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Rede de Computadores
MATA59 – Redes de Computadores I
Universidade Federal da Bahia
Instituto de Matemática
Departamento de Ciência da Computação
Rede de Computadores
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Camada física – Sistemas de Transmissão
Sistemas de Transmissão:
1. Telefonia fixa
2. Telefonia móvel
3. TV a cabo
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Camada física – Sistemas de Transmissão
1. Rede Pública de Telefonia Comutada• Redes concedidas pelo governo• RPTC ou PSTN (Public Switched Telephone Network)• Estrutura do sistema telefônico:
LoopLocal
LoopLocal
Estacão Final
Estação Interurbana
Estação IntermediáriasDe Comutação
Troncos Interurbanos
Troncos interurbanos de banda larga
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Camada física – Sistemas de Transmissão
1. Rede Pública de Telefonia Comutada1.1. Loop Local : MODENS , ADSL, Redes sem fio
1.2. Multiplexação: FDM, DWDM, TDM
1.3. Comutação: Circuitos, Mensagens, Pacotes
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.1. Loop Local : MODENS
Rede da Operadora
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada1.1. Loop Local : Modulação
Rede de Computadores
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.1. Loop Local : Modulação em amplitude
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.1. Loop Local : Modulação em freqüência
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.1. Loop Local : Modulação Multinível
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.1. Loop Local : ADSL
Conversor
Rede da Operadora
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.1. Loop Local : Redes sem fio - loops locais sem fio
Rede da Operadora
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.2. Multiplexação : Divisão de um canal principal em vários secundários
A
DC
A
D
BC
B
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.2. Multiplexação : FDM – Divisão de Freqüência
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.2. Multiplexação : TDM – Divisão de Tempo
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.2. Multiplexação : STDM – Multiplexação Estatística por divisão de Tempo
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada1.2. Multiplexação : DWDM – Divisão do Comprimento da
Onda
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.3. Comutação : De Circuitos
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.3. Comutação : De Mensagens
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.3. Comutação : De Pacotes – Circuito Virtual
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.3. Comutação : De Pacotes - Datagrama
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Camada física – Rede Pública Telefonia Comutada
1.3. Comutação : Comparação das técnicas
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Camada física – Sistemas de Transmissão
2. Rede Telefonia Móvel
2.1. Telefones móveis de Primeira Geração
2.2. Telefones móveis de Segunda Geração
2.3. Telefones móveis de Terceira Geração
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2. Redes de Telefonia Móvel
Controlador da Rede de Telefonia Pública
(Public Switched Telephone Network) Faz a comutação entre o sistema de telefonia
móvel e as demais redes de telefonia.
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Controlador da Rede de Telefonia Móvel
(Mobile Switching Center)Faz o controle dos usuários da rede de telefonia móvel (Roaming, Controle de Contas, Roteamento de Chamadas).
2. Redes de Telefonia Móvel
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2. Redes de Telefonia Móvel
Estações Controladoras(Base Station Controller)
Executa o roteamento entre células, e faz a compressão
dos dados transmitidos.
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2. Redes de Telefonia Móvel
Células Transmissoras(Base Transceiver Station)
Executa a comunicação com ousuário final através de dois links
distintos (Downlink, Uplink).
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2. Redes de Telefonia Móvel
Usuário FinalConecta-se a rede através
de dispositivo como telefone móvel, Handheld ou Laptop.
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2. Tecnologias disponíveis:
• FDMA – Frequêncy Division Multiple Access
• TDMA – Time Division Multiple Access
• CDMA – Code Division Multiple Access
• Evoluções – W-CDMA, CDMA 2000, Edge, IMT2000
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.1. Primeira Geração – Voz AnalógicaTecnologia FDMA:• Primeira geração da telefonia móvel• Utilizada nos sistemas analógicos• Funcionamento:
– Faixa de transmissão dividida em vários canais com faixas de freqüência definidas.
– Durante a ligação, um canal (faixa de freqüência) é alocado para o usuário
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• Durante uma ligação uma faìxa de frequência fica reservada exclusivamente para o usuário
• Uso ineficiente do espectro• Usuário utiliza apenas 25% do que é reservado
Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.1. Primeira Geração – Tecnologia FDMA –
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.1. Primeira Geração – Tecnologia FDMA
Sistemas adotados:
• AMPS – Advanced Mobile Phone System– Adotado nos EUA e Brasil– Utiliza canais de 30 kHz
• TACS – Total Access Communication System– Adotado no Japão e Europa– Utiliza canais de 25 kHz
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.2. Segunda Geração – Voz DigitalTecnologia TDMA:• Divide as faixas de freqüencia em unidades de
tempo, os time slots• A comunicação se dá nesses espaços de tempo,
de forma transparente para o usuário– Divide um canal em time slots– Cada sinal utiliza 2 slots– Ganho de capacidade de 3 x 1.
