Diploma

5/10/2018 Diploma - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/diploma-55a0c580baa58 1/48

Transmiterea informatiilor la nivel fizic in diferite medii de

comunicatii

CAPITOLUL I

INTRODUCERE

Întrepătrunderea între domeniul calculatoarelor şi cel al comunicaţiilor a avut o

influenţă profundă asupra modului în care sunt organizate sistemele de calcul. Conceptul de

Centru de Calcul în accepţiunea sa de încăpere unde există un calculator mare, la care

utilizatorii vin să-şi ruleze programele, este depăşit. Vechiul model în care un singur

calculator mare deserveşte problemele organizaţiei, a fost înlocuit de un model în care munca

este realizată de un număr mare de calculatoare, independente dar interconectate.

O reţea de calculatoare este o colecţie de sisteme autonome interconectate. Dacă un

calculator poate să pornească, să oprească sau să controleze în mod forţat un altul, atunci

calculatoarele nu sunt autonome.

Adeseori se face confuzie între reţelele de calculatoare şi sistemele distribuite.

Deosebirea esenţială constă în faptul că într-un sistem distribuit, existenţa mai multor

calculatoare autonome este transparentă pentru utilizator. Într-o reţea, utilizatorii trebuie să se

conecteze explicit la o anumită maşină, să comande explicit execuţia proceselor la distanţă, să

transfere explicit fişierele, etc. Un sistem distribuit este de fapt o aplicaţie construită pe

infrastructura unei reţele de calculatoare.

Reţelele de calculatoare au următoarele caracteristici, care le fac atractive pentru

utilizatori:

Fiabilitate ridicată.

Pagina 1 din 48



Reţelele de calculatoare au o fiabilitate ridicată, doearece permit accesul la mai multe

unităţi de prelucrare şi echipamente periferice alternative.

Preţ de cost scăzut.

Calculatoarele personale au un raport de preţ/performanţă mult mai bun decât

sistemele mari. O reţea alcătuită din mai multe calculatoare personale ieftine, poate să

concureze în ceea ce priveşte performanţele cu un sistem de calcul de categoria celor medii.

Scalabilitate.

Performanţele unei reţele de calculatoare pot să fie înbunătăţite pe parcurs, prin

adăugarea de noi echipamente, din ce în ce mai performante.

Principalele aplicaţii ale reţelelor de calculatoare beneficiază de posibilităţile de

partajare a resurselor şi de schimbul de informaţii între echipamente, pe care acestea le oferă.

Pentru buna distribuire a resurselor şi a informaţiilor între echipamentele reţelei de

calculatoare acestea sunt organizate sub forma mai multor straturi, fiecare dintre ele bazându-

se pe cel inferior. Scopul fiecărui nivel este să asigure anumite servicii nivelurilor superioare,

protejându-le de detaliile de implementare a acestora.

Nivelul n de pe o maşină conversează cu acelaşi nivel de pe maşina partenerului de

comunicaţie. Regurile şi convenţiile utilizate în conversaţie sunt cunoscute sub denumirea de

protocol. Un protocol de comunicaţie reprezintă o înţelegere între părţile ce comunicăasupra

modului de desfăşurare a comunicării.

De fapt nivelurile superioare nu comunică direct, ci prin intermediul nivelurilor de

dedesubt. Comunicaţia efectivă se realizează la fiecare calculator gazdă pe verticală şi pe

orizontală doar între nivelurile aflate la baza ierarhiei. Modelul de organizare al unui

echipament de calcul conectat la o reţea de calculatoare, este prezentat în figura_1:

Comunicaţie virtuală

Pagina 2 din 48

Nivelul n+1

Nivelul n

Nivelul n+1

Nivelul n



Figura_1. Organizarea echipamentelor de reţea

Cele mai cunoscute modele arhitecturale ale reţelelor de calculatoare sunt:

Modelul OSI;

Modelul TCP/IP;

Modelul Novell NetWare.

Primul model, are un caracter mai teoretic, şi este foarte util pentru înţelegerea

funcţionării reţelelor de calculatoare. Ultimele două au la bază arhitecturi funcţionale de

reţele de calculatoare.

Modelul OSI (Open System Interconnection) a fost propus de către ISO (International

Standards Organisation) în anul 1984. Modelul OSI oferă o descriere a modului în care

componentele hardware şi software dintr-o reţea pot funcţiona pe mai multe niveluri pentru a

face posibilă comunicaţia.

Acest model prevede structurarea funcţiilor de reţea pe şapte niveluri. Nivelurile

modelului OSI sunt:

Nivelul Fizic;

Nivelul Legătură de date;

Nivelul Reţea;

Nivelul Transport;

Nivelul Sesiunii;

Nivelul Prezentare;

Nivelul Aplicaţie.

Pentru ca un mesaj de nivel n să ajungă la destinaţie, acesta străbate pe verticală toate

nivelurile de dedesubt, până la nivelul fizic. Fiecare nivel adaugă mesajului un antet specific

(vezi figura_2). La destinaţie mesajul străbate în sens invers stiva de protocoale, fiecare niveleliminând propriul antet.

Pagina 3 din 48

Nivelul 1 Nivelul 1

Comunica ie efectivă



Aplicaţie

Prezentare

Sesiune

Transport

Reţea

Leg. de

date

Fizic

Figura_2.Călătoria unui mesaj prin stiva de protocoale OSI

Subreţeaua de comunicaţie poate să modifice anteturile pachetului până la nivelul

reţea inclusiv sau chiar să fragmenteze pachetele pentru a le putea trimite prin anumite tipuri

de reţele.

1 .NIVELUL FIZIC

Nivelul Fizic se găseşte la baza ierarhiei modelului OSI. Acesta realizează efectiv

transmisia biţilor prin mediul fizic, între calculatoarele învecinate (între care există o legătură

fizică), fără a le interpreta semnificaţia. Specificaţiile nivelui fizic se referă la:

-Viteza de comunicaţie;

-Tipul comunicaţiei (duplex sau semiduplex);

-Modalitatea de reprezentare a valorilor binare;

-Tipul de conector şi tipul de cablu;

- Modalitatea de stabilire şi de încheiere a conexiunii.

Pagina 4 din 48

Mesaj

A Date

A Date s

AT Date T

AR Date R

Date LDALD

Date

pachet

cadru

semnal



2 .NIVELUL LEGĂTURĂ DE DATE

Acest nivel transformă mediul de comunicaţie într-unul lipsit de erori nedetectate. Înacest scop, îmbracă pachetele nivelului reţea în cadre , pe care le transmite secvenţial şi

prelucrează cadrele de comfirmare sosite de la receptor. Deoarece nivelul Fizic nu face decât

să transmită o succesiune de biţi, fără să se preocupe de structura sau semnificaţia acestora,

nivelului Legătură de date îi revine sarcina de a marca şi de a recunoaşte delimitările

cadrelor. Marcarea se realizează prin inserarea unor şabloane speciale la începutulşi la

sfârşitul fiecărui cadru. Dacă şabloanele apar accidental în interiorul cadrului, trebuie luate

măsuri pentru a se evita confuziile.

Recepţionarea cadrelor poate fi afectată de diverse perturbaţii.astfel cadrele pot să

sosească la destinaţie cu erori sau se pot pirde cu totul. Pierdera confirmărilor duce la apariţia

unor cadre duplicate, deoarece cadrele neconfirmate vor fi retransmise. Toate aceste

probleme trebuie rezolvate la acest nivel.

Nivelul Legătură de date poate să ofere nivelurilor superioare mai multe clase de

servicii, caracterizate prin calitate şi preţ.

Pentru verificarea corectitudinii este nevoie de nişte mesaje de confirmare din partea

receptorului. Dacă linia poate transmite date în ambele sensuri, este mai economic să se

ataşeze confirmările de cadrele care circulă în sens invers, ocupând astfel un singur câmp din

antetul acestora (procedeul se numeşte piggybacking). Dacă nu apare nici un astfel de cadru

în timp util, trebuie transmisă confirmarea printr-un cadru separat pentru evitarea

retrasmisiilor.

O altă funcţie a acestui nivel, ce este implementată şi în cadrul unor niveluri

superioare, este controlul fluxului. Prin cotrolul fluxului se evită ca un transmiţător rapid să

sufoce cu o multitudine de pachete un receptor lent. Pentru rezolvarea acestei probleme este

nevoie de un mecanism prin care receptorul să poată să determine transmiţătorul să-şi

întrerupă periodic transmisia pachetelor. De obicei controlul fluxului şi tratarea erorilorsunt

integrate.

Pentru reţelele cu difuzare de mesaje, trebui să se rezolve problema accesului la

nivelui Legătură de date, care se numeşte subnivelul de Acces la Mediu.

3 . NIVELUL REŢEA

Pagina 5 din 48



Acest nivel se ocupă de controlul funcţionării subreţelei de comunicaţie. Principala

problemăce trebuie rezolvată este dorijarea pachetelor de la sursă spre destinaţie.Există algoritmi de dirijare statici, ce se bazează pe nişte rute înscrise în memoria

comutatoarelor, şi care se modifică rar, şi algoritmi dinamici, care stabilesc traseul pentru

fiecare pachet în funcţie de distanţe, de întârzieri sau de gradul de încărcare a liniilor

subreţelei de comunicaţie.

O altă funcţie a nivelului Reţea este evitarea congestionărilor. În acest scop trebuie să

existe o comunicare între toate comutatoarele, pentru limitarea numărului de pachete

transmise pe rutele aglomerate.

La acest nivel se poate realiza şi contabilizarea traficului diverşilor utilizatori. Această

problemă poate să fie dificil de rezolvat dacă pachetele traversează reţele cu sisteme de

contabilizare diferite.

Dacă lungimea unui pachet depăşeşte limita suportată de o reţea pe care trebuie să o

traverseze, acesta va fi fragmentat şi refăcut în partea cealaltă.

Deoarece pachetele trebuie dirijate uneori prin reţele diferite, nivelul Reţea trebuie să

rezolve problemele legate de diferenţele de protocol şi de schemele de adresare diferite.

În cadrul reţelelor cu difuzare de mesaje problema dirijării este extrem de simplă, şi în

consecinţă acest nivel este foarte subţire, sau poate să lipsească.

4.NIVELUL TRANSPORT

Nivelul Transport este primul nivel în care are loc o comunicaţie de tip capăt-la-capăt

între calculatoarele gazdă. Anteturile şi mesajele de control ale protocoalelor de acest nivel

nu vor fi modificate sau interpretate în reţeaua de comunicaţie. La nivelurile inferioare,

comunicaţiile se desfăşoară între vecinii imediaţi. Calculatoarele gazdă pot să fie separate de

multe comutatoare.

Acest nivel asigură transportul mesajelor nivelului Sesiune la destinaţie, în ordine şi

fără erori.

Pagina 6 din 48



Pentru creşterea eficienţei transmisiilor, mesajele ce nu au o lungime corespunzătoare,

vor fi împachetate. Cele prea lungi vor fi fragmentate în mai multe pachete, iar cele prea

scurte vor fi concatenate într-un singur pachet.

Nivelul Transport izolează nivelurile superioare de schimbările de tehnomogie ceafectează nivelurile de dedesubt.

Acest nivel stabileşte şi anulează conexiunile de nivel Reţea. Există următoarele 3

variante:

Pentru fiecare conexiune de nivel Transport, se creează o singură conexiune de nivel

Reţea.

