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Representação de Sinais A/D

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Presentation Transcript

  1. Redes de ComputadoresFundamentos de Redes de Computadores,Transmissão de Dados CabeamentoCamada de Enlace Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  2. Representação de Sinais A/D Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  3. Quantisation e Sampling • Quantisation: “incerteza” introduzida na conversão de uma valor analógico em número digital • Sampling(amostragem): intervalo de aquisição dos dados analógicos Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  4. Quantisation • Resolução da conversão depende do número de bits: quanto mais bits, melhor a resolução. • O número de bits determina o número de divisões uma faixa de “inputs” pode ser dividida para aproximar um “input” analógico. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  5. Quantisation • Exemplo • valores de 8 bits para representar voltagens de 0-10 V. • 8 bits: 256 valores distintos • 10 V / 256 = 0.039 V ! • 0 V = 00000000 10V = 11111111 • Cada mudança de 0.039, indica um novo binário. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  6. Sampling • Para representar som digital de forma autêntica é preciso capturar uma amostra de som (sampling) cerca de 44500 vezes por segundo ! • A gravação de um som autêntico por 1 segundo requer 1.5 milhões de bits (quantização de 32 bits, por exemplo). Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  7. Convertendo tipos de sinais • Modem: recebe dados digitais e converte-os para a forma analógica, para transmissão sobre um meio, por exemplo, linha telefônica. • MOdulator: digital para analógico. • DEModulator: Analógico para digital. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  8. Digital Analógico Esquema de um MoDem Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  9. Modem externo ligado ao computador. via RS-232 e fiação para linha telefônica com conector RJ-11. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  10. Sinais digitais • Representam apenas 0´s e 1´s. • Variam menos que sinais analógicos. • mais fáceis para decodificar, mesmo que tenham sofrido interferência. • As redes que transportam sinais digitais são conhecidas por baseBand Networks. • Redes coaxial 50 ohm / ethernet (utp) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  11. Sinais analógicos • Sofrem menos Atenuações que sinais digitais em longas distâncias. • Equipamentos digitais lidam com 0´s e 1´s. O que acontece se o sinal se torna fraco a ponto de não permitir diferenciação? • As redes que transportam sinais analógicos são conhecidas por broadBand Networks. • Cabo coaxial 75ohm (TV) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  12. Analógico x Digital • Digital • Mais fácil de regenerar • menos infestado de interferências • Pode ser gravado diretamente em computador • CODEC: Coder/DECoder • Analógico  Digital (Transmissão)  Analógico • Linhas ISDN: totalmente digital • Integrated Services Digital Network (1998) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  13. ADSL • ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) Linha digital assimétrica p/ assinantes • 8 Mbps (do roteador do ISP p/ casa) • 1 Mbps (da casa p/ o roteador do ISP) • Transmissão FDM (multiplexação por divisão de freqüência) • 1 canal alta velocidade na direção do usuário:50 kHz - 1 MHz • 1 canal de velocidade média na direção da rede: 4kHz - 50 kHz • 1 canal telefônico de duas vias: 4 kHz. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  14. Padrão RS-232 • conexão: comprimento max. : 15 metros • voltagens: +3V e -3V. • comunicação serial e assíncrona • especifica transmissão de caracteres • transmissão de bits sem delay entre eles • nunca deixa voltagem Zero na linha. • Por que comunicação Assíncrona ? • não há necessidade de sincronização emissor-receptor • não há “clock” Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  15. Voltagem no fio usando RS-232 +3 • Acordo entre emissor e receptor no tempo de transmissão de cada bit • bit de início 0: emissor pode distinguir entre idle e início de caracter. • padrão determina que emissor deve deixar a linha idle por um tempo mínimo -> bit de parada 1. 0 -3 Tempo idle start 1 0 1 1 0 1 0 stop Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  16. Conector RS-232 Conector de 25 pinos, com 3 fios para comunicação full-duplex. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  17. Comunicação Assíncrona full duplex transmissão full duplex: fluxo de dados em ambas direções R: receiver (receptor) - modem, pino 3. Computador, pino 2 T: transmitter (transmissor) - modem, pino 2. Comput, pino 3 G: ground (terra) - pino 7 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  18. Largura da Banda - Bandwidth • O nro de freqüências que pode ser acomodado num canal de transmissão. • A diferença entre a freqüência mais alta e a mais baixa que pode ser acomodada num único canal. • Quanto maior a faixa, maior a bandwidth do canal e maior a capacidade de transmissão! Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  19. Time-Division Multiplexing (TDM) • Sinais de velocidades baixas são colocados em um canal de transmissão de mais alta velocidade. • Canal de N nós com R bps • cada nó terá taxa de transmissão de R/N Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  20. Observações TDM • Os MUX´s alocam tempo para um sinal s mesmo se a fonte não tem nada p/ transmitir • Há MUX´s mais inteligentes que alocam fatias de tempo só qd necessário: ambos MUX´s precisam conversar. • Técnica para redes BaseBand (digitais) e BroadBand (analógica), para uma única freqüência. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  21. Frequency-Division Multiplexing - FDM • A bandwidth total do cabo é dividida em bandwidth menores que transportam vários dados. • Canal de N nós com R bps • Cada nó terá taxa de transmissão de R/N Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  22. Enlaces de Acesso Múltiplo e Protocolos Três tipos de enlaces: • ponto-a-ponto (fio único, ex. PPP, SLIP) • broadcast (fio ou meio compartilhado; ex, Ethernet, etc.) • switched (ex., switched Ethernet, ATM etc) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  23. Protocolos de Acesso Múltiplo • canal de comunicação único e compartilhado • duas ou mais transmissões pelos nós: interferência • apenas um nó pode transmitir com sucesso num dado instante de tempo • protocolo de múltiplo acesso: • algoritmo distribuído que determina como as estações compartilham o canal, isto é, determinam quando cada estação pode transmitir • comunicação sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o própro canal! • o que procurar em protocolos de múltiplo acesso: • síncrono ou assíncrono • informação necessária sobre as outras estações • robustez (ex., em relação a erros do canal) • desempenho Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  24. Protocolos MAC: uma taxonomia Três grandes classes: • Particionamento de canal • dividem o canal em pedaços menores (compartimentos de tempo, freqüência) • aloca um pedaço para uso exclusivo de cada nó • Acesso Aleatório • permite colisões • “recuperação” das colisões • Passagem de Permissão • compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisões Objetivo: eficiente, justo, simples, descentralizado Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  25. Protocolos MAC com Particionamento de Canal: TDMA TDMA: acesso múltiplo por divisão temporal • acesso ao canal é feito por ”turnos" • cada estação controla um compartimento (“slot”) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissão de pacote) em cada turno • compartimentos não usados são disperdiçados • exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, compartimentos 2,5,6 ficam vazios • TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load. • FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  26. Protocolos MAC com Particionamento de Canal: FDMA FDMA: acesso múltiplo por divisão de freqüência • o espectro do canal é dividido em bandas de freqüência • cada estação recebe uma banda de freqüência • tempo de transmissão não usado nas bandas de freqüência é desperdiçado • exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, as bandas de freqüência 2,5,6 ficam vazias • TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load. • FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided. tempo bandas de freqüência Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  27. Particionamento de Canal (CDMA) CDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Códigos) • um código único é atribuído a cada usuário, isto é, o código define o particionamento • muito usado em canais broadcast, sem-fio (celular, satelite,etc) • todos os usuários usam a mesma freqüência, mas cada usuário tem a sua própria maneira de codificar os dados. Esta codificaçaõ é definida pelo código que o usuário recebe (“chipping sequence”) • sinal codificado = (dados originais) X (chipping sequence) • decodificação: produto interno do sinal codificado e da seqüência de codificação (“chipping sequence”) • permite que múltiplos usuários “coexistam” e transmitam simultaneamente com mínima interferência (os códigos que minimizam a