modelo de referência osi - inf.pucrs.brcnunes/redes/aulas/fisico3.pdf · protocolo da camada n....
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Redes e Sistemas Distribuídos Profa. Cristina Nunes
Modelo de Referência OSI
OSI (Open Systems Interconnection)Criado pela ISO (International Standards Organization)É um modelo abstrato que relaciona funções e serviços de comunicações em sete camadas.Cada camada oferece serviços de comunicação à camada superior.Em um sistema, cada camada N “conversa”com sua par no outro lado, através de um protocolo da camada N.
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Redes e Sistemas Distribuídos Profa. Cristina Nunes
Modelo de Referência OSI
Protocolo de transporte
Máquina A
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Aplicação
Apresentação
SPDU
TPDU
pacote
quadro
bit
Máquina B
APDU
PPDU
Protocolo de sessão
Protocolo de apresentação
Protocolo de aplicação
SUB-REDE DE COMUNICAÇÕES
Roteador Roteador
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Nível Físico (1)� Características mecânicas, elétricas e funcionais
de conectores e fios, • Representação dos bits em termos de sinais elétricos
(níveis de tensão e duração - taxa de transmissão).• conexão half-duplex ou full-duplex• Transmissão serial ou paralela
Modelo de Referência OSI
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Modelo de Referência OSI
Nível de Enlace (2)� Converte um canal de transmissão físico não
confiável em um canal confiável de transmissão• Enquadramento.
– bits de delimitação de quadros
• Detecção e recuperação de erros.– redundância
• Controle de fluxo– controle de emissão, como, por exemplo, janela deslizante.
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Modelo de Referência OSI
Nível de Rede (3)� Endereçamento, seqüenciamento e roteamento.
• datagrama: não orientado à conexão• circuito virtual: orientado à conexão
� Interconexão entre redes heterogêneas.
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Modelo de Referência OSI
Nível de Transporte (4)� Comunicação fim-a-fim transparente e
confiável.• Seqüenciamento, controle de erros, controle de fluxo
� Multiplexação� Espalhamento (splitting)� Segmentação
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Modelo de Referência OSI
Nível de Sessão (5)� Sintaxe� Gerência de token� Controle de diálogo
• pontos de sincronismo
� Gerência de atividades
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Modelo de Referência OSI
Nível de Apresentação (6)� Semântica dos dados (preocupa-se com a
representação da informação).• compressão de texto• conversão de códigos• criptografia
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Modelo de Referência OSI
Nível de Aplicação (7)� Interface do modelo OSI com os processos do
usuário� Diversos elementos de serviços genéricos� (Service Element)
• ACSE (Association Control)• ROSE (Remote Operations)• RTSE (Realiable Transfer)
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Modelo de Referência OSITransmissão de dados
Usuário (A) Usuário (B)dados
dadosA
dadosAP
dadosAPS
dadosAPSTNL L
dadosAPSTNLF FL Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
dadosAPSTN
dadosAPST
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Modelo de Referência TCP/IP
TCP/IP são os protocolos oficiais da Intenet.A Internet surgiu a partir da ARPANET (rede de pesquisa criada pela Departamento de Defesa dos Estados Unidos).Aos poucos centenas de universidades e repartições públicas foram sendo conectadas e começou a surgir problemas com os protocolos existentes.Solução: Criação de uma nova arquitetura de referência.
Interface de Rede
Internet
Transporte
Aplicação
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Modelo de Referência TCP/IP
Nível de Interface de Rede� Não é feita nenhuma especificação� Tornar possível o envio de pacotes IP.
Nível Internet� Especifica formato dos pacotes e mecanismos
usados para seguir adiante os pacotes.� Define o protocolo IP.
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Modelo de Referência TCP/IPNível de Transporte� Especifica como assegurar a transferência entre
origem e destino.� Definição de dois protocolos fim a fim:
• TCP (Transmission Control Protocol)• UDP (User Datagram Protocol)
Nível de Aplicação� Especifica como uma aplicação usa a Internet.