Dacă întreţinerea unei conexiuni de nivel Reţea este costisitoare, se pot multiplexa

mai multe conexiuni de nivel Transport, pe o singură conexiune de nivel Reţea.

O singură conexiune de nivel Transport poate să fie distribuită pe mai multe

conexiuni de nivel Reţea, asigurându-se echilibrarea încărcării acestora.

O altă funcţie a nivelului Transport, pe care am întâlnit-o şi la nivelul Legătură de

date, este controlul fluxului. De data aceasta este vorba însă de controlul fluxului între

comutatoare, dar se realizează prin tehnici similare.

Anteturile nivelului Transport conţin nişte numere de port, care indică aplicaţia cărei

îi aparţin mesajele.

Cel mai obişnuit tip de conexiune de nivel Transport este un canal capăt-la-capăt, care

furnizează mesajele fără erori, în ordinea în care au fost transmişi. Există însă şi alte tipuri de

servicii, cum ar fi de exemplu transmiterea mesajelor individuale fără garanţii referitoare la

livrare sau trimiterea mesajelor către destinaţii multiple.

5.NIVELUL SESIUNE

Nivelul Sesiune oferă în principal următoarele trei servicii:

Controlul dialogului.

Gestionarea jetonului.

Sincronizarea.

Pagina 7 din 48



Prin controlul dialogului între procesele care comunică, se stabileşte care parte

urmează transmisă, când, pentru cât timp, etc.

Gestionarea jetonului se poate utiliza pentru excluderea mutuală a proceselor ce

efectuează operaţii critice.Sincronizarea între procese se realizează prin inserarea unor marcatori în fluxul de

date, cu scopul ca în caz de eşec să se poată relua operaţiunea din punctul în care a fost

întreruptă.

6.NIVELUL PREZENTARE

Nivelul prezentare oferă servicii de transformări asupra datelor operând la nivelul

sintactic şi semantic al informaţiei transmise. Serviciile tipice oferite de acest nivel sunt:

Compresia datelor.

Conversia datelor între formatul de reprezentare al calculatorului gazdă şi formatul

standard folosit pentru transfer.

Criptarea informaţiilor.

Autentificarea.

Compresia are efectul benefic de reducere a volumului de date ce sunt transmise prin

reţea, însă cu preţul unui effort de calcul mai mare.

Conversia datelor este esenţială pentru asigurarea interoperabilităţii între sisteme de

calcul ce au o structură diferită.

Criptarea informaţiilor poate să asigure (într-o anumită măsură) confidenţialitatea

comunicaţiilor.

Autentificarea are rolul de a stopa accesurile neautorizate la resursele unei reţele de

calculatoare.

La acest nivel funcţionează un redirector, care are rolul de a dirija operaţiile de

intrare/ieşire către resursele unui server.

7.NIVELUL APLICAŢIEI

Pagina 8 din 48



Acesta este cel mai înalt nivel în ierarhia modelului OSI. El serveşte drept fereastră

prin care aplicaţiile au acces la serviciile de reţea. Cele mai cunoscute protocoale de nivel

Aplicaţie sunt cele de transfer de fişiere (FTP File Transfer Protocol), poşta electronică(SMTP Simple Mail Transfer Protocol), accesarea unor pagini hipertext (HTTP Hipertext

Transfer Protocol), terminal virtual, etc.

Un protocol de terminal virtual realizează corespondenţa între funcţiile terminalului

real, şi cele ale unui terminal virtual de reţea. Pe baza unui astfel de protocol se pot realiza

aplicaţii de reţea independente de tipul de terminal.

Protocoalele de nivel aplicaţie sunt responsabile de tratarea erorilor (ce nu au putut fi

rezolvate la nivelurile inferioare) şi controlul fluxului.

CAPITOLUL II

TRANSM ITEREA INFORMAŢIILOR LA NIVEL FIZIC

Nivelul fizic are sarcina de a transporta o secvenţă de biţi de la o maşină la alta.

Pentru transmisie se pot folosi diverse medii fizice, fiecare fiind caracterizat, prin lărgime de

bandă, întârziere, preţ şi cost de instalare şi întreţinere. Mediile fizice se pot împărţi în două

categorii:

-medii ghidate (cabluri de cupru sau fibre optice);

-medii neghidate (unde electromagnetice, raze infraroşii, fascicule laser, etc.).

A.VITEZA DE COMUNICAŢIE

Viteza maximă de comunicaţie ce poate fi suportată de un mediu fizic depinde de o

serie de factori, dintre care de foarte mare importanţă sunt lărgimea de bandă şi nivelul de

zgomot. Lăţimea de bandă reprezintă diferenţa dintre frecvenţa cea mai mare şi cea mai mică

a unui semnal ce poate fi transmis prin mediul respectiv.

Pagina 9 din 48



Nu există mediu capabil să transmită semnalele fără pierderi de putere. Dacă toate

armonicele semnalului ar fi atenuate în aceeaşi măsură, semnalul ar ajunge la destinaţie fără

distorsiuni. Din păcate însă nivelul de atenuare a armonicelor creşte odată cu frecvenţa

acestora. Figura_3 prezintă forma de undă a unui semnal digital, şi ceea ce rămâne dupăfiltrarea unor armonice.

Urmează un scurt exemplu de calcul a numărului de armonice care ar putea fi

transferate printr-un circuit telefonic, în funcţie de viteza de comunicaţie. Notăm cu v viteza

de comunicaţie în biţi/secundă (bps). Perioada armonicei fondamentale T, reprezintă durata

de transmitere a 8 biţi.

Deci T= 8/v.

Frecvenţa armonicei fundamentale ff = 1/v = v/8.

Numărul de armonice na =H/ff , unde H este lăţimea de bandă a circuitului. Pentru

circuitele telefonice, H≈3KHz, deci na≈ 2400/v.

Rezultă imediat, că pentru o viteză de 9600 biţi/s, vor ajunge la destinaţie doar două

armonice, şi pentru viteze mai mari, situaţia se înrăutăţeşte şi mai mult.

Viteza maximă de comunicaţie suportată de un anumit mediu fizic, este limitată de

lăţimea de bandă a acestuia, chiar şi pentru medii perfecte. Pentru obţinerea unor viteze cât

mai mari, se folosesc tehnici de codificare sofisticate, cu mai multe niveluri de tensiune.

Semnalul

iniţial

Amplitudinile primelor 16 armonice

din dezvoltarea Fourier

Pagina 10 din 48

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16



Suma primelor 8 armonice

Figura_3. Distorsiunea unui semnal digital prin eliminarea unor armonice

B. VITEZA MAXIMĂ DE COMUNICAŢIE PRINTR-UN MEDIU FIZIC

Transmiterea datelor de la un calculator la altul se realizează bit cu bit. În acest scop,

transmiţătorul codifică informaţiile binare prin nivele de tensiune, frecvenţă sau fază.

Receptorul citeşte forma de undă a semnalului şi converteşte starea acestuia la un moment

dat, în informaţie binară.

Există două unitaţi de măsură pentru viteza de comunicaţie: baud şi bps. Viteza

exprimată în baud indică numărul de tranziţii (numărul de schimbări de stare) pe secundă a

semnalului. Viteza exprimată în bps indică numărul de biţi transferaţi pe secundă. Dacă

pentru codificare se folosesc două stări, atunci viteza în bps este egală cu viteza exprimată în

baud. Însă dacă pentru codificare se folosesc 2ⁿ stări, atunci fiecare baud va transporta n biţi

de date. În acest caz, viteza exprimatăm în bps este de n ori mai mare decât viteza exprimată

în baud.

Viteza maximă de transfer pentru un mediu fizic lipsit de zgomote, este dată de

formula lui Nyquist:

vmax=2•H•log2V [bps]

Unde: H -reprezintă lăţimea de bandă a mediului;

V -reprezintă numărul de nivele discrete folosite pentru codificarea valorilor binare.

Pagina 11 din 48

Suma primelor atru armonice

Suma primelor două armonicePrima armonică



Claude Shanon a demonstrat că pentru mediile fizice care au o lăţime de bandă finită

şi sunt afectate de zgomote aleator distribuite în banda respectivă. Viteza maximă de transfer

este dată de următoarea formulă:

vmax=H•log2(1+S/N) [bps]Unde: H -reprezintă lăţimea de bandă a mediului;

S/N –reprezintă raportul semnal/zgomot.

Un calcul sumar, arată că o linie telefonică nu va putea transporta, conform formulei

lui Shanon, un flux de date mai mare de 30 kbps, chiar dacă raportul semnal/zgomot este de

30 dB (1dB= 10 log10 S/N).

În mod normal viteza maximă calculată cu formula lui Shanon nu poate fi atinsă,

deoarece în fiecare canal există numeroase alte perturbaţii, pe lângă cele luate în considerare

de respectiva formulă. Se poate observa că datorită naturii funcţiei log2, viteza poate fi mărită

mai uşor prin creşterea lăţimii de bandă decât prin creşterea raportului semnal/zgomot.

Modemurile din ultima generaţie pentru linii telefonice ating viteze de până la 56

kbps. Pentru a ajunge la asemenea performanţe, aceste modemuri utilizează o bandă de

frecvenţe mai lată de 3 kHz. Figura_4 ilustrează curba de răspuns tipică amplitudine –

frecvenţă a unui circuit telefonic.

Amplitudine

0dB

300 3300 3.300 Figura_4.Curba de răspuns a unui circuit telefonic.

La un nivel de 0 dB lăţimea de bandă este de aproximativ 3kHz. Pentru niveluri mai

scăzute însă banda de frecvenţe este cu ceva mai lată, ceea ce permite obţinerea unor viteze

de transmisie mai mari.

C.TRANSMISIA ÎN BANDA DE BAZĂ

Pagina 12 din 48

Frecvenţă (Hz)



Pentru transmisia în banda de bază se folosesc semnale digitale pe o singură

frecvenţă. Semnalele sunt transmise sub forma unor impulsuri luminoase sau electrice.

Întreaga lăţime de bandă a mediului fizic este folosită pentru transmiterea unui singur semnal

de date. Nivelul distorsiunilor şi atenuările cresc odată cu distanţa dintre transmiţător şireceptor. Pentru compensarea acestui neajuns, se pot instala pe traseu repetoare, care

recepţionează semnalul şi îl retransmit amplificat şi regenerat în forma sa iniţială.

C1. CODIFICAREA MANCHESTER

Cea mai simplă metodă de reprezentare a cifrelor binare este bazată pe utilizarea a

două niveluri de tensiune. Pentru cifra 0 se va folosi nivelul coborât de tensiune, iar pentru

cifra 1 nivelul ridicat. Această tehnică simplă are două inconveniente, care o fac improprie

folosirii în transmisiile de date la viteze mari.

Este dificilă determinarea marginilor biţilor. În acest scop sunt necesare semnale de

ceas, care să permită sincronizarea receptorului cu treansmiţătorul datelor.

În cazul unor succesiuni lungi de cifre de aceeaşi valoare, nu au loc tranziţii ale

semnalului, deci se va genera o componentă importantă de curent continuu. Aceasta face

imposibilă folosirea unor elemente ieftine de izolare electrică între echipamentele de

comunicaţie şi mediul fizic (elemente de cuplare în curent alternativ).