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• Divide as faixas de frequência em pequenas unidades de tempo “Slots” (30 – 40 milisegundos)
• A fala do transmissor é dividida nestes Slots, transmitidas ao receptor e depois remontada sem que ele perceba
• Melhor aproveitamento do espectro
Camada física – Rede de Telefonia MóvelTecnologia TDMA:
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.2. Segunda Geração – Tecnologia TDMASistemas Adotados• US TDMA
– Divide o canal de 30kHz em 3 slots– Pode trabalhar em dos dois modos: digital ou analógico
• GSM (Global Systems for Mobile Communications)– Pertence à 2ª geração de telefonia móvel sendo o mais utilizado – Trabalha apenas em modo digital– Surgiu com a necessidade de se criar um padrão único de comunicação
entre os mais de 40 países europeus– Faixas de frequência maiores, permitem oferecer diversos serviços– Transmissão de dados por pacotes a 50 kbps, GPRS (General Packet
Radio Services)
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.2. Segunda Geração – Voz DigitalTecnologia CDMA:• Todos os usuários utilizam todas as faixas de freqüência
todo o tempo• Utiliza técnica de Spread Spectrum
– Cada usuário é identificado com um código pseudo-aleatório– Os dados do usuário são espalhados pelo espectro de
freqüência de acordo com esse sinal.
• Considerada a Geração 2.5 G• Avanço para W-CDMA que é de 3 G
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• Todos os usuários utilizam a mesma faixa de frequência ao mesmo tempo.
• O método de transmissão utilizado é o “Spread Spectrum”
• Utiliza uma largura de banda maior.
Camada física – Rede de Telefonia MóvelTecnologia CDMA:
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• Cada usuário é identificado unicamente por um padrão.• Os dados que são enviados aos usuários são espalhados pelo
espectro de frequência de acordo com o padrão de cada um.• Ao receber o sinal, o dispositivo do usuário aplica o padrão e
terá acesso exclusivo aos seus dados.
Spread Spectrum
Camada física – Rede de Telefonia MóvelTecnologia CDMA
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Telefones móveis de Terceira Geração – Voz e Dados Digitais
Evoluções:
• FMDA Substituída pela TDMA e CDMA
• TDMA GSM
• CDMAone (2G) CDMA2000 (3G)
• IMT-2000
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1a. Geração (Analógico)
2a. Geração (GSM - CDMA)
3a. Geração (IMT2000)
Alta VelocidadeMultimídia
Voz e Dados(Banda Estreita)
Voz
1980 1990 2000 2010
Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.3. Terceira Geração – Evoluções:
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Terceira Geração – Evoluções:
• Acesso móvel e de alta velocidade à internet• Entretenimento por demanda (filmes, música)• Vídeo-conferência• Compras móveis (m-commerce)• Informações de viagens: congestionamentos, vôos,
localização• Cobertura Global (Global Roaming)• Telefone Móvel => Terminal Móvel
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Terceira Geração – Terminais conceituais
Rede de Computadores
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Terceira Geração – Terminais conceituais
Rede de Computadores
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Terceira Geração – Terminais conceituais
Rede de Computadores
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Terceira Geração – Evoluções:
• Aumento expressivo das taxas de transmissão e recepção dos terminais
• Desenvolvimento de padrões unificados para todo o mundo (worldwide)
• Segurança
• Bateria
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Terceira Geração – Evoluções:
• Grande sonho – unir os terminais móvies de computação do mundo através de um único e mundial padrão de transmissão de rádio
• Extremamente difícil, tendo em vista as tecnologias diferentes já existentes no mercado (GSM, CDMAOne, etc)
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Terceira Geração – Evoluções - IMT 2000:• Conjunto de “recomendações” para provimento de um
padrão para a 3G• W-CDMA, CDMA2000, TD-CDMA/TD-SCDMA,
DECT, UWC-136• Objetiva um framework para prover a compatibilidade e
interoperabilidade entre os padrões existentes.• A idéia por trás do IMT-2000 é que terminais usando
padrões diferentes poderão mover-se de maneira transparente entre todas as redes, provendo assim a cobertura global (global roaming).