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O Nível de Enlace nas Redes Locais
Modelo OSI para uma rede de longa distância
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O Nível de Enlace nas Redes Locais
Modelo OSI adaptado a redes locais
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O Nível de Enlace nas Redes LocaisFoi necessário adaptar o modelo OSI para aplicação no contexto de redes locais. Esta adaptação resultou na subdivisão do nível de enlace em dois subníveis, denominados:
� LLC - Logical Link Control, ou simplesmente Controle de Enlace;� MAC - Medium Access Control, ou Controle de Acesso ao Meio.
Objetivo; conseguir que o subnível superior, o LLC, se tornasse independente da topologia, do meio de transmissão e do método de acesso usados na rede local. Assim, possíveis alterações na topologia ou técnica de rede local não afetariam o protocolo de enlace.
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O Nível de Enlace nas Redes LocaisAs redes locais são padronizadas pelo IEEE (Institute of Eletrical and Electronics Engineers) com o nome de IEEE 802. Os padrões IEEE 802 restringem-se aos níveis físico e de enlace (1 e 2) do modelo OSI.As redes locais foram originadas da rede Ethernet.A GM participou ativamente da padronização da Ethernetpois ela achava que essa era a única saída para a competição com a indústria japonesa. Via a tecnologia de rede local como a forma ideal de interligar as máquinas e robos no ambiente de fábrica.
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O Nível de Enlace nas Redes Locais
Ethernet: todas as máquinas ouvem o barramento.� Se ele não estiver ocupado, qualquer máquina pode
transmitir. � Se duas máquinas o fazem ao mesmo tempo, ocorre
uma colisão. • Neste caso, ambas as estações interrompem a transmissão,
esperam durante um tempo gerado aleatoriamente e tentam novamente.
• Não existe, um limite máximo para o tempo que uma máquina terá até conseguir transmitir com sucesso.
• Esse tempo depende das condições de tráfego na rede e tende ao infinito em condições de carga elevada.
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O Nível de Enlace nas Redes LocaisToken Bus (ficha-barramento): cada estação recebe o direito de transmissão na forma de uma ficha (token) e pode então transmitir (ou não) até um tempo máximo determinado, passando depois a ficha à estação seguinte de um anel lógico. Aqui o pior caso do atraso é determinístico e não mais estatístico ou aleatório.Token Ring (ficha em anel): A IBM justificou a sua escolha defendendo a alta eficiência e outra vantagens técnicas dessa tecnologia.
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O Nível de Enlace nas Redes Locais
O Comitê acabou por adotar os três padrões, hoje conhecidos como IEEE 802.3, 802.4 e 802.5.
O nível de enlace foi dividido em duas sub-camadas. Os três padrões diferem no nível físico e nas funções do MAC. Nas funções do LLC todas as três arquiteturas usam o mesmo protocolo, padronizado pela norma 802.2.Para as redes metropolitanas, como DQDB (Distributed
Queue Dual Bus), foi definido o padrão IEEE 802.6.
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O Nível de Enlace nas Redes Locais
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Padrões para os níveis físico e de enlace em LANs e WLANs
PadrãoPadrão IEEE 802.3IEEE 802.3� rede em barra, utilizando CSMA/CD como método de
acesso
Padrão IEEE 802.4� rede em barra, utilizando passagem de permissão como
método de acesso
PadrãoPadrão IEEE 802.5IEEE 802.5� rede em anel, utilizando passagem de permissão como
método de acesso
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Padrões para os níveis físico e de enlace em LANs e WLANs
PadrãoPadrão IEEE IEEE 802.11a: fornece transmissão de até54 Mbps na banda 5 GHz. Menos possibilidade de interferência na frequência de rádio do que a 802.11b e a 802.11g. Alcance relativamente menor (aproximadamente 60 metros) do que a 802.11b. Não é interoperável com a 802.11b.PadrãoPadrão IEEE IEEE 802.11b: fornece transmissão de até 11 Mbps na banda 2.4 GHz. Não éinteroperável com a 802.11a. Oferece acesso a dados até 100 metros de distância da estação base.