Codificarea Manchester asigură o tranziţie la mijlocul fiecărui bit. Aceste tranziţii pot

fi folosite pentru sincronizare ca semnal de ceas, iar semnalul rezultat nu va avea componentă

continuă. Pentru codificarea datelor se folosesc tranziţii şi nu niveluri, ceea ce diminuează

efectul zgomotului. Preţul ce trebuie plătit pentru toate aceste avantaje este dublarea lăţimii

de bandă necesare pentru transmiterea semnalului rezultat.

Există următoarele variante de codificare:

Manchester, care codifică biţii prin sensul tranziţiei de la mijlocul intervalului

acestora. Tranziţia 1 → 0 indică cifra 1, iar tranziţia 0 → 1 indică cifra 0. (vezi figura_5.a).

Manchester diferenţial, ce codifică biţii prin tranziţia de la începutul perioadei

acestora. Orice tranziţie indică cifra 0, iar lipsa tranziţiei indică cifra 1. (vezi figura_5.b).

Manchester Manchester diferenţial

1 0 1 0

Pagina 13 din 48



(a) sau

(b)

Figura_5.Codificările Manchester şi Manchester diferenţial

D. Transmisia în bandă largă

Transmisia în bandă largă foloseşte semnale analogice, într-un domeniu de frecvenţe.

Dacă lăţimea de bandă a mediului fizic este suficient de mare, se pot realiza mai multe

transmisii simultan. De exemplu acelaşi cablu poate fi folosit atât pentru transmisii TV, cât şi pentru reţelele de calculatoare. Dacă pentru transmisia în banda de bază se folosesc repetoare

pentru regenerarea semnalelor, în cazul transmisiei în bandă largă se folosesc amplificatoare,

pentru a reduce semnalele analogice la puterea lor iniţială.

0 1 0 0 0 1 1 0

Figura_6. Prezintăforma de undă a unui cuvânt de date codificat Manchester şi Manchester diferenţial

Pagina 14 din 48



E. TRANSMISIA DATELOR PRIN SISTEMUL TELEFONIC

Reţeaua telefonică comutată utilizează diverse metode de transmisie, de la perechi defire, până la microunde, şi filtrează semnalele ale căror frecvenţe sunt în afara benzii de

trecere de 300Hz-3.400Hz (banda vocală). Deci datele în forma lor iniţială de impulsuri de

curent continuu nu pot fi transmise prin aceste circuite, şi este necesară o conversie a

informaţiilor digitale în tonuri (sau forme de undă asemănătoare tonurilor) care au frecvenţe

în bandă vocală.

La capătul emiţător impulsurile semnalului digital sunt convertite în tonuri şi

transmise prin canalul telefonic, iar la capătul receptor se realizează conversia inversă.

Aceasta este funcţia unui modem (modulator-demodulator). Modemul emiţător modulează un

semnal analogic sinusoidal numit purtătoare pe baza datelor, şi utilizează acest semnal pentru

transportul informaţiilor la celălalt capăt al circuitului telefonic. Modemul receptor

demodulează semnalul analogic pentru reconstituirea semnalului iniţial. În timp ce

modemurile mai vechi nu acţionau asupra datelor, cele moderne sunt capabile de a realiza

compresia acestora, cu ajutorul unui procesor specializat.

Circuitele telefonice restricţionează utilizarea anumitor frecvenţe din banda de trecere,

care sunt folosite pentru transmisia semnalelor de control în centrale. Modemurile nu pot

utiliza aceste frecvenţe, deoarece s-ar putea ca reţeaua să le interpreteze ca semnale de

control.

Forma de undă a purtătoarei este caracterizată complet prin frecvenţă, amplitudine şi

fază. Aceştia sunt deci singurii parametri care pot fi modificaţi prin modulare pentru

codificarea datelor.

Figura_7 ilustrează modulaţia în amlitudine , frecvenţă şi fază. Modulaţia simplă în

amlitudine nu se utilizează în comunicaţiile de date, deoarece este sensibilă la zgomotele

cauzate de diverse interferenţe. Modemurile de mică viteză folosesc modulaţia în frecvenţă,

cele de viteză mare modulaţia în fază, iar cele de foarte mare viteză realizează o combinaţie

de modulaţie în fază şi amplitudine.

Pagina 15 din 48



0 1 0 0 0 1 1 0

Figura_7. Modulaţiile în amplitudine, frecvenţă şi fază

Modemurile performante utilizează o combinaţie de modulaţie cu deplasarediferenţială de fază şi modulaţie în amplitudine, rezultând mai multe stări posibile. Figura_8

reprezintă două diagrame amplitudine – fază (constelaţii) pentru modemurile de 9600 bps.

Alegerea numărului de faze şi a nivelurilor de amplitudine se face funcţie de o

estimare cu privire la distorsiunile ce pot fi cauzate de sistemele telefonice. Pentru asigurarea

interoperabilităţii modemurilor realizate de diverşi producători, a fost necesară dezvoltarea

unor standarde.

Standardul ITU V.32 utilizează o purtătoare cu frecvenţa de 1800Hz, şi o viteză de

modulare de 2400 baud. Constelaţia acestui modem are 16 puncte, deci fiecare baud va

transporta 4 biţi de date. Viteza maximă de comunicaţie este de 9.600 bps.

Pagina 16 din 48

Modulaţie înfrecvenţă

Modulaţie înamplitudine

Modulaţie înfază



12 faze, 3 amplitudini

8 faze, 2 amplitudini

Figura_8.

Standardul ITU V.32 bis permite realizarea de comunicaţii full duplex la viteze de

până la 14.400 bps în reţelele telefonice comutate. Pentru a se ajunge la o astfel de viteză, ar

trebui ca transmisia să se facă cu 6 biţi/baud. Pentru evitarea erorilor ce ar putea să apară la

recepţie datorită confuziei între punctele învecinate, s-a introdus un bit redundant, care este

calculat de transmiţător şi verificat de receptor. Astfel se ajunge la o constelaţie cu 128 de

puncte. Majoritatea modemurilor de v32 bis permit şi comprimarea datelor în conformitate cu

un standard ce se numeşte v.42 şi care asigură un raport de compresie de aproximativ 4:1, în

funcţie de specificul datelor transmise. Astfel combinaţia v.32 bis + v.42 are o productivitate

potenţială de 57,6 kbps.

Standardul ITU v.34 introduce o tehnică sofisticată de codificare a datelor care

permite atingerea unei viteze de 28.800 bps şi a unei rate foarte scăzute de erori. Viteza de

modulare este în acest caz de 3.200 baud, iar fiecare baud codifică 9 biţi de date.

Ultimele standarde elaborate sunt v.32 bis, ce atinge viteza de 33.600 bps, şi V.90

care defineşte un modem asimetric, ce poate recepţiona date cu viteze de până la 56 kbps, şi

poate transmite în acelaşi timp date cu viteze de până la 33,6 kbps.

F. CABLUL COAXIAL

Cablul coaxial este frecvent utilizat în cadrul reţelelor locale de calculatoare.

Pagina 17 din 48



Figura_9. Structura cablului coaxial.

Numele acestui cablu vine de la faptul că aceşti doi conductori au o axă comună.

Autoecranarea dă rezultate bune la frecvenţe de peste 100 kHz. Pierderile rezistive cresc

proporţional cu pătratul frecvenţei. Acest tip de cablu poate transporta semnale ce au

frecvenţe de până la 9.000 de MHz.

Pentru interconectarea echipamentelor de calcul se pot folosi următoarele două tipuri

de cabluri coaxiale:

Cablu coaxial pentru transmisii în banda de bază, ce are o impedanţă de 50 Ω şi este

folosit în cadrul reţelelor locale;

Cablul coaxial de bandă largă, ce are o impedanţă de 75 Ω, şi este folosit în cadrul

reţelelor metropolitane. Datorită transmisiei analogice, cu acest tip de cablu se pot

interconecta calculatoare aflate la distanţe mari, însă este nevoie de modemuri speciale, care

au un preţ de cost ridicat. Acest tip de cablu are avantajul că este deja instalat în majoritatea

localităţilor importante.

G. FIBRE OPTICE

Capacitatea de transmisie a unui mediu fizic depinde direct de frecvenţa maximă pe

care acesta o poate transporta. Fibrele optice sunt adecvate aplicaţiilor ce necesită rete mari

de transfer, pe distanţe lungi.

Fibrele optice prezintă următoarele avantaje:

Pierderile de putere sunt mici, deci se pot folosi fără probleme pentru transmisii la

distanţe mari;

Pagina 18 din 48

Izolator exterior Conductor

exterior Strat izolator

(plastic)Conductor central

(cupru)



Frecvenţa de operare este cea a luminii. Lungimea de undă a transmisiilor prin fibre

actuale este de 1,2 microni, ceea ce corespunde unei frecvenţe de 800 THz. Această frecvenţă

permite atingerea unor viteze de 20 Gbps;

Nu sunt afectate de zgomote electromagnetice şi diafonie; Nu prezintă probleme de securitate, sunt imposibil de realizat cuplaje inductive

neautorizate;

Nu produc scântei, deci nu prezintă pericol de explozie;

Principalul dezavantaj al acestor cabluri constă în dificultatea de realizare a

conexiunilor.

Pentru transmiterea informaţiilor se foloseşte o sursă de lumină, ale cărei raze cad sub

diferite unghiuri în raport cu axul fibrei optice (vazi figura_10). Dacă unghiul de incidenţă

este 0, fasciculul luminos intră perpendicular pe secţiunea transversală, şi se va propaga pe o

direcţie paralelă cu axa fibrei (figura_10.a). Dacă unghiul de incidenţă se situează între

anumite limite, , atunci raza luminoasă este reflectată în interiorul fibrei, şi se propagă în

zigzag până ajunge la celălalt capăt (figura_10.b). Dacă unghiul de incidenţă este prea mare,

raza luminoasă va ieşi în afara fibrei optice şi va fi absorbită de stratul de izolaţie al cablului

(vazi figura_10.c).

Pagina 19 din 48

Fascicul luminos Fibră optică

Fascicul luminos Fibră optică

(a)

(b)

(c)



Figura_10. Propagarea razelor luminoase prin fibre optice.

Modul în care se propagă lumina prin fibrele optice, depinde de diametrul acestora. În

cazul fibrelor optice cu diametru mult mai mare decât lungimea de undă a fasciculului

luminos, propagarea se realizează în zigzag. Unghiurile de incidenţă se mai numesc şi

moduri, iar o fibră care transportă mai multe moduri se numeşte multimod. Propagarea

multimod are dezavantajul că la părăsirea fibrei apare o interferenţă între fasciculele de

moduri diferite, vor fi defazate. Acest efect se numeşte dispersie modală a întârzierii, şi

limitează capacitatea de transport a fibrei, deoarece lărgeşte impulsurile în domeniul timp

(vezi figura_11). Efectul dispersiei modale a întârzierii limitează lungimea cablurilor

multimod.

Dacă diametrul fibrei este doar de câteva ori mai mare decât lungimea de undă a

fasciculului luminos, se va propaga doar o singură rază în lungul fibrei, şi nu vor apărea

interferenţe. Aceste fibre se numesc monomod.

Limitarea lăţimii de bandă a fibrelor optice are două cauze:

Dispersia modală a întârzierii, ce apare în cazul fibrelor multimod;

Dispersia de material, ce apare în cazul unor surse luminoase ce emit mai multe

componente spectrale, ce se vor propaga prin fibră cu viteze diferite.

