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Redes de Computadores Nível Físico

[email protected]

Departamento de InformáticaUFPE

© Djamel Sadok - [email protected] de Redes de Computadores

Nível Físico

■ Transmissão de bits, identificação de circuito epontos finais, notificação de falhas, simples/halfduplex/full duplex,..

■ Circuitos ponto-a-ponto/multiponto (barramento),síncrono (sync) ou não (star t/stop bit), etc

■ Tipos de L inhas• Dedicadas

• Dial up (Discadas)

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Tipos de Transmissão

■ Existem três métodos de operação de circuito• Simplex

• Half-duplex

• Full duplex

Transmissão Assíncrona

■ Não tem relógios no meio de transmissão. Para sincronizar osdispositivos de acesso e transmissão, é usado informação paradelimitar os caracteres (como star t/stop bits). Ex: RS232 e X.21

Transmissão Síncrona■ O dispositivo de acesso compartilha com o dispositivo de

transmissão um relógio


Transmissão Síncrona

Synch EOM CRC Dados Controle SOM Synch

Synch SincronizacaoSOM Start of Message (Comeco de Messagem)Controle Informacoes de ControleDados Dados do UsuarioCRC Cyclic Redundancy Check (Informacoes

para detectar erros na mensagemEOM Fim da Mensagem (End of Message)

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Transmissão Assíncrona

S41 83 7652S S41 83 7652S S41 83 7652S

Transmissao

Tempo 1 Tempo 2

S: bit de Comeco(Start) ou bit de Stop

Dados com Carateres de 8 bits


Linha Dedicada■ Redes publicas como SMDS e Frame Relay permitem que o usuário seja

cobrado na base de tempo de acesso e mais uma taxa fixa.■ Isto permite a cr iação de uma linha vir tual com serviço “faixa sobre

demanda”(bandwidth on demand) ---> tendência para substituir linhasdedicadas com faixa fixa.

USUARIO A

USUARIO B

Linha Dedicada Ponto a Ponto

Linhas Dial Up (com Modem)Ponto a Ponto

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Média de Transmissão (cont.)Fitas Magnéticas

■ Fita DAT (Exabyte 8mm) com 7 GB

■ Uma caixa de 50*50*50 pode conter 1000 fitas, enviada em 24 horas

■ Taxa de transferência é de 648 Mbps (mais do que ATM em 622 M bps!)

■ O custo também é competitivo, alto atraso na transferência das fitas

Par Trançado

■ Para transmissão analógica e digital, aplicação comum é a telefonia

■ São dois cabos de cobre de 1 mm de largura (twisted = numa forma como o DNA)para reduzir as interferências (um par paralelo forma uma antena)

■ Distância de alguns quilômetros sem ampliação (depende do sinal)

■ Conjunto de pares formam um “ sheath”

■ A EIA define duas maneiras para a construção dos conectores com 8 pinos:

Norma T568A: usa pinos 4 e 5 para o pr imeiro par e os pinos 3 e 6 para o segundopar; Norma T568B: usa pinos 4 e 5 para o pr imeiro par mais usa pinos 1 e 2para o segundo par.


Média de Transmissão (cont.)Cabos UTP são classificados em 5 categor ias (ou níveis) de 1 a 5 onde:

■ Categor ias 1 e 2 são usadas para a transmissão de voz

■ Categor ia 3 ou nível 3 para redes locais 10BaseT

■ Categor ia 4: um órfão (ainda sem aplicação), Categor ia 5: redes com 100Mbps

Cabo Coaxial Banda Básica

■ Tem uma melhor proteção que UTP (porque shielded)

■ Para distancias até 2 km a taxa pode var iar entre 1-2 Gbps

■ I nicialmente usado para a inter ligação das centrais de telefonia hoje com fibra,2 tipos: 50 ohm (fino para 10Base2), 75 ohm para transmissão analógica

Cabo Coaxial banda larga

■ Transmissão analógica , Cabo de TV, até 300 M hz, 100 km (veja a vantagem!)

■ Empresas de TV a cabo estão usando cabos broadband

■ FDM (de 6 M hz para TV), problema: t ransmissão em 1 direção -> 2 cabos

■ Uso de freqüências diferentes para transmissão em cada direção

■ Ninguém investe em cabeamento coaxial hoje

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Cabo Coaxial


Média de Transmissão (cont.)