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Padrões para os níveis físico e de enlace em LANs e WLANs
PadrãoPadrão IEEE IEEE 802.11g: fornece transmissão de até54 Mbps (normalmente 22 Mbps) na banda 2.4 GHz. Considerada a sucessora da 802.11b e compatível com a mesma. Oferece acesso de alta velocidade a dados até 100 metros de distância da estação base.
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Modulação e Codificação
Modulação� Dados analógicos Sinais analógicos� Dados digitais Sinais analógicos
Codificação� Dados analógicos Sinais digitais� Dados digitais Sinais digitais
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ModulaçãoProcesso pelo qual o sinal de dados (dito sinal modulante) modifica um ou mais parâmetros (amplitude, freqüência ou fase) de uma onda senoidal, dita portadora. A informação impõe o modo como vai ser modificada a portadora. Ao se analisar, na recepção, as modificações sofridas pela portadora, pode-se recuperar a informação digital (demodulação). Por isso, se diz que a portadora transporta a informação.
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Modulação
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Modulação
Uso mais comum: transmissão de dados digitais em rede telefônica.� Rede telefônica: sinais de voz - 300 a 3400 Hz.
Há basicamente quatro técnicas� modulação em amplitude� modulação em frequência� modulação em fase� modulação QAM
Através destas técnicas de modulação pode-se transformar um dado digital em um sinal analógico.
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Meios físicos
Alguns fatores que podem ser levados em consideração na escolha do meio físico:� taxas de transmissão� facilidade de instalação� imunidade a ruídos� confiabilidade� custo total
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Meios físicos
CoaxialPar trançadoFibra óticaRádioInfravermelho...
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Meios físicosCabo Coaxial� Consiste em um condutor de cobre central, uma camada
de isolamento flexível (dielétrico), uma blindagem com uma malha ou trança metálica e uma cobertura externa.
1 Capa Plástica Protetora2 Camada Condutora3 Camada Isolante4 Fio de Cobre
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Meios físicos
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Meios físicos
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Meios físicosPar Trançado� Consiste de pares fios de cobre enrolados de forma
helicoidal � reduz a interferência elétrica entre dois pares de fios.
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Meios físicosExistem dois tipos de par trançado:� STP (Shielded Twisted Pair) - cabo com blindagem
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Meios físicos� UTP (Unshielded Twisted Pair) - cabo sem blindagem
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Meios físicosCabos UTP são divididos em 5 categorias de acordo com a capacidades de utilização, calibre do fio, cobertura.
Referência(banda passante)
Impedância Aplicações(Telefonia e Dados)
EIA/TIA Cat. 1 150 Ohms Telefonia analógica 4KHzTelefonia digital 64KHz
EIA/TIA Cat. 2(até 1 MHz)
100 Ohms ISDN DadosIBM 3270, AS 400
EIA/TIA Cat. 3(até 16 MHz)
100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 Mbit/s
EIA/TIA Cat. 4(até 20 MHz)
100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 e 16 Mbit/s
EIA/TIA Cat. 5(até 100 MHz)
100 Ohms IEEE 10BaseT e100BaseT
Token Ring 4 e 16 Mbit/s
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Meios físicos
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Meios físicos
Fibra Ótica� Composta basicamente de material dielétrico, seguindo
uma longa estrutura cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas.
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Meios físicos
Existem três tipos de fibras:� multimodo com índice degrau� multimodo com índice gradual� monomodo
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Meios físicos
Multimodo com índice degrau
Diferentes índices de refração
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Meios físicosMultimodo com índice gradual
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Meios físicos
Monomodo� evita vários caminhos de propagação da luz dentro do
núcleo
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Meios físicosVantagens:
baixas perdas de transmissão e grande banda passante; pequeno tamanho e peso; imunidade a interferências; isolação elétrica; segurança do sinal; matéria-prima abundante.
Desvantagens:fragilidade das fibras sem encapsulamento; dificuldade de conexão; configuração básica ponto a ponto.