Cablurile optice sunt folosite pentru legături punct-la-punct, deoarece tehnologia de

conectare nu permite realizarea unor legături multipunct. Datorită lăţimii de bandă şi a

atenuărilor reduse, acest tip de cablu este preferat pentru interconectarea reţelelor localeaflate la distanţă.

Pagina 20 din 48

Semnal ieşire

Semnal intrare

Figura_11. Transmiterea semnalelor prin fibre optice multimod



H. CABLUL TORSADAT

Cablul torsadat (Twister Pair, pereche de fire răsucite) este în prezent cel mai folosit

tip de cablu pentru reţelele locale.

Figura_12. Cablu torsadat.

Răsucirea firelor este necesară pentru reducerea interferenţelor, deoarece o pereche de

cabluri lungi dispuse în paralel s-ar comporta ca şi o antenă ce ar capta diverse zgomote

electromagnetice din mediul înconjurător. În cazul unui cablu cu mai multe perechi torsadate,

paşii de răsucire sunt diferiţi pentru fiecare pereche, şi ei sunt astfel calculaţi încât să se

minimizeze diafonia (interferenţa între perechile cablului).

Cu câţiva ani în urmă, acest tip de cablu era folosit doar în telefonie, şi avea o lăţime

de bandă de 4kHz. Datorită progreselor tehnologice, în prezent cablurile torsadate ce suportă

o lăţime de bandă de 125 MHz au devenit obişnuite, şi tendinţa de creştere a performanţelor

se menţine.

Cablurile torsadate pentru reţele de calculatoare se împart în 3 categorii:

UTP (Unshielded Twisted Pair), care prevede doar un înveliş de plastic exterior

pentru protejarea perechilor.

STP (Shielded Twisted Pair), care prevede atât ecranarea separată a fiecărei perechi

pentru eliminarea diafoniei, cât şi un ecran exterior pentru toate perechile, pentru reducerea

interferenţelor şi a posibilităţilor de interceptare neautorizate.

FTP, care prevede doar o folie exterioară de ecranare pentru întreg cablul.

I. COMUNICAŢII RADIO DE ÎNALTĂ FRECVENŢĂ

Pagina 21 din 48



Undele electromagnetice de înaltă frecvenţă sau (HF Hight Freqvency) sau frecvenţe

cuprinse între 3 şo 30 MHz. Benzile din acest domeniu sunt alocate prin tratate internaţionale

unor servicii: posturi de radio, radioamatori, comunicaţii mobile navale şi aeronautice, etc.

Prin unde din domeniul HF se pot realiza comunicaţii la distanţe mari (de exemplu 6.500km), cu puteri mici de emisie, deoarece sunt reflectate de diverse straturi ale ionosferei.

Ionosferă

Figura_13. Propagarea undelor electromagnetice din gama HF.

Mediul de transmisie în cazul radioreleelor este spaţiu liber. Coeficientul de atenuare,

în dB, nu creşte la fel ca şi în cazul cablurilor proporţional cu distanţa ci doar cu logaritmul

acestuia. Astfel se pot obţine distanţe mai mari de acoperire fără amplificare decât dacă s-ar

utiliza cabluri de cupru. În practică apar atenuări suplimentare datorită absorbţiei atmosferice

şi datorită dispersiei pe stropii de ploaie. Problema stropilor de ploaie apar doar la frecvenţe

ce depăşesc 10 GHz. În acest caz este necesară utilizarea unei distanţe mai mici între

radiorelee ceea ce duce ca frecvenţele mai mari să se utilizeze în reţele mici.

În cazul comunicaţiilor terestre interferenţele datorită propagării pe trasee multiple pot

crea serioase probleme.

Acestea se datorează reflexiilor la nivelul solului, suprafaţa apelor şi tranziţiilor

abrupte între straturile troposferice.

Capacitatea de transmisie a legăturilor radio sunt limitate. În cazul comunicaţiilor

terestre aceasta se datorează absorbţiei şi datorită faptului că aceleaşi frecvenţe pot fi

reutilizate doar în locuri diferite suficient de depărtate. Astfel în canalele radio se realizează o

Pagina 22 din 48

PământEmi ător

Undaelectromagnetică



transmisie a semnalului digital la debite de 155 Mbps, un debit SDH, 2x155 Mbps iar în

viitor se vor utiliza transmisii la 622 Mbps.

Pentru comunicaţiile spaţiale se aplică acelaşi factor de bază din comunicaţiile terestrela care se mai adaugă atenuarea datorită ploii. În sistemele cu sateliţi se utilizează frecvenţe în

jur de 30 GHz. Problema în acest caz apare datorită numărului limitat de sateliţi geostaţionari

care pot fi plasaţi pe orbite în planul ecuatorial. Distanţa minimă dintre sateliţi se doreşte a fi

de 2° .

Dezavantajul major al sistemelor cu sateliţi este întârzierea mare introdusă (260 ms

pentru o legătură sol – satelit - sol). Acest lucru introduce probleme în comunicaţiile

telefonice şi în comunicaţiile de date interactive. Legăturile de radioreleu, incluzând şi

sateliţi, poate fi util în cazul în care încă nu există o zonă cablată sau dacă este vorba de o

zonă geografică greu accesibilă.

CAPITOLUL III

TEHNICI DE ALOCARE STANDARDIZATE

În orice reţea cu difuzare de mesaje (reţea locală care foloseşte un mediu de fizic

partajat sau reţea cu transmisii prin satelit), problema cheie constă în a determina cine poate

utiliza canalul, atunci când există mai mulţi utilizatori concurenţi. Pentru excluderea mutuală

a staţiilor ce transmit date, s-au dezvoltat două categorii de tehnici de alocare a mediului

fizic:

Tehnici de alocare statică.

Tehnici de alocare dinamică.

Tehnicile de alocare statică realizează de fapt o multiplexare a transmisiilor, prin

divijarea mediului fizic în timp (TDM Time Division Multiplexing) sau în frecvenţă

(Frequency Division Multiplexing). Divizarea rigidă a mediului fizic duce la folosirea

ineficientă a lăţimii de bandă, deoarece aceasta este distribuită în mod egal tuturor staţiilor,chiar şi celor care nu au nevoie la un moment dat.

Pagina 23 din 48



Tehnicile de alocare dinamică sunt mai flexibile şi încearcă să împartă lăţimea de

bandă a mediului fizic între staţiile ce au date de transmis.

În acest capitol vor fi prezentate cele mai cunoscute tehnici de alocare dinamică

standardizate.

IEEE (Institute of Electrical Engineers) a definit câteva standarde în reţelele locale,

care diferă la nivelul fizic şi la nivelul de acces la mediu, însă sunt compatibile la nivelul

legăturii de date. Standardul 803.2 descrie nivelul legăturii de date, pentru care s-a definit

protocolul LLC (Logical Link Control). Pentru nivelurile de dedesubt, au fost definite

standardele 802.3 (Ethernet CSMA/CD), 802.4 (Token Bus) şi 802.5 (Token Ring).

Standardul IEEE 802.3, Ethernet

Reţelele 802.3 sunt reţele de difuzare, ce folosesc protocolul CSMA/CD pentru

accesul la mediul fizic. Comunicaţiile se realizează prin transmisii în banda de bază, iar

valorile binare sunt codificate Manchester diferenţial. Pentru interconectarea echipamentelor,

se pot folosi următoarele 5 tipuri de cabluri:

Coaxial gros;

Coaxial subţire;

Cu perechi torsadate;

Fibră optică.

Cablul coaxial gros sau 10Base5 funcţioează la viteze de 10 b Mbps, poate suporta

maxim 5 segmente de 500m lungime, interconectate prin repetoare . Numărul maxim de

echipamente ce pot fi conectate printr-un segment este de 500. Pentru conectare se folosesc

nişte conectori vampiri, la care unul din pini este introdus oână în miezul cablului coaxial.

Acest conector face legătura cu un transiver(transceiver) care este responsabil cu detecţia

purtătoarei şi a coliziunilor. Legătura între transiver şi interfaţa calculatorului se realizează

prntr-un cablu separat de maxim 50m lungime. Acest cablu conţine 5 perechi torsadate, dintre

care 2 sunt folosite pentru date(intrare /ieşire), 2 pentru semnale de control (intrare/ieşire) şiuna pentru alimentarea electronicii transiverului.

Pagina 24 din 48



Cablul coaxial subţire (10Base2) diferă de cel gros prin faptul că lungimea

segmentelor se reduce la 200m, peun segment de cablu se pot conecta doar 30 de

echipamente, iar pentru conectare se folosesc mufe BNC. Transiverul se află în acest caz pe placa de interfaţă.

Reţelele bazate pe cablu coaxial au o topologie liniară, sunt relativ ieftine şi simplu de

instalat (în special varianta cu cablu subţire), însă au ca principal dezavantaj fragilitatea

conectorilor, iar un conector defect poate să blocheze complet comunicaţiile în segmentul

respectiv de cablu.

Cablul torsadat (10BaseT) conţine 4 perechi torsadate, se montează în stea , distanţa

maximă (pe cablu) între calculator şi concentrator este de 100m. Pentru conectare se folosesc

mufe RJ45, care sunt ieftine şi uşor de întreţinut.

Fibrele optice (10BaseF) au un preţ de cost ceva mai ridicat , însă sunt din ce în ce

mai frecvent folosite datorită avantajelor pe care le prezintă (pierderi mici, imunitate la

zgomote, etc.).

Formatul cadrelor IEEE 802.3 este prezentat în figura următoare:

Câmpul Preambul este alcătuit din 7octeţi 10101010, care formează o undă

dreptunghiulară de10MHz, ce permite receptorului să-şi sincronizeze ceasul cu cel al

transmiţătorului.

Următorul câmp ocupă un singur octet , se numeşte Delimitator Start, are valoarea

10101011 şi are rolul de a semnaliza începutul propriu-zis al cadrului.

Următoarele câmpuri specifică adresa destinaţiei şi a sursei. Adresle care încep cu 0

sunt adrese obişnuite, iar cele ce încep cu 1 sunt adrese de grup. Pachetele transmise către

grupuri vor fi recepţionate de toate echipamentele din cadrul grupului. Adresa ce are toţi biţii

1 este rezervată pentru dofuzare. Pachetele trimise la această adresă vor fi recepţionate decătre toate staţiile reţelei.

Pagina 25 din 48

PREAMBUL (7 octeţi) D.St.

Adresa destinaţie2 sau 6 octe i

Adresa sursă2 sau 6 octe i

Lung.Date

Date0 – 1.500 octe i

Completare0-46 octe i

Sumă decontrol 4octe i



Adresa unei interfeţe Ethernet este înscrisă de către fabricant şi de obicei nu poate fi

schimbată.

Câmpul Lungime date specifică lungimea câmpului de date în octeţi.

În cazul apariţiei unor coliziuni, transmiţătorii pot să-şi întrerupă brusc transmisia.

Astfel pe cablu pot să apară fragmente scurte de cadre . Pentru a se putea distinge mai uşor

cadrele corecte, standul stabileşte ca lungimea minimă a acestora să fi 64 de octeţi. Câmpul

Completare are rolul de a aduce cadrele mai scurte la lungimea minimă. Un alt motiv pentru

evitarea cadrelor scurte este detectarea corectă a coliziunilor. În lipsa acestei restricţionări, ar

putea să apară următoarea situaţie: un transmiţător A trimite un cadru scurt C, care parcurge

mediul fizic până la staţia cea mai îndepărtată B. Cu puţi timp înainte ca C să ajungă la staţia

B, aceasta începe transmisia unui cadru propriu care întră în coliziune cu C. Dacă C este

foarte scurt transmiţătorul ţi-ar putea încheia transmisia înainte ca semnalul rezultat în urma

coliziunii să se propage înapoi pri mediul fizic până la acesta şi astfelsă nu sesizeze

coliziunea.

