Capítulo 6 e 8 comutação e multiplexação (3º unidade)

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Capítulo 6 e 8 comutação e multiplexação (3º unidade)

  1. 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. 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 • 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 - Sumário
  3. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 21. FDMA • Acesso múltiplo por divisão de frequência • Diversos dispositivos estão usando o meio de comunicação, subdividindo a freqüência disponível 21
  22. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 29. Circuitos x Pacotes Característica Com. por circuito Com. por pacotes 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 Em cada pacote

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