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Nomenclatura10Base2 10Base5 10BaseT 10Base FL
10 Mbps10 Mbps10 Mbps
500 m500 m500 m
sinalização em banda BASEsinalizasinalizaççãoão emem bandabanda BASEBASE
10BASE510BASE5
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Nomenclatura
Nome
10BASE5
10BASE2
10BASE-T
10BASE-F
Cabo
Coaxial grosso
Coaxial fino
Par trançado
Fibra ótica
Max. seg
500 m
200 m
100 m
2000 m
Nodos/seg
100
30
1024
1024
Vantagens
Bom para backbones
Sistema mais barato
Fácil manutenção
Melhor entre prédios
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Nomenclatura10BASE5� conexões através de vampire
taps
10BASE2� conectores BNC formando
junções T
10BASE-T� utilização de hub� conectores RJ-45
10BASE210BASE2
10BASE10BASE--TT
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Espectro Eletromagnético
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Espectro EletromagnéticoFrequências� 30MHz to 1GHz
• Omnidirectional• Rádio em Broadcast
� 2GHz to 40GHz• Microondas• Altamente direcional• Ponto a Ponto• Satélite
� 3 x 1011 to 2 x 1014
• Infravermelho• Aplicação local
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Ar
Meio não guiado� Transmissão e recepção via antena
Direcional� Visada direta
Omnidirectional� Sinal espalha-se em todas as direções� Pode ser recebido por muitas antenas
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ArRádio� Produz ondas onidirecionais
• A propagação usual é para todas as direções• O uso de antenas permite o direcionamento das ondas
� Pode usar ondas de freqüência baixa• Ondas de freqüência baixa atravessam objetos e perdem
muita potência com a distância
� Pode usar ondas de freqüência alta• Ondas de freqüência alta tendem a ricochetear em
objetos sólidos ao longo do caminho
� Uso em redes locais sem fio (Wireless LAN)
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Ar
Microondas Terrestre� Altas freqüências� Direcional� Problemas
• Períodos de precipitação intensa• Desalinhamento das antenas
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Ar
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ArInstalação
��������������� � ������������������� � ����
������������
��������������������
������������
������������������������
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ArTipos de Links
����������������������
��������������������������������
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Ar
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ArAplicações� Telefonia celular� Comunicações entre dois prédios
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Ar
Satélite� O Satélite é uma estação de “relay”� O satélite recebe em uma freqüência amplifica ou
repete o sinal e transmite em outra freqüência� Para enviar informação sobre o planeta, giram em torno
de seu próprio eixo (o que mantém seu equilíbrio), ao mesmo tempo que "varrem" a superfície da Terra.
� Usado para• Televisão• Telefonia de longa distância• Redes Privadas
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Ar
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ArSatélites geoestacionários� São satélites colocados em órbita sobre o equador de tal
forma que o satélite tenha um período de rotação igual ao do planeta Terra.
� As estações terrestres utilizam antenas fixas, que apresentam um pequeno custo de operação e manutenção em relação às móveis.
A uma altitude de 37.000 km, o período de deslocamento com vel. de 28.000km/h é igual a 24 horas e está girando com a mesma velocidade angular que a Terra.A União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço geoestacionário em 180 posições orbitais, cada uma separada da outra de um ângulo de 2°.
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ArSatélites não geoestacionários� São satélites colocados em órbita circular com a terra, onde:
velocidade de rotação do satélite ≠ velocidade de rotação da terra
� As estações terrestres utilizam antenas móveis, com custos de operação e manutenção maiores em relação às fixas
� Um satélite a 800 km de altitude se desloca com uma velocidade de 28.000 km/h, completando uma órbita em 100 minutos.
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Ar
Frequências� BANDA C
• Espectro de freqüência segundo o IEEE - 3.9 GHz até 6.2 GHz. • Espectro de freqüência comercial utilizado - 3.7GHz até 6.425GHz. • É utilizado um sinal de freqüência 6GHz para comunicação no sentido
terra -> satélite e 4GHz no sentido satélite -> terra.