Condiţia ce trebuie îndeplinită pentru ca astfel de fenomene să nu se producă este ca

timpul (t) necesar transmisiei cadrului cel mai scurt admis să depăşească durata de propagare

dus – întors a semnalului prin mediul fizic, între cele mai îndepărtate staţii (2•τ).

t>2•τ

Pentru o reţea locală de 2500m, ce functionează la 10 Mbps, acest timp corespunde

perioadei de transmisie a 64 de octeţi. Pe măsură ce creşte viteza de comunicaţie ar trebui să

crească lungimea minimă a cadrelor sau să scadă lungimea maximă a cablului.

Câmpul Suma de control permite detectarea erorilor de comunicaţie .

După producerea unei coliziuni, conform protocolului CSMA/CD, staţiile care au

inrat în coliziune vor aştepta perioade de timp aleatoare înainte de a încerca din nou. Timpii

de aşteptare sunt generaţi în modul următor:

-după prima coliziune se aşteaptă 0 sau 1 interval de lungime 2•τ;

-după a doua coliziune se aşteaptă 0,1,2 sau 3 astfel de intervale;

-după a n-a coliziune succesivă se aşteaptă 0,1,…2ⁿ-1 intervale, n<11;

-după 10 coliziuni succesive durata maximă de aşteptare este limitată la 1024 itervale,iar după a 16-a coliziune succesivă se raportează eşec,şi rezolvarea problemei rămâne în

Pagina 26 din 48



sarcina nivelurilor superioare. Acest algoritm adaptează dinamic timpii de aşteptare la

numărul de staţii ce vor să transmită.

Protocolul CSMA/CD nu oferă confirmări. Pentru o comunicaţie sigură, destinaţiatrebuie să verifice suma de control, şi dacă e corectă să transmită în sens invers o

confirmare.

Standardul IEEE 802.3u, Fast Ethernet

Odată cu creşterea numărului de echipamente dintr-o reţea locală, este de aşteptat să

crească şi traficul prin mediul de comunicaţie. Extinderea reţelelor de calculatoare este

limitată de capacitatea de transport a acestuia. În cazul în care traficul prin mediul fizic a

ajuns la saturaţie, se poate rezolva problema comunicaţiei in reţea pe două căi:

Creşterea vitezei de comunicaţie, care de obicei implică schimbarea interfeţelor de

comunicaţie şi a întregii infrastructuri de cabluri, conectori şi concentratoare;

Înlocuirea concentratorului cu un comutator, care elimină coliziunile şi permite

comunicaţii în paralel între toate echipamentele.

Standardul IEEE 802.3u (Ethernet rapid) permite comunicaţii la viteze de 100 mbps,

pe cablu UTP sau fibră optică. Sunt posibile următoarele trei variante de cablu:

UTP categoria 3 (100BaseT4);

UTP categoria 5 (100BaseFX);

Fibre Optice (100BaseFX).

În cazul cablului UTP categoria 3 (100BaseT4) se foloseşte o frecvenţă de

semnalizare de 25MHz, (cu 5 MHz mai mult decât la standardul 802.3). Pentru obţinerea

vitezei de 10 Mbps, se folosesc toate cele 4 perechi torsadate ale cablului UTP. Una dintre

perechi se va folosi pentru transmisii spre concentrator, a doua pentru transmisii în sens

invers, iar celelalte două vor fi comutate în sensul transmisiei curente. Pentru a se ajunge la

viteza dorită, nu se foloseşte codificarea Manchester, ci o codificare originală pe trei stări

(într-o perioadă de tact, semnalul se poate afla în una din cele trei stări). Deoarece datele se

transmit simultan pe trei perechi de fire, sunt posibile în total 3³ = 27 combinaţii, care suntsuficiente pentru codificarea a patru biţi, cu o anulită redundanţă. Această schemă de

Pagina 27 din 48



codificare se numeşte 8B6T (8 Biţi înseamnă 6 Triţi). Dacă pe fiecare tact se transmit patru

biţi, iar frecvenţa semnalului este de 25 MHz,rezultă o viteză de comunicaţie de 100Mbps. În

plus există în permanenşă un canal invers de 33,3Mbps care foloseşte perechea rămsă .

Pentru cablul UTP categoria 5 (100BaseTX) arhitectura este mai simplă deoarece

cablul suportă o frecvenţă de semnalizare de 125 MHz. Numai două din cele patru perechi ale

cablului sunt folosite pentru transmisii de date, celelalte două rămânând disponibile (de

exemplu pentru telefonie).

Cu cele două perechi de fire se realizează o legătură bidirecţională între echipament şi

concentrator. Schema de codificare a valorilor binare se numeşte 4B5B, şi prevede

transmiterea a 4 biţi în 5 perioade de tact. Această codificare urmăreşte ca semnalul rezultat

să aibă suficiente tranziţii, să conţină o cantitate de redundanţă pentru detectarea erorilor şi

definirea unor şabloane speciale pentru delimitarea cadrelor.

Pentru cablurile 100BaseT4 şi 100BaseTX se pot folosi două tipuri de concentratoare:

Concentratoare partajate (hub-uri), în cadrul cărora toate liniile sunt concentrate logic,

formând un singur domeniu de coliziuni. În acest caz se aplică regulile standardului 802.3.

Concentratoare comutate (switch-uri), care memorează cadrele sosite pe fiecare linie

în câte un modul de intrare, urmând ca acestea să fie transferate ieşirilor corespunzătoare

destinaţiei lor printr-un fund de sertar de viteză foarte mare. Astfel toate echipamentele pot

transmite şi recepţiona cadre simultan. Fundul de sertar nu a fost standardizat, în intenţia de a

se permite competiţia între diverşii producători de echipamente.

Cablul 100BaseFX conţine două fibre optice multimod, câte una pentru fiecare

direcţie. Distanţa între staţii şi concentrator poate ajunge la 2km. Aceste distanţe sunt mult

prea mari pentru aplicarea protocolului CSM/CD, deoarece şi întărzierile de propagare a

semnalelor sunt pe măsură. În consecinţă pentru utilizarea acestor cabluri este nevoie de

switch-uri cu memorie tampon. Există concentratoare care permit conectarea unui amestec de

staţii 802.3 şi 802.3u, pentru a simplifica modernizarea reţelelor.

Standardul IEEE 802.4, Token Bus

Pagina 28 din 48



Natura probabilistică a protocolului CSMA/CD şi fragilitatea inelului au determinat

companiile interesate în automatizări industriale să susţină elaborarea unui standard separat,

adecvat domeniilor lor de activitate. Principalele argumente în sprijinul elaborării acestui

standard au fost următoarele:La reţelele Ethernet, timpul pe care o staţie trebuie să-l aştepte înainte de a putea să

transmită un cadru este nedeterminat, iar cadrele sunt lipsite de priorităţi.

Topologia inel nu se potriveşte cu structura liniară a liniilor de asamblare, şi

întreruperea inelului blochează total comunicaţiile în reţea.

Reţeaua propusă (Token Bus) are o topologie liniară, însă din punct de vedere logic,

staţiile sunt aşezate într-un inel virtual. Fiecare staţie trebuie să cunoască adresele celor doi

vecini: cel din stânga şi cel din dreapta (vezi figura următoare).

Pentru interconectarea echipamentelor, se folosesc cabluri coaxiale de bandă largă şi

modemuri. Au fost definite 3 scheme diferite de modulaţie, care permit reprezentarea

simbolurilor 0, 1 şi liber, şi a încă 3 simboluri rezervate pentru controlul reţelei. Viteza de

comunicaţie poate fi de 1,5 sau 10Mbps.

Tehnica de acces la mediul fizic se bazează pe un jeton unic. Doar staţia care deţine

jetonul la un moment dat, are drept de transmisie. În acest mod se evită coliziunile. O staţie

poate să rămână în posesia jetonului doar o perioadă limitată de timp, după care este obligată

să-l transmită staţiei următoare din cadrul inelului logic. În această perioadă staţia poate să

transmită unul sau mai multe cadre.

Standardul Token Bus defineşte 4 clase de priorităţi (0, 2, 4 şi 6). Fiecare staţie are

patru corzi diferite de aşteptare, în care se depozitează cadrele ce trebuie transmise, în ordinea

priorităţilor. Când o staţie intră în posesia jetonului, deserveşte cele 4 cozi în ordinea

priorităţilor. Astfel este garantată o fracţiune cunoscută din lărgimea de bandă a reţelei,

pentru traficul de prioritate maximă (6), ce conţine de obicei informaţii care trebuied

transmise în timp real.Formatul cadrelor IEEE 802.4 este prezentat în figura de mai jos:

Pagina 29 din 48

Figura_14. Organizarea uneireţele Token Bus



Câmpul Preambul are acelaşi rol de sincronizare a ceasurilor, ca şi în cazul

standardului 802.3.

Câmpurile Delimitator Start şi Delimitator Stop marchează limitele cadrului cu

ajutorul simbolurilor rezervate ale modulatoarelor.

Pentru cadrele de date, câmpul Control Cadru indică prioritatea,şi poate să conţină o

cerere de confirmare adresată receptorului. Pentru întreţinerea inelului logic, este nevoie de

nişte cadre cu semnificaţie specială. Tipul acestor cadre este specificat cu ajutorul unor biţi ai

câmpului Control Cadru .

Tabelul următor prezintă câteva tipuri de cadre de control:

TIP CADRU FUNCŢIEJeton Trnsferă jetonul staţiei următoare

Solicitare jeton Anunţă iniţializarea ineluluiSolicitare succesor Permite intrarea staţiilor în inelSolicitare succesor 2Cine urmează Anuţă defectarea succesoruluiRezolvare conflict Se foloseşte dacă exită mai multe staţii ce vor să

intre în inelStabilre succesor Permite ieşirea staţiilor din inel

Întreţinerea inelului logic

Iniţializarea inelului este declanşată de prima staţie care sesizează trecerea unei

perioade prea lungi de timp, fără apariţia jetonului. Pentru semnalizarea intenţiei de creare a

unui nou jeton staţia va transmite un cadru Solicitare jeton. Dacă nu mai concurează nimeni

pentru această operaţiune, staţia ce a emis cadrul va crea un nou jeton, ţi va iniţializa un inel

în care se va găsi doar ea. În cazul în care la transmisia cadrului se produce o coliziune, se va

alege staţia care va crea jetonul prin Binary countdown.

Pagina 30 din 48

Pre. Del. Cont. Adresa destinaţie Adresa sursă

Start C. (6 octeţi) (6 octeţi)Date (0 – 8212 octeţi) CRC (4 octeţi) Del.Sto



După stabilirea inelului logic, fiecare staţie păstrează adresele staţiilor predecesoare şi

sucesoarea. Periodic, deţinătorul jetonului transmite un cadru Solicitare succesor, ce conţine

adresa transmiţătorului şi adresa succesorului. Staţiile ceau adresele cuprinse între două , pot

să ceară intrarea în inel. Transmiţătorul aşteaptă răspunsul o peerioadă de timp egală cudurata de propagare dus-întors a semnalului între staţiile cele mai îndepărtate.