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Terceira Geração – IMT 2000:• Principais atributos da IMT-2000:-Alto grau de aspectos comuns de projeto em todo o mundo
(high commonalitty)-Compatibilidade de serviços dentro do sistema e com a rede
fixa-Alta qualidade-Terminais de pequeno porte com possibilidade de cobertura
global (global roaming)-Capacidade de aplicações multimídia com vasta gama de
serviços e terminais
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.3. Terceira Geração – Evoluções:• Todos os padrões devem prover:
– Suporte a transmissões com circuito e com pacote a altas taxas de bits:• 144 kbits/s em alta mobilidade• 384 kbits/s em mobilidade de um pedestre• 2 mbits/s parado
– Interoperabilidade e cobertura– Taxação e perfis de usuários comuns– Determinação da localização geográfica– Suporte a serviços e capacidades multimídia
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.3. Terceira Geração – Evoluções: Os padrões:• DECT
– Padrão utilizado apenas para curtas distâncias– Faz parte de soluções 3G
• UWC-136– É um outro nome dado ao EDGE, considerada solução
de 2,5G
• Três padrões provêem soluções 3G completas : W-CDMA, CDMA2000 e TD-CDMA/TD-SCDMA
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.3. Terceira Geração – Evoluções: Os padrões:• W-CDMA
– Padrão em que se baseia o UMTS, sucessor do GSM que será utilizado pela Europa e Japão
• CDMA2000– Sucessor do CDMA one, principal concorrente do
UMTS• TD-CDMA/TD-SCDMA
– Padrões que utilizam tecnologia TDD (espectro impar)
– TD-SCDMA – padrão adotado na China
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel
2.3. Terceira Geração – Evoluções: 2 G para 3 G:
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.3. Terceira Geração – Tecnologias de Transmissão
de Dados: WAP:• Wireless Application Protocol, padronizado pela
WapForum
• Voltado para comunicação em redes W-Wan (Wireless Wide Area Network)
• Possibilita distribuição de informação da internet para dispositivos móveis
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.3. Terceira Geração – Tecnologias de Transmissão de
Dados: GPRS:• O GPRS (General Packet Radio Service) é um padrão
da tecnologia GSM • Voltado para comunicação em redes W-Wan (Wireless
Wide Area Network)• Pode ser utilizado em redes celulares GSM e TDMA• Baseada na comutação por pacotes, com cobrança por
dados trafegados
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.3. Terceira Geração – Tecnologias de Transmissão
de Dados: GPRS:• Permite velocidades de até 171Kbps• Permite total integração com a internet:
– Serviços de navegador– E-mail– Ftp– SSH– Dentre outros...
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.3. Terceira Geração – Tecnologias de Transmissão
de Dados: EDGE:• O EDGE (Enhanced Data Rate for GSM
Evolution) é uma evolução do padrão GMS
• Upgrade com melhor esquema de modulação
• Possibilita transferências de dados de até 385Kbps
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Camada física – Rede de Telefonia Móvel2.3. Terceira Geração – Tecnologias de Transmissão de
Dados: I-MOD:• Criado pela operadora japonesa DoCoMo• Serviço de informação por pacotes (não há comutação
de circuito)• Acesso simultâneo à informação pelos usuários• Baixa velocidade (9,6Kbps)• Conexão permanente• Cobrança pela quantidade de dados trafegados
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Camada física – Sistemas de Transmissão
3. TV a Cabo
3.1. CATV
3.2. Internet por Cabo
3.3. Alocação do espectro
3.4. MODENS a Cabo
3.5. ADSL x Cabo
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Camada física – TV a Cabo
3.1. CATV : Televisão de Antena Comunitária • Concebida no final dos anos 40• Antena para captar sinais a distância acoplado a
um amplificador que distribuía o sinal para um conjunto de residências via cabo coaxial
• Em 1974 lançado novo Home Box Office:– Conteúdo de filmes– Distribuído somente a cabo
• TV por assinatura no Brasil:– NET SKY DIRECT TV
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Camada física – TV a Cabo
3.2. Internet por Cabo • Crescimento de TV a cabo nas últimas décadas• Sistema HFC ( Sistema Híbrido de Fibra ótica e Cabo
Coaxial ) • Operadoras de TV a cabo entram no ramo de provedor
de acesso Internet de banda larga• Questão da transmissão bidirecional e
compartilhamento de um cabo por vários usuários. Para evitar degradação reduz-se o nível de compartilhamento do cabo ligando menos residências diretamente ao nó da fibra
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Camada física – TV a Cabo
3.3. Alocação do Espectro
• Frequência de dados UPSTREAM:
5 a 42 MHZ
• Frequência de dados DOWNSTREAM:
550 a 750 MHZ
• Frequência de TV DOWNSTREAM:
54 a 550 MHZ
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Camada física – TV a Cabo
3.4. MODENS a Cabo • Padrão DOCSIS ( Especificação de Interfacede Serviços
de Dados por Cabo )• Interface com computador ETH 10 M ou USB• Estabelecem conexão com a estação Head End da
operadora• Disputa pelo canal UPSTREAM• Alocação do canal DOWNSTREAM feita pelo Head
End• Solicita o endereço IP a provedora conectada a
operadora• Tráfego criptografado
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Camada física – TV a Cabo
3.5. ADSL x Cabo• Par trançado no ADSL x Coaxial no Cabo• Ambos usam fibra no Backbone• Capacidade variável a depender da quantidade de
usuários que estejam compartilhando • Maior penetração do ADSL que o Cabo, devido a
penetração da rede telefônica• ADSL (ponto a ponto) mais seguro que o CABO• ADSL oferece flexibilidade de escolha do provedor de
acesso a Internet