� BANDA KU• Espectro de freqüência segundo o IEEE - 15.35GHz até 17.25 GHz.• Espectro de freqüência comercial utilizado - 10.7GHz até 18GHz. • É utilizado um sinal de freqüência 14GHz para comunicação no sentido
terra -> satélite e 12GHz no sentido satélite -> terra
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Ar
Banda KU X Banda C� Por operar em uma freqüência mais alta, a Banda KU não sofre
interferência dos enlaces terrestres de microondas nas áreas metropolitanas. A banda C, por atuar em uma freqüência mais baixa, estásujeita a enfrentar problemas de interferências tanto climáticas quanto do excesso de tráfego.
� Internacionalmente, a banda mais popular é a banda Ku, pois permite cursar tráfego com antenas menores que as de banda C, devido ao fato das suas freqüências serem mais altas.
� Devido ao mesmo fato, a transmissão em banda Ku é mais suscetível a interrupções causadas pela chuva. Dessa forma a banda C é mais popular
em países tropicais.
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Ar
Vantagens do uso de satélites� Grande largura de banda disponível� Cobertura de grandes áreas� Todos os usuários têm as mesmas possibilidades de
acesso� Facilidade de utilização em comunicações móveis� Superação de obstáculos naturais
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Ar
Desvantagens do uso de satélites� Alto investimento inicial� Pequena vida útil� Aspectos institucionais, legais e regulamentais� Dificuldades e alto custo de manuntenção
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ArInfravermelho� Uso facilitado por projeto fácil e custo baixo� Apresentam curto alcance� São razoavelmente unidirecionais, com pouca
abertura� Problemas
• Espectro compartilhado com a luz do Sol• Interferência de luz fluorescente• Não atravessa objetos opacos
� Vantagens• Segurança• Não interferência entre redes em salas diferentes
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MultiplexaçãoÉ a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um mesmo meio físico. A capacidade de transmissão do meio físico é dividida em “fatias” (canais), com a finalidade de transportar informações de equipamentos distintos.
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Multiplexação
Existem duas técnicas de multiplexação:� Multiplexação por Divisão de Freqüência (FDM - Frequency
Division Multiplexing)� Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM - Time Division
Multiplexing)
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Multiplexação - FDM
Neste tipo de modulação a banda passante é dividida em vários canais de comunicação, em faixas de freqüência distintas.
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Multiplexação - FDM
Cada um desses canais pode ser usado individualmente como se fosse uma linha separada. Na telefonia as faixas de freqüência reservadas para a transmissão de voz são de 4 KHz.Neste tipo de técnica os terminais não precisam estar geograficamente próximos. Todos sinais são enviados ao mesmo tempo, porém cada um ocupando uma diferente porção da largura de banda.Uma desvantagem da FDM é a dificuldade de expansão.
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Multiplexação - FDM
Transmissão de três canais de voz sobre o mesmo meio simultaneamente.
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Multiplexação - FDM
Transmissão ADSL� Menos de 25kHz para
voz• Plain old telephone
service (POTS)
� Uso de FDM paraalocar duas bandas
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Multiplexação - TDMEste tipo de multiplexação se beneficia do fato de que a capacidade (em quantidade de bits por segundo) do meio de transmissão, em muitos casos, excede a taxa média de geração de bits das estações conectadas ao meio físico. Ela intercala os bits, que fluem das linhas de baixa velocidade, dentro da linha de maior velocidade.A TDM pode ser classificada em síncrona e assíncrona.
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Multiplexação - TDM
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Multiplexação - TDM Síncrona
O domínio do tempo é dividido em intervalos de tamanho fixo T chamados frames (quadros). Cada frame é subdividido em N subintervalos {t1,...,tn} denominados slots ou segmentos que formam uma partição dos frames que, por sua vez, formam uma partição do tempo infinito. Os segmentos de tempo dentro de um frame não precisam ser do mesmo tamanho.
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Multiplexação - TDM Síncrona
Canal Fixo� é o conjunto de todos os segmentos, um em cada frame,
identificados por uma determinada posição fixa dentro desses frames. Cada canal deve ser alocado para as diferentes fontes de transmissão.