Dacă vor încerca mai multe staţii să răspundă la această cerere, se va produce o

coliziune. Rezolvarea situaţiei începe cu un cadru Rezolvare conflict din partea

transmiţătorului şi urmează o tehnică de semnaloizare asemănătoare cu Binary countdown, în

urma căreia se alege staţia ce va intra în inel. La fiecare solicitare, va vintra în inel cel mult o

staţie. Nu există nici o garanţie referitoare la timpul maxim trebuie să-l aştepte pentru a intra

în inel.

Staţia care doreşte să părăsească inelul,trebuie să transmită predecesorului un cadru

Stabilire succesor, prin care-i face cunoscută adresa noului succesor.

Întreţinerea inelui logic nu este de loc simplă, pentru că trebuie să rezolve toate

situaţiile speciale ce pot să apară. De exemplu, în lipsa unor măsuri de precauţie, transmiterea

jetonului către o staţie ce s-a defectat ar avea drept consecinţă pierderea acestuia. Pentru

evitarea acestor situaţii, saţia care a transmis jetonul ascultă mediul de comunicaţie. Dacă nici

după a doua tentativă de plasare a jetonului nu recepţionează nimic din parte destinatarului,

trnsmite un cadru Cine urmează, specificând adresa succesorului. Staţia următoare răspunde

cu un cadru Stabilire succesor. Astfel staţia defectă va fi eliminată automat din inel.

Dacă şi staţia următoare s-a defectat, staţia care încearcă să paseze jetonul trimite un

cadru Solicitare succesor 2, lacare răspund toate staţiile din reţea. În cazul în care răspund

mai multe staţii la această solicitare, se va rezolva conflictul prin Binary countdown.

Jetonul se poate pierde şi dacă deţinătorul acestuia se defectează. Dacă apare această

problemă ea se rezolvă prin reiniţializarea inelului. Fiecare sataţie din reţea are un

cronometru care măsoră timplu scurs de la recepţionarea ultimului cadru. Dacă o staţie

constată că acest timp este suspect de lung, va emite un cadru Solicitare jeton, care

declanşează procedura de iniţializare a inelului.

Pagina 31 din 48



În afară de pierderea jetonului, se poate întâmpla din cauza unor erori, să apară mai

multe jetoane în reţea. Dacă deţinătorul jetonului recepţionează o transmisie de la o altă

staţie, renunţă la propriul jeton. În cazul în care în urma acestor manevre inelul rămâne fără

jeton, va urma reiniţializarea acestuia.

IEEE 802.5, Token Ring

Acest standard poate fi utilizat atât pentru reţelele locale, cât şi cele metropolitane,

deoarece comunicaţia nu se bauează pe un mediu fizic partajat, ci pe o colecţie de legături

punct - la - punct, ce formează un inel. În consecinţă nu vor exista coliziuni, şi nu mai este

nevoie de electronica analogică de detectare a acestora. Pentru conectarea echipamentelor se

poate folosi cablu torsadat, coaxial sau fibră optică.

La configurarea unei reţele Token Ring trebui să se ţină seama de lungimea fizică a

unui bit (măsurată pe cablu), care va fi dependentă de viteza de comunicaţie.

Dacă notăm cu R rata de transfer a datelor prin mediul fizic, atunci timpul de

transmisie a unui bit tbit = I/R.

Viteza de propagare a semnalelor prin cablu vp ≈ 200 m/µs.

Deci lungimea unui bit l bit = vp · t bit = vp / R.

De exemplu, pentru o viteză de transmisie de 10 Mbps, conform formulei de mai sus,

lungimea unui bit pe cablu de cupru este de 20m.

Topologia unei reţele Token Ring este prezentată în figura _15.

Intrare Ieşire

Pagina 32 din 48



Interfaţă de comunicaţieCalculator

Informaţiile se rotesc pe inel într-un anumit sens, şi cu un anumit tact. Fiecare bit sosit

pe cablu va fi memorat într-un tampon, şi la tactul următor va fi transmis pe celălalt cablu. În

timp ce se află în interfaţă, bitul poare fi inspectat şi eventual modificat înainte de a fi

expediat. Astfel fiecare interfaţă introduce o întârziere de 1 bit (vezi figura_15).

Pentru excluderea mutuală a staţiilor ce doresc să transmită, se foloseşte un jeton. În

perioadele de inactivitate, jetonul se roteşte pe inel. Pentru ca acest lucru să fie posibil,

jetonul trebuie să încapă pe inel (deci cablul trebuie să fie suficient de lung). Când o staţie

doreşte să transmită un cadru, trebuie să preia jetonul şi să-l elimine de pe inel înainte de a

începe transmisia. Pentru aceasta este suficient să inverseze un singur bit al jetonului, care are

o lungime de 3 octeţi. Astfel jetonul se transformă în primii trei octeţi ai unui cadru de date.

Deoarece există un singur jeton, numai o singură staţie va putea transmite cadre la un

moment dat.

Interfeţele inelului au următoarele două moduri de lucru: Tramsmisie şi Recepţie. În

modul recepţie, datele de la intrare sunt copiate la ieşire cu întârzire de un bit . O interfaţă se

poate găsi în modul Tramsmisie, numai dacă posedă jetonul. În acest mod, interfaţa întrerupe

legătura dintre intrare şi ieşire, introducând propriile informaţii pe inel. Pentru a putera

comuta din modul Recepţie în modul Transmisie în interval de 1 bit, interfasţa trebuie să aibă

pregătit într-un buffer propriu cadru ce trebuie transmis. Pe măsură ce biţii cadrului se întorc

prin el la staţia care ia transmis, aceştia sunt eliminaţi de pe cadru. Lungimea cadrelor nu este

limitată ,deoarece nu este necesar ca aceasta să încapă pe inel. La sfârşitul transmisie, staţia

transmiţătoare trebui să regenereze jetonul. După eliminarea de pe cablu a ultimului bit al

ultimului cadru transmis, staţia transmiţătoare trebui să treacă în mod recepţie, pentru a evita

eliminarea jetonului.

La încărcare redusă, jetonul se va roti liber e cablu, iar la încărcare mare jetonul

eliberat de către o staţie la sfârşitul transmisiei, va fi imediat acaparat de către staţiaurmătoare.

Pagina 33 din 48



Pentru reprezentarea valorilor binare, se foloseşte codificarea Manchester diferenţială.

Cele două combinaţii invalide (fără tranziţie la mijlocul perioadei bitului,1/1 şi 0/0) sunt

fşlsite pentru controlul inelui.

Singurul dezavantaj al acestui standard contă în faptul că întreruperea cablului de

legătură blochează comunicaţiile în întreaga reţea. Perntu eliminarea acestui dezavantaj

cablarea reţelei se face sub formă de stea (vezi figura următoare). Toate legăturile către staţii

pleacă de la un centru de cablare. Dacă una dintre staţii se defectează sau trebuie dezactivată

temporar, operaţiunea de eliminare din reţea se face la nivelul centrului de cablare, prin

acţionartea unor relee de trecere controlate prin soft (vezi figura_16).

Echipamente de calcul

Centru de cablare

Figura_16. Cablarea unei reţele Token Ring

Formatul jetonului şi formatul cadrelor Token Ring sunt prezentate în figura

următoare:

Format jeton

Format cadru

Figura_xy. Formatul jetonului şi formatul cadrelor Token Ring

Pagina 34 din 48

Del. Cont. Del.Start acces Stop

Del. Cont. Cont. Adresă destunaţie Adresă sursăStart acces cadru ( 6 octeţi ) ( 6 octeţi )

Date CRC( 4 octeţi ) Del StareSto cadru



-Câmpurile Delimitator start şi Delimitator stop au lungimea de 1 octet şi marchează

începutul şi sfârşitul unui cadru cu ajutorul unor codificări Manchester invalide. Câmpul

Delimitator conţine un bit ce este setat în cazul în care o interfaţă detectează o eroare în

interiorul cadrului(de exemplu un şablon Manchester invalid), şi un bit prin care se poate

marca ultimul cadru dint-o secvenţă logică.

-Câmpul Control acces (8 biţi) conţine următoarele informaţii:

unde :

Prioritate cadru ( 3 biţi ) indică prioritatea cadrului;

Jeton este un bit ce indică dacă octetul aparţine unui cadru de date sau unui jeton;

Monitor este un bit ce indică dacă pachetul curent a trecut prin interfaţa staţiei

monitor;

Prioritate rezervată ( 3 biţi ) indică cea mai înaltă prioritate ce a fost cerută pentru

noul jeton .

- Câmpul Control cadru (8 biţi) este folosit de cadrele de control şi indică tipul

acestora.

- Lungimea câmpului de date este limitată prin faptul că intervalul de timp în care o

staţie poată să deţină jetonul, şi deci să transmită un cadru este fixată prin standard la 8,9 ms.

Câmpul Stare cadru (8 biţi) are următoarea structură:

A C A CBiţii A şi C sunt dublaţi pentru siguranţă deoarece ei nu sunt protejaţi de suma de

control. Destinaţia comută bitul A de pe 0 pe 1, pentru a indica faptul că pachetul a ajuns, şi

bitul C de pe 0 pe 1, dacă reuşeşte să preia cadrul. Sunt posibile următoarele combinaţii:

Pagina 35 din 48

Prioritate Jeton Mon. Prioritate rezervatăcadru 3 bi i 3 bi i

Figura_17.Fomatul cadrelor Token Ring



A C Semnificatie0 0 Destinatie inexistenta (sau oprita)1 0 Destinatia exista, cadru neacceptat

1 1 Cadru preluat de destinatiePrioritatea cadrelor

Prioritate jetonului este indicată de câmpul Control acces. O staţie care doreşte să

transmită un cadru de prioritate n, trebuie să aştepte până când poate captura un jeton de

prioritate mai mică sau egală cu n. dacă staţia nu poate acapara un jeton pentru că prioritatea

acestuia este prea mare, poate să-şi anunţe intenţia prin înscrierea prioritaţii dorite în biţii de

rezervare ai câmpului Control acces. Rezervarea este posibilă numai dacă nu s-a făcut deja o

rezervare de prioritate mai mare. La terminarea cadrului curent, noul jeton va fi eliberat la

prioritatea rezervată. Pentru a se evita blocajele, staţia care ridică prioritatea jetonului, este

obligată să o refacă atunci când termină de transmis.

Această schemă diferă substanţial de cea de la Token Bus, în care orice staţie are

rezervată un fragment din lăţimea de bandă. La Token Ring dacă o staţie are de transmis

numai pachete de prioritate mică, poate să aştepte la nesfârşit apariţia unui jeton

corespunzător.

Întreţinerea jetonului

Supravegherea şi întreţinerea inelui sunt realizate de către o staţie monitor. Dacă

monitorul se defectează este desemnată o altă staţie pentru această funcţie, cu ajutorul unui protocol de tratarea conflictelor. Orice staţie trebuie să aibă capacitatea de a deveni monitor.

Dacă o staţie observă absenţa monitorului ( la iniţializarea inelului sau în caz de

defectare a monitorului), transmite un cadru de tip Solicitare jeton. Dacă acest cadru parcurge

inelul înainte de a fi transmis un al cadru de acelaşi fel, emiţătorul devine noul monitor.