Fibra Ótica■ L imite é de 50 Tbps

■ L imite de hoje em 1 Gbps (conversão difícil entre sinais elétr icos e óticos)

■ Componentes de uma transmissão ótica: fonte de luz, meio de transmissão (fibrafina) e um detetor

■ Para alguns ângulos a luz é refletida toda;

■ Para evitar perdas de luz por causa da reflexão usa de reflexão interna total

■ A fibra com esta propr iedade é chamada fibra multi-modo, muito comum

Fibra mono-modo■ Reduzir o diâmetro da fibra em algumas wavelenghts (comprimentos da onda)

■ A fibra viaja em linha direta, mais cara, usada em distâncias até (30 km)

■ Pode ser usada para LANs, MANs e WANs, tapping é complicado

Transmissão de luz através da fibra: baixo custo e atenuação na área do IR

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Fibra Multimodo



Comparação de fibra e cobre

■ Banda alta, menos repetidores (30 km), inter ferência elétr ica, falta deenergia, produtos químicos, fina, menos peso (bom para os dutos),melhor segurança;

Transmissão de Rádio

■ Distâncias grandes, sem problemas de prédios■ Transmissão em Micro-ondas: ondas > 100 Mhz trajetór ia direta■ Operadoras como MCI estão passando de micro-ondas a fibra para o

backbone■ Ondas podem ter atrasos diferentes (reflexão no ar) e cancelar uma a

outra (multipath fading)■ Problema de chuva em freqüências acima de 8 Ghz■ Telefones sem fio (900 Mhz), Segurança, etc;

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Infra-vermelho

■ Não direcionado, usado com controle remoto,adequado para redes locais WLANs, não podeser usado fora onde tem sol, problemas dereflexão com objetos, não precisa de licençapara operar ;

Transmissão via Lazer■ Problemas de luz do sol e de calor ;


Espectro de Rádio - Freqüências

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O Sistema de Telefonia - 1876

■ Alta taxa de erros■ Conexão com um par de cabos de cobre com distâncias de 1-10 km■ Local loop com par trançado■ Problemas de sinalização analógica (atenuação, atraso, ruído, etc.)■ Uso de modems para dados■ Modulação do sinal (amplitude, freqüência/FSK, fase 45,135,225 ou 315

onde cada uma representa 2 bits)■ Velocidade do modem é fisicamente limitada (teorema de Nyquist)

pesquisas na codificação e compressão de dados para aumentar avelocidade;

■ ITU V.32 (9600 bps) usa a codificação mostrada na figura■ ITU V.32 bis (14.400 bps) usa 6 bits por sinal em 2400 baud■ ITU V.34 (28.800 bps) - V.90 (56 Kbps)


Compressão em Modems

■ MNP 5 usa o Run Length Encoding■ ITU V.42 bis usa compressão Ziv-Lempel (usado no programa compress,

zip, etc.)■ Problemas de echo■ RS-232-C (ITU V.24) e RS-449■ Conector com 25 pinos (9 implementados)■ Limitação de 15 metros e 20 kbps■ Nova norma RS-449 com 37 pinos,

HDTV

■ Fibre to the Home (FTTH)■ Fibre to the Curb (FTTC)■ TV a cabo

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Multiplexação

■ Multiplexação FDM (exemplo rádio AM com freqüências de500-1500 khz)

■ Wavelength Division Multiplexing (WDM)• Usado com fibra, mais confiável (passivo)

• Como a faixa é larga existe a possibilidade de multiplexarmuitos sinais em distâncias grandes

• Comutação usando WDM não é possível (fibra 1 fibra 3 efibra 2 fibra 4)

■ TDM, FDM usa circuitos analógicos■ No caso de E1, 30 são usados para dados e 2 para

sinalização;


Modulação AM, FM e de Fase

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Modulação 3 e 4 Baud/Bits


Multiplexação em Divisão de Ondas WDM

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Multiplexação na Divisão no Tempo - TDM


Switch TDM

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Interfaces Físicas

■ RS-232C, EIA-RS232D, ITU V.24/V.28:• Interfaces assíncronas, maioria para transmissão análogica.• RS-232C interface de 25 pinos usada com modems (V.24/V.28 são as versões

internacionais da ITU)

• RS232 tem uma limitação de 15 metros e velocidade de 19.2 Kbps

■ RS-449: interface com 37 pinos, modo balanceado, até 2Mbps■ X.21 e X.21bis: transmissão digital, 4 fios, full duplex, uso de conector de 15

pinos, síncronos.■ X.21 bis: para a migração de RS-232 e V.24 para X.21■ ISDN I .430 (RDSI-FE)

• Define acesso básico (Basic Rate Interface BRI) com 2 canais (B) de 64 kbpspara dados e 1 (D) full-duplex de 16 kbps para controle. Serviços: Voz,dados e vídeo fone.

• Conector é o RJ-45 com 8 pinos


Interface Físicas (Cont)

ISDN I .431:■ Define acesso pr imár io (Pr imary Rate Interface PRI ) com 23

canais de 64 kbps e 1 (D de 64kbps) sobre uma linha T1.■ Uso com serviços PBX, redes locais, e serviços com requisitos

de faixa alta.■ Os canais B e D dividem o mesmo meio físico usando

multiplexação TDMLinhas T1/E1

■ T1 (1.544Mbps) permite 24 canais telefônicos sobrecabo par trançado " twisted wire" (best seller).

■ E1 é a versão (norma) européia com 2.048 Mbps

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Cabos Ethernet

■ 10Base5: cabo 50ohm, RG-11 coaxial com conexões AUI (em T) usando partrançado para os computadores (Thicknet - cabo grosso) e com trans-receptores(transceivers no cabo).

• Normas para segmentos de 10Base5: 23.4m, 70.2m e 117m para obtermelhor transmissão

• O cabo é marcado a cada 2.5m indicando o lugar dos transceivers (paramelhor recepção)

• distância entre transceivers: de 2.5m a 1500m

• no máximo 1.023 transceivers por Ethernet e 100 transceivers por segmento• Terminação da rede com impedância de 50 ohm

• 10Base 5 é Caro ---> abandonado

■ Obs: O limite é para garantir o funcionamento da Ethernet e a detecção de colisões,o sinal enviado pelo host deve atravessar a rede em menos de 51.2 us.

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Cabos Ethernet (Cont.)

■ 10Base2: cabo coaxial RG-58 com conectores BNC,e com transceivers internos• O host (máquina) é ativa na rede --> um máquina

não funciona --> problema para a rede toda

• Comprimento máximo de 185m

• Uso de Conetores BNC

• Pode ter até 30 máquinas por cabo (segmento)

• Terminação da rede com impedância de 50 ohm



■ 10BaseT• Usando cabo UTP com conectores RJ-45

• Baseado em Topologia de Estrela

• Uso de cabos de cobre (não são caros)

• Fácil de instalar --> solução dos anos 90s

• Comprimento de um link máximo é de 100 metros

• Um problema com uma máquina não acaba com arede

• Uso de hubs e SNMP para gerenciamento

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■ 10BaseF: conexão ponto-aponto de fibrausando fibra multi-modo de 62.5 microns(um).

■ Geralmente usada para inter ligar doissegmentos de uma rede local distantesem dois prédios,..

■ Distância limite é de 2 km


CVs Definidos por Entradas nas Tabelas

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Modos de Transferência Síncrono e Assíncrono


Transmissão em ATM

■ Transmissão em E1/TE é síncrona■ ATM não define como transmitir as células (podem ser colocadas em

E1/T1/SONET/SDH/FDDI/..)■ Meio físico: fibra, UTP, coaxial■ Modo full duplex: duas linhas ponto-a-ponto

Comutadores ATM■ Geralmente síncronos no input■ A chegada das células pode ser assíncrono (esperar até o próximo ciclo)■ Células são de 53 bytes facilitam a comutação■ Baixa taxa de rejeição de células (10 ** -12)■ Manter a ordem das células de um CV■ Problema de concorrência da chegada das células uso de buffers (filas para

cada input)

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Rádio CelularSistemas de Paginação com pouca banda, uma direção, sem colisões, 30 bytes,

150-174 khz e 930-932 khzTelefone sem fio■ 100 - 300 metros, usa sistemas proprietár ios■ CT1 (1A geração no E.U.A e CEPT na Europa, são analógicos, sem

segurança■ CT2 são digitais e não recebem chamadas■ CT-3 ou DECT: suporte para roaming mais próximo da tecnologia

celularTelefones Celulares Analógicos

■ Sistemas Push-to-talk (CB-rádio, polícia, aeronáutica, etc.)■ Sistemas AMPS (1982 - Bell Labs)■ Células de 10-20 km■ Energia de transmissão necessár ia até 0.6 Watts■ Re-uso das freqüências, handoff■ Estação base, Centro de Comutação Móvel,


Bandas para Transmissão via Satélite

Banda Freqüências Downlink(GHz)

Uplink (GHz) Problemas

C 4/6 3.7 - 4.2 5.925-6.425 InterferênciaTerrestre

Ku 11/14 11.7 - 12.2 14.0 - 14.5 ChuvaKa 20/30 17.7 - 21.7 27.5 - 30.5 Chuva - Custo

dos Equipamentos

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Canais do AMPS

■ 832 FDM canais full duplex de 30 khz cada (Tx: 824-849 e Rx: 869-894 M hz)

■ Compr imento da onda é 40 cm, o AMPS é dividido nas Bandas A e B

■ Define 20 canais de controle (no PROM)

■ Um outro canal é para paginação (anunciar novas chamadas)

■ Um canal de acesso bidirecional para o estabelecimento de conexões, alocação decanal, etc;

■ O usuár io tem 45 disponíveisGerenciamento de Chamadas

■ Endereço = 32 bits + 10 números (3 números código de área codificados em 10bits + 7 números codificados em 24 bits)

■ Quando o telefone é ligado rastear 21 canais de controle para ver o mais forte (aordem pode ser A, B, AB ou BA)

■ Saber quais são os canais de paginação e de acesso

■ Fazer o broadcast DIGITAL dos 32 bits (número ser ial) e dos 34 bits doendereço

■ Problema de segurança


Gerenciamento de Chamadas

■ Base que recebe o sinal registra o cliente e informa a base home (registrarãocada 15 mn pelo telefone)

■ O canal de acesso é usado para alocação de um canal de comunicação livreRecepção

■ O telefone consulta o canal de paginação

■ Um pacote (pedido) é redirecionado para a base onde o usuár io é localizado

■ Resposta do usuár io no canal de transporte

■ Alguém está chamando você no canal 4Telefones Celulares Digitais

■ IS-54 e IS-135 (compatível com AM PS)

■ IS-95 Direct Sequence Spread Spectrum (CDMA)

■ Uso de canais de 30 khz

■ Divide 48 kbps entre 3 usuár ios (13 kbps para cada)

■ GSM na Europa (1.8 Ghz) usa FDM e TDM 50 bandas de 200 khz divididos comTDM, uso de cr iptografia

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PCS■ Integração das Tecnologias■ Células de 50 até 100mComunicação via Satélites

■ Earth Moon Earth■ Usados para ampliar o sinal, com 10-12 transponders■ Canal downstream de broacast com cobertura grande■ Inicialmente usava FDM TDM■ Satélites Geosíncronos: são fixos, mínimo de 2 graus de separação (total

= 180), atraso (250-300ms e 540 para o VSAT),■ VSATs: antena de 1 metro, Tx = 1 Watt , uplink = 19.2 kbps, downlink =

512 kbps■ Satélites de Baixo Orbit (750 km de altitude)■ Projeto I r idium da Motorolla (sempre tem um em vista)■ Oferecem dados, voz e fax, Competição com o sistema PCS/PCN■ Uso de conceitos de células móveis


Satélites Vs. Fibra

■ Disponibili dade e Cobertura■ Comunicação Móvel■ Supor te para Broadcast■ Regiões de acesso difícil

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+ , - , . / 0 + 1 2 3 4 5 6 7 5 4 8 9 : ; + : < = > 4 5 < 4 ? : 5


FIM!!!

Obrigado

ufpe redes de computadoresjamel/online/aula4.pdf3 curso de redes de computadores © djamel sadok -...

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