Canais Chaveados� são alocados e deslocados dinamicamente durante o
funcionamento das fontes transmissoras.
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Multiplexação - TDM Assíncrona Também chamada de multiplexação estatística.Não há alocação de canal. Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente de acordo com a demanda das estações, isto é, com a largura individual de cada canal. A banda a ser destinada a cada uma dos canais é alocada dinamicamente com base na utilização estatística. Cada canal dispõe de banda somente quando estiver enviando dados.
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Multiplexação - TDM AssíncronaPermite-se dessa forma a maximização do uso da largura de banda disponível na linha compartilhada. Nenhuma capacidade de transmissão é desperdiçada, pois o tempo não utilizado está sempre disponível caso alguma estação gere tráfego e deseja utilizar o canal de transmissão.
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Multiplexação - TDM Assíncrona
Cable Modem� Dois canais dedicados para transferência de dados.
• Um em cada direção.
� Cada canal é compartilhado por vários assinantes.• Uso de TDM Assíncrono ou estatístico.
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Distorção e RuídoTodo sinal elétrico ao propagar-se em um meio de transmissão sofre degradaçãoDistorções� são alterações determinísticas e sistemáticas da forma
de onda do sinal, causadas pelas características de transmissão imperfeitas do canal
Ruídos� são perturbações de natureza aleatória, causadas por
agentes externos ao sistema de comunicação
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DistorçãoMudança indesejada na forma da ondaOcorre sempre que é transmitido o sinal sobre um certo canal. Conhecendo o canal, pode-se predizer o que iráacontecer sobre qualquer sinal que seja transmitido por ele. É passível de compensação pela adição de componentes elétricos passivos e/ou ativos ao canal, que eliminem ou minimizem seus efeitos.
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Distorção por atenuaçãoAs distorções, por serem sistemáticas e determinísticas, podem ser compensadas no transmissor e no receptor, atravésde circuitos de equalizaçãoSe todas as componentes de um sinal tivessem suasamplitudes simplesmente atenuadas de forma constante, o sinal perderia potência mas manteria a mesma forma de onda, sem distorçãoA distorção ocorre porque a atenuação afeta de maneiradiferente as amplitudes relativas de diferentes componentes do sinal.
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RuídoÉ constituído por sinais eletrônicos aleatóriosPor serem aleatórios, não podem ser completamente compensados.Adição adulterada ao sinal de informação que tende a alterar seu conteúdo. É um sinal indesejável. É muito difícil de compensar, pois não pode ser prognosticado, a não ser em termos de probabilidade.
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Ruído
Existem dois tipos de ruído que afetam as comunicações telefônicas:� ruído branco� ruído impulsivo
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Ruído brancoÉ denominado também ruído térmico. Provocado pela agitação dos elétrons noscondutores.Sua quantidade é função da temperatura.É uniformemente distribuído em todas as freqüências do espectro .Na prática, é o chiado de fundo que pode ser ouvido em qualquer sistema de comunicação.
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Ruído brancoÉ mais danoso à comunicação de voz do que àcomunicação de dados.
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Ruído brancoA recuperação e amplificação do sinal em pontosintermediários de um canal de comunicação nãomelhora a relação sinal/ruído (RSR)� ruído branco também é amplificado e se adiciona ao
nível de ruído presente no novo trecho de linha� Assim, a RSR se deteriora com o aumento do número
de trechos de um canal
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Ruído impulsivoÉ não contínuo e consiste em pulsos irregulares e com grandes amplitudes, sendo de difícilprevenção� a duração destes pulsos pode variar de alguns
milisegundos até centenas de milisegundos
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Ruído impulsivoÉ provocado por� distúrbios elétricos externos ou falhas nos equipamentos� indução no circuito telefônico (raios)
É o causador da maior parte dos erros emcomunicação de dadosSua medida se realiza pela contagem do número de vezes que, num determinado período de tempo, ospicos ultrapassem um nível pré-fixado
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