Staţia monitor are următoarele responsabilităţi:

Pagina 36 din 48



Moniterizează jetonul şi îl reface dacă se pierde.În acest scop monitorul

cronometrează intervalele de timp între două apariţii ale jetonului.Dacă un astfel de interval

depăşeşte durata maximă admisă de deţinere a jetonului, monitorul va emite un nou jeton şi

va drena inelul;Inserează biţi de întârziere astfel încât jetonul să încapă pe inel;

Preia iniţiativa în cazul în care se întrerupe inelul pentru localizarea şi scurtcircuitare

staţiei ce a cauzat întreruperea;

Curăţă inelul de cadre deteriorate sau orfane. Un cadru orfan apare dacă o staţie

trimite un cadru scurt într-un inel lung, şi se defectează înainte de al elimina. Cadrele orfane

sunt detectate cu ajutorul bitului Monitor al Câmpului Control Acces. În acest scop, fiecare

cadru care trece prin interfaţa monitorlui, va fi marcat cu ajutorul acestui bit. Dacă un cadru

trece şi a doua oară prin această interfaţă, înseamnă că este orfan, şi va fi eliminat;

Transmite periodic nişte cadre de control prin care-şi anunţă prezenţa.

CAPITOLUL IV

APLICATII

Scopul nivelului fizic este de a transporta o secventa de biti de la o masina la alta.

Pentru aceasta pot fi utilizate diverse medii fizice. Fiecare dintre ele este definit de largimea

sa de banda, intarziere, cost, si usurinta de instalare si de intretinere. Aceste medii pot fi

impartite in doua grupe mari: mediile ghidate, cum ar fi cablul de cupru si fibrele optice,si

mediile neghidate, cum ar fi undele radio si laserul.

Cablul torsadat.

Cel mai vechi si inca cel mai utilizat mediu de transmisie este cablul torsadat. Un

cablu torsadat este format din 2 fire de cupru izolate, avand o grosime tipica de 1 mm. Firele

sunt impletite intr-o forma elicoidala, pentru a reduce interferenta electrica (2 fire paralele

constituie o antena; daca le impletim nu mai formeaza o antena).

Cablurile torsadate pot fi folosite atat pentru transmisia analogia cat si pentru cea

digitala. Banda de frecventa depinde de grosimea firului si de distanta parcursa, dar in multe

cazuri poate fi atinsa o viteza de mai multi megabiti / secunda pe distante de cativa kilometri.

Exista numeroase feluri de cablu torsadat, doua dintre acestea fiind importante pentruretelele de calculatoare. Cablurile torsadate din Categoria 3 sunt formate din 2 fire izolate

Pagina 37 din 48



impletite impreuna. In mod obisnuit 4 astfel de perechi sunt grupate intr-un material din

plastic pentru a le proteja si a le tine impreuna. Incepand cu 1988, au fost introduse cablurile

din Categoria 5, care sunt similare celor din categoria 3, dar au mai multe rasuciri pe

centimetru, si sunt izolate cu teflon, rezultand o interferenta redusa si o mai buna calitate asemnalului pe distante mari. Aceste 2 categorii sunt cunsocute sub denumirea de cabluri UTP

Unshielded Twisted Pair (cablu torsadat neecranat).

Cablul coaxial in banda de baza.

Acesta are o ecranare mai buna decat cablurile torsadate, putand acoperi distante mai

mari la rate de transfer mai mari. Exista 2 tipuri de cabluri coaxiale folosite pe scara larga.

Primul, cablul de 50 de ohmi, este folosit in transmisia digitala, iar al doilea, cablul de 75 de

ohmi, este frecvent folosit in transmisia analogica.

Un cablu coaxial este format dintr-o sarma de cupru dura, protejata de un material

izolant.

Acest material este incapsulat intr-un conductor circular, de obicei sub forma unei

plase strans intretesute. Conductorul exterior este acoperit cu un invelis de plastic protector.

Structura si ecranarea cablului coaxial asigura o buna combinatie intre o banda de

frecventa larga si o imunitate la zgomot excelenta. Banda de frecventa poate depinde si de

lungimea cablului. Pentru cabluri de 1 km este posibila de transfer a datelor intre 1 si 2 Gbps.

Pe distante lungi calburile coaxiale au fost deja in mare parte inlocuite cu fibre optice.

Cablul coaxial de banda larga.

Celalalt model de cablu coaxial este folosit pentru transmisia analogica in sistemele

de televiziune prin cablu. Deoarece retelele de banda larga se bazeaza pe tehnologia standard

a televiziunii prin cablu, cablurile pot fi folosite pana la 300 MHz (si de multe ori pana la 450

MHz), si datorita transmisiei analogice pot acoperi distante de aproape 100 km.

Sistemele de banda larga sunt impartite in mai multe canale, in televiziune fiind

frecvent folosite canalele de 6 MHz. Fiecare canal poate fi folosit in televiziunea analogica,

in transmisia audio de calitateaaa CDului (1.4 Mbps) sau intr-un flux de date la o viteza de 3Mbps (de exemplu), independent de celelalte. O diferenta majora intre banda de baza si banda

Pagina 38 din 48



larga este aceea ca sistemele de banda larga acopera de obicei o suprafata mai mare, fiind

nevoie de amplificatoare analogice care sa reamplifice periodic semnalul. Aceste

amplificatoare pot transmite semnalul intr-o singura directie, astfel ca un calculator care

transmite un pachet nu poate sa primeasca date de la alte calculatoare daca intre ele se afla unamplificator. Pentru a ocoli aceasta problema, au fost dezvoltate 2 tipuri de sisteme de banda

larga: sisteme cu cablu dual (pe un cablu se transmite, pe celalalt se receptioneaza), si sisteme

cu cablu simplu (pentru transmisie si receptie sunt alocate benzi diferite de frecventa).

Fibre optice.

Folosind tehnologiile actuale de fibre optice, banda de frecventa care poate fi atinsa

este de peste 50.000 Gbps (50 Tbps). Limita practica actuala de circa 1 Gbps este o

consecinta a imposibilitatii de a converti mai rapid semnalele electrice in semnale optice.

Oricum, in laborator sunt posibile rate de 100 Gbps pe distante scurte, iar in cativa ani se va

obtine o viteza de 1 Tbps. Sunt de asemenea in curs de realizare sistemele integral optice

(inclusiv intrarea si iesirea din calculator).

Un sistem de fibre optice este format din 3 componente: sursa de lumina, mediul de

transmisie si detectorul. Prin conventie, un impuls de lumina inseamna bitul 1 si absenta

luminii indica bitul 0. Mediul de transmisie este o fibra foarte subtire de sticla. Atunci cand

intercepteaza un impuls luminos, detectorul genereaza un impuls electric. Prin atasarea unei

surse de lumina la un capat al fibrei optice si a unui detector la celalalt capat, obtinem un

sistem unidirectional de transmitere a datelor care accepta semnale electrice, le converteste si

le transmite ca semnale luminoase si apoi le reconverteste la iesire in semnale electrice.

Fenomenul fizic care sta la baza transmisiei luminii prin mediu este urmatorul: cand o

raza luminoasa trece de la un mediu la altul, de exemplu de la siliciu la aer, raza este

refractata la suprafata de separatie intre cele 2 medii. Pentru unghiuri de incidenta mai mari

decat o anumita valoare critica, lumina este refractata inapoi in siliciu fara nici o pierdere.

Fenomenul este cunoscut sub numele de reflexie totala.

Se pot transmite mai multe raze cu unghiuri de incidenta diferite datorita faptului ca

orice raza de lumina cu unghi de incidenta la suprafata de separare maimare decat unghiul

critic va fi reflectata total. Se spune ca fiecare raza are un mod diferit, iar fibra care areaceasta proprietate se numeste fibra multimod. Daca insa diametrul fibrei este redus la cateva

Pagina 39 din 48



lungimi de unda ale luminii, fibra actioneaza ca un ghid si lumina se va propaga in linie

dreapta, fara reflexii, rezultand o fibra monomod. Aceste fibre sunt mai scumpe, dar pot fi

folosite pe distante mai mari. Fibrele monomod curente pot transmite date la mai multi Gbps

pe distante de 30 km. Rate de transfer mai mari au fost obtinute in laborator pe distante maiscurte.

Atenuarea luminii prin sticla depinde de lungimea de unda a luminii. Pentru tpiul de

sticla folosit la fibre optice, atenuarea in decibeli este data de formula:

Atenuare_in_decibeli=10*log(putere_transmisa/putere_consumata)

In practica sunt folosite razele infrarosii. Lumina vizibila are lungimi de unda putin

mai mari,de la 0.4 la 0.7 microni. Trei benzi din acest spectru sunt folosite in comunicatii; ele

sunt centrate respectiv la 0.85, 1.3 si 1.55 microni. Ultimele 2 au proprietati bune de atenuare

(mai putin de 5% pierderi pe kilometru). Banda de 0.85 microni are o atenuare mai mare, dar

are avantajul ca la aceasta lungime de unda, laserul si echipamentul electronic pot fi facute

din acelasi material (arseniura de galiu). Toate cele 3 benzi au o largime a benzii de 25.000

pana la 30.000 de Ghz.

Cablurile din fibra de sticla

Cablurile din fibra de sticla sunt similare celor coaxiale cu singura deosebire ca nu

prezinta acel material conductor exterior sub forma unei plase. In centru se afla miezul de

sticla prin care se propaga lumina. In fibrele multimod, miezul are un diametru de 50 de

microni, aproximativ grosimea firului de par uman. In fibrele monomod, miezul este de 8

pana la 10 microni.

Miezul este imbracat in sticla cu un indice de refractie mai mic decat miezul, pentru a

pastra lumina in miez. Totul este protejat cu o invelitoare subtire de plastic. De obicei, mai

multe fibre sunt grupate impreuna, protejate de o teaca protectoare.

Fibrele pot fi conectate in 3 moduri. Primul mod consta in atasarea la capatul fibrei a

unor conectori care se pot lega la un soclu pentru fibra. Conectorii pierd aproape 10-20% din

lumina, dar aceste sisteme sunt usor de reconfigurat.

Pagina 40 din 48



Al doilea mod consta in imbinarea mecanica. Imbinarile mecanice se obtin prin

atasarea celor 2 capete unul langa altul intr-un invelis special si fixarea lor cu ajutorul unor

clame. Alinierea se poate face prin trimitere de semnale prin jonctiune si relizarea de mici

ajustari pentru a maximiza semnalul. Unui specialist ii trebuie circa 5 minute pentru a realizao jonctiune, aceasta avand ca rezultat o pierdere a luminii de 10%.

A treia posibilitate este de a imbina (topi) cele 2 bucati de fibra pentru a forma o

conexiune solida. Insa chiar si aici poate apare o mica atenuare.

Pentru semnalizare se pot folosi 2 tipuri de surse de lumina, LED-uri si laserul din

semiconductori. Ele se pot ajusta in lungime de unda prin introducerea unor interferometre

intre sursa si fibra optica. Interferometrele sunt simple cavitati rezonante formate din 2

oglinzi paralele. Lumina cade perpendicular pe oglinzi. Lungimea acestei cavitati selecteaza

acele lungimi de unda care incap in interior de un numar intreg de ori.

Capatul fibrei optice care receptioneaza semnalul consta dintr-o fotodioda, care

declanseaza un impuls electric cand este atinsa de lumina. Raspunsul tipic al unei diode este

de 1 ns, ceea ce limiteaza viteza de transfer de date la aproximativ 1 Gbps.

