisão de uma região geográfica em células
	- Capacidade 100 vezes maior que o IMPS
	- Reutilização de freqüência em células próximas
	- Estação base consiste de um computador, e um 	receptor/transmissor conectado a uma antena
	- MTSO (Mobile Telephone Switching Office)
	- Ligações entre os MTSOs, as EB e a RPTC 		através de uma rede de comutação de pacotes
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RÁDIO CELULAR
Telefones Celulares Analógicos (continuação):
Canais do sistema AMPS:
	- 832 canais full-duplex, sendo 832 canais de 		transmissão simplex de 824 a 849MHz e 832 		canais de recepção simplex de 869 a 894MHz
	- Cada canal tem 30kHz de banda
	- É utilizada a FDM para separação de canais
	- Canais distribuídos entre as concessionárias
	- Canais divididos em 4 categorias:
		Controle (B -> UM)
		Paging (B -UM)
		Acesso (bidirecional)
		Dados (bidirecional)
	- 21 canais reservados para controle
	- Em média tem-se 45 canais de voz disponíveis 	por célula, uma vez que as mesmas freqüências 	não podem ser reutilizadas nas células vizinhas
Gerenciamento de chamadas:
	- Número de série (32 bits) e de telefone (24 bits)
	- Busca automática de uma lista de 21 canais de 	controle pré-programada ao ligar
	- Obtenção dos números dos canais e paginação 	de acesso
	- Emissão do sinal de registro a cada 15min
	- MTSO faz o roteamento das chamadas para a 	EB da célula onde se encontra o assinante
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RÁDIO CELULAR
Telefones Celulares Analógicos (continuação):
Questões de segurança:
	- Totalmente inseguros, qualquer scanner pode 	captar os sinais em uma célula
	- Um receptor adequado pode monitorar o canal 	de controle e registrar os números de série e de 	telefone em uma área (clonagem de celulares)
	- Problema poderia ser resolvido utilizando 		métodos de criptografia
Telefones Celulares Digitais:
Sistemas diferentes em cada parte do planeta:
EUA:
	- IS-54: modo duplo (A/D), utilizando o mesmo 		canal de 30KHz do AMPS, empacotamento de 		três usuários em um canal de 48,6Kbps
	- IS-95: completamente digital, spread-spectrum
Europa:
	- Sistemas analógicos eram incompatíveis
	- Antes da implantação de um sistema digital já se 	havia definido um padrão, GSM (Global Systems 	for Mobile Communications)
	- Utilização da faixa de freqüência de 1,8GHz
	- Utilização de FDM e TDM
	- Divisão do espectro em 50 faixas de 200KHz
	- Utilização de cartões inteligentes
 Japão: sistema diferente dos demais
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RÁDIO CELULAR
Serviços de comunicação pessoal:
PCS (Personal Communications Service);
Um único número para cada assinante;
Microcélulas de 50 a 100m de extensão, 40.000 vezes 		células a mais para cobrir uma mesma região 		AMPS;
Estações de base do tamanho de torradeiras;
Transmissores pequenos e leves, graças a baixa geração 	de energia (1/4W);
Utilização da banda de freqüência entre 1,7 e 2,3GHz;