interferência são chamados “ortogonais”) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  28. CDMA Codificação e Decodificação transmissor receptor Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  29. CDMA: interferência de dois transmissores transmissores receptor 1 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  30. Protocolos de Acesso Aleatório • Quando o nó tem um pacote a enviar: • transmite com toda a taxa do canal R. • não há uma regra de coordenação a priori entre os nós • dois ou mais nós transmitindo -> “colisão”, • Protocolo MAC de acesso aleatório especifica: • como detectar colisões • como as estações se recuperam das colisões (ex., via retransmissões atrasadas) • Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatório: • slotted ALOHA • ALOHA • CSMA e CSMA/CD Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  31. 4 - Meios de Transmissão • Fio de cobre • Fibras Ópticas • Ondas Eletromagnéticas • Microondas • Infravermelho • Laser Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  32. Fios de Cobre - Par trançado Par trançado: O trançamento dos fios tem a função de reduzir interferência. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  33. Par trançado - Tipos • STP: Shielded Twisted Pair • dois pares: Um para enviar, outro para receber • Empregados em redes Token Ring. • Conector type-1 • UTP: Unshielded Twisted Pair • de 2 a 4 pares de fios • ethernet (10 Base T) e Token Ring • típico conector: RJ-45 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  34. Par trançado - STP IBM Token Ring, dois pares de fios (send e receive), conector IBM tipo-1. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  35. Par trançado - UTP Ethernet e Token Ring, existente em vários níveis, conector típico: RJ-45 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  36. Par Trançado - UTP Par trançado 10BaseT, com conector RJ-45 (patch cord) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  37. Fios de Cobre - Coaxial Cabo Coaxial: O dado é transmitido no fio mais interno. A proteção de metal protege contra campos eletro-magnéticos externos e evita que a radiação da energia eletro-magnética do fio interno interfira com outros fios Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  38. Cabos Coaxiais - Tipos • Thick Ethernet • 10Base5, RG-11, “trunk” • Conector: N-Series • Caro • Thin Ethernet • 10Base2, RG-58. • Conector: Bayonet Nut Connector (BNC) • Barato. (fora de moda!) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  39. Cabos Coaxiais - Conectores Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  40. Coaxiais Thin ethernet - 10Base2 Thick ethernet - 10Base5 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  41. Cabo Coaxial - fino Um adaptador AUI-para-10BaseT, usado para conectar uma NIC com um conector AUI ao cabeamento Thin Ethernet. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  42. AUI, MAU,NIC. • NIC: Network Computer Interface. • Placa de Rede, Interface de Rede. • MAU: Media Attachment Unit: Transceiver • conversor analógico-digital • AUI: Attachment Unit Interface • Cabo que conecta a NIC ao Transceiver. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  43. NIC - Placa de Rede NIC - Placa de Rede com conector AUI do lado direito da placa Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  44. Transceiver - Cabo Fino MAU ligado diretamente à NIC sem o cabo AUI. Rede usa cabeamento Ethernet 10Base2 com conector BNC. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  45. Transceiver - Par trançado MAU ligado diretamente à NIC sem o cabo AUI. Rede usa cabeamento Ethernet 10BaseT com conector RJ-45. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  46. Esquema de fios (10BaseT) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  47. Fibra Óptica • Cara • Usada em backbones ou redes anel FDDI (100 Mbps) • Alta capacidade • Imune a interferências eletro magnéticas • Baixa perda • Dificuldade para fazer junções. ($$$) • Longas distâncias Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  48. Fibra Óptica Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  49. Fibras Ópticas • LEDs (Light-Emitting Diodes) • ILDs (Injection Laser Diodes). • Fibras Multimodo: 5 GBPS • transporta múltiplos raios de luz concorrentemente • distâncias relativamente curtas, devido a dispersão • 50 a 100 microns • Fibras Single Mode: 25000 GBPS • Transporta um único raio de luz. • Distâncias mais longas. (50x) • Maior banda, embora (8.3 a 10 microns) • 10 bilhões de bits por segundo ! Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

  50. Radio Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238