Retelele din fibre optice

Transmisia prin fibra optica este mult mai complexa decat conectarea la Ethernet. O

retea in inel este doar o colectie de legaturi punct-la-punct. Interfata fiecarui calculator lasa sa

treaca impulsul de lumina catre urmatoarea legatura si totodata are rolul unei jonctiuni T

pentru a face posibila transmiterea si receptia mesajelor.

Se folosesc 2 tipuri de interfete. O interfata activa consta din 2 conectori sudati pe

fibra centrala. Unul din ei are la capat un LED sau o dioda cu laser (pentru transmisie) si

celalalt are la capat o fotodioda (pentru receptie). Conectorul este complet pasiv si prezinta

incredere, deoarece un LED sau o fotodioda defecta nu intrerupe inelul, ci doar scoate un

calculator din circuit.

Un alt model de interfata este repetorul activ. Lumina receptionata este convertita

intr-un semnal electric, regenerat la puterea maxima daca este atenuat, si retransmis ca

semnal optic.

Interfata cu calculatorul este o sarma de cupru obisnuita care se leaga la regeneratorulde semnal.

Pagina 41 din 48



In prezent sunt folosite si repetoare integral optice, care nu necesita conversiile optic -

electric - optic, ceea ce le permite sa operese cu largimi de banda foarte inalte.

In cazul in care repetorul activ se deterioreaza, inelul este intrerupt si reteaua cade.

Pe de alta parte, deoarece semnalul este regenerat la fiecare interfata, legaturile intre 2calculatoare adiacente pot avea lungimi de kilometri, practic fara nici o limita in dimensiunea

totala a inelului. Interfetele pasive pierd lumina la fiecare jonctiune, ceea ce are ca efect

restrictii drastice in ce priveste numarul de calculatoare ce pot fi conectate si lungimea totala

a inelului.

Comparatie intre fibrele optice si firul de cupru

Fibra are multe avantaje. In primul rand, largimea de banda pe care o suporta este mai

mare decat a cuprului. Datorita atenuarii scazute, repetoarele sunt necesare la fiecare 30 km

pe liniile lungi, in comparatie cu 5 km pentru cupru. Fibra are avantajul ca nu este afectata de

socurile electrice, de interferenta campului electromagnetic sau de caderile de tensiune. De

asemenea, nu este afectata de substantele chimice corozive din aer, fiind ideala pentru

mediile aspre din fabrici.

Companiile de telefoane prefera fibra si din alt motiv: este subtire si foarte usoara.

Canalele cu cabluri sunt in general pline pana la refuz, iar prin inlocuirea cuprului cu

fibra se golesc canalele, iar cuprul are o valoare foarte buna pe piata. In plus, 1000 de cabluri

torsadate de 100 km lungime cantaresc 8000 kg. Doua fibre au o capacitate mai mare si

cantaresec doar 100 kg, acest lucru reducand drastic necesitatea unor echipamente mecanice

scumpe care trebuie intretinute.

Pe traseele noi fibra castiga detasat in fata cuprului datorita costului de instalare foarte

scazut.

In fine, fibrele nu pierd lumina si sunt foarte dificil de interceptat. Acest lucru le ofera

o excelenta securitate.

Motivul pentru care fibra este mai buna decat cuprul este intrinsec. Electronii in

miscare dintr-un cablu interactioneaza cu alti electroni, si sunt influentati de alti electroni din

afara cablului. Fotonii dintr-o fibra nu interactioneaza intre ei si nu sunt afectati de fotonii din

exterior.

Pagina 42 din 48



Pe de alta parte, fibra este o tehnologie nefamiliara si necesita o pregatire pe care cei

mai multi dintre ingineri nu o au. Deoarece transmisia optica este prin natura ei

unidirectionala, comunicatiile bidirectionale necesita fie 2 fibre, fie 2 benzi de frecventa

diferite pe aceeasi fibra. In sfarsit, interfetele pentru fibra costa mult mai mult decatinterfetele electrice.

Insa este o certitudine faptul ca in viitor toate comunicatiile de date pe lungimi mai

mari de cativa metri se vor face prin fibra.

Transmisiile fara fir.

Transmisia radio

Undele radio sunt usor de generat, pot parcurge distante mari, penetreaza cladirile cu

usurinta,fiind larg raspandite in comunicatii, atat interioare cat si exterioare. Undele radio

sunt de asemenea omnidirectionale (se pot propaga in orice directie de la sursa), ceea ce

elimina necesitatea unei alinieri fizice a receptorului cu emitatorul. Proprietatile undelor radio

sunt dependente de frecvente. La frecvente joase, undele radio se propaga bine prin obstacole,

dar puterea semnalului scade mult odata cu distanta de la sursa, aproximativ cu cubul

distantei in aer.

La frecvente inalte, undele radio tind sa se propage in linie dreapta si sa sara peste

obstacole.

De asemenea, ele sunt absorbite de ploaie. Toate undele radio sunt supuse la

interferente datorate motoarelor si a altor echipamente electrice.

Datorita capacitatii undelor radio de a se propaga pe distante mari, interferenta intre

utilizatori devine o problema. In benzile inalte si foarte inalte, undele de la sol tind sa fie

absorbite de pamant. Oricum, undele care ating ionosfera (intre 100 si 500 km) sunt refractate

de aceasta si trimise inapoi spre pamant.

Transmisia prin microunde

Pagina 43 din 48



Peste 100 MHz, undele se propaga in linii drepte si pot fi din acest motiv directionate.

Concentrand toata energia intr-un fascicul ingust cu ajutorul unei antene parabolice,

se obtine o valoare mult mai ridicata a ratei de semnal - zgomot, dar antenele care transmit si

cele care receptioneaza trebuie sa fie aliniate cu precizie una cu alta.In plus, faptul ca aceste unde sunt orientate permite ca mai multe transmitatoare sa fie

aliniate si sa comunice cu mai multe receptoare fara interferente.

Datorita faptului ca microundele se propaga in linii drepte, daca turnurile sunt foarte

departate, atunci sta in cale pamantul. De asemenea sunt necesare, periodic, repetoare. Cu cat

turnurile sunt mai inalte, cu atat repetoarele se pot afla la distante mai mari. Distanta intre

repetoare creste aproximativ cu radicalul inaltimii turnului. Pentru turnuri cu o inaltime de

100 m, repetoarele se pot afla la distante de 80 km.

Spre deosebire de undele radio la frecvente joase, microundele nu trec bine prin

cladiri.

In plus, cu toate ca unda poate fi bine directionata la emitator, apare o divergenta in

spatiu.

Unele unde pot fi refractate de straturile atmosferice joase si sosi intarziate (defazate)

fata de celelalte. Undele intarziate pot anula semnalul (unda directa). Acest efect se numeste

atenuare multicai (multipath fading) si este o problema serioasa, care depinde de vreme si de

frecventa.

La frecventa de aproape 8 GHz apare o noua problema: absorbtia de catre apa. Undele

sunt absorbite de catre ploaie.

Microundele au mai multe avantaje semnificative fata de fibra. Cel mai important

avantaj este ca nu sunt necesare drepturi de acces la drum, cumparand un mic teren la fiecare

50 km si montand un turn pe el se poate ocoli sistemul telefonic si se poate realiza o

comunicare directa.

Comunicatiile cu microunde sunt prin comparatie cu alte medii de transmisie mai

ieftine. Pretul ridicarii a doua turnuri simple (doi stalpi inalti asigurati cu 4 cabluri) si prin

montarea unei antene pe fiecare turn, poate fi mult mai mic decat pretul ingroparii a 50 de km

de fibra intr-o zona urbana foarte populata sau peste un munte, si poate fi mai mic decat

costul inchirierii fibrei de la o companie telefonica, mai ales cand acestea nu au platit inca

integral cuprul care a fost inlocuit cu fibra.

Undele infrarosii si milimetrice

Pagina 44 din 48



Acestea sunt larg folosite pentru comunicatiile pe distante reduse. Telecomenzile

pentru tv, aparate video si stereo folosesc comunicatiile in infrarosu. Ele sunt relativdirectionale, ieftine si usor de construit, dar prezinta un dezavantaj major: nu penetreaza

obiectele solide. (In general, cum ne deplasam de la undele lungi catre lumina vizibila, undele

se comporta din ce in ce mai mult ca lumina si din ce in ce mai putin ca undele radio).

Pe de alta parte, faptul ca undele infrarosii nu trec prin obiecte este un avantaj din

punctul de vedere al interferentei intre sisteme diferite, si al securitatii (al susceptibilitatii la

interceptare).

Aceste calitati au facut din undele infrarosii un candidat serios pentru LAN-urile

interioare fara fir.

Satelitii de comunicatie

Primul satelit de comunicatie a fost lansat in 1962. Principalul avantaj al unui satelit

artificial fata de unul natural (pana atunci Luna fusese folosit pe post de satelit, nu cu prea

mult succes) este acela ca satelitul artificial poate amplifica semnalele inainte de a le

transmite inapoi. Un satelit de comunicatie poate fi gandit ca un mare repetor de microunde,

aflat pe cer. Acesta contine mai multe dispozitive de emisie-receptie automata (transponderi)

fiecare dintre acestea ascultand pe o anumita portiune din spectru, amplificand semnalul

receptionat, si redifuzandu-l pe o alta frecventa pentru a nu interfera cu semnalul care este

receptionat.

Unda descendenta poate fi difuzata, acoperind astfel o fractiune substantiala din

suprafata Pamantului, sau poate fi concentrata pe o zona de cateva sute de km in diametru.

Satelitii geosincroni

La o altitudine de 36000 km deasupra ecuatorului, perioada unui satelit este deaproape 24 de ore (23h, 56 minute si 4.09 secunde), si deci satelitul se invarteste la aceeasi

Pagina 45 din 48



viteza ca si Pamantul. Este ideal ca satelitul sa apara fix pe cer deoarece altfel ar fi nevoie de

o antena rotativa foarte scumpa (pentru urmarirea sa). Pentru a evita interferentele, in

conditiile tehnologiilor actuale, nu este bine sa existe sateliti mai aproape de 2 grade in planul

ecuatorial de 360 de grade. La o spatiere de 2 grade, pot exista pe cer la un moment dat doar 360 / 2 = 180 de sateliti de comunicatie geostationari. O parte din acesti sateliti sunt rezervati

(in scopuri guvernamentale, militare, TV, etc).

Din fericire, satelitii care folosesc portiuni diferite din spectru nu interfera, si de aceea

fiecare din cei 180 de sateliti posibili pot avea mai mult fluxuri de date care urca si coboara

simultan.

Pentru a preveni haosul, s-au realizat acorduri internationale in urma carora au fost

stabilite cine poate folosi ce benzi de frecventa.

Un satelit obisnuit are 12 - 20 de transpondere, fiecare cu latime de banda de 36 - 50

MHz. Un transponder de 50 Mbps poate fi folosit pentru a codifica un singur flux de date de

50 Mbps, sau 800 de canale vocale digitale de 64 kbps, etc. Mai mult decat atat, doua

transpondere pot folosi polarizari diferite ale semnalului si prin urmare pot folosi acelasi

domeniu de frecvente fara sa interfere. In trecut, impartirea transponderilor pe canale s-a

facut static, prin FDM. In prezent, se foloseