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Capítulo 6 e 8
Comutação Circuitos/Pacotes/Mensagens
Multiplexação FDM/TDM/WDM
Prof. Esp. Rodrigo Ronner
rodrigoronner@gmail.com
rodrigoronner.blogspot.com
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• 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
FDMA
• Acesso múltiplo por divisão de frequência
• Diversos dispositivos estão usando o meio de comunicação,
subdividindo a freqüência disponível
21
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
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.
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
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)
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
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
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
Circuitos x Pacotes
Característica Com. por
circuito
Com. por pacotes
Circuito físico dedicado Sim Não
Largura de banda Fixo Variável
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Capítulo 6 e 8 comutação e multiplexação (3º unidade)

  • 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 • 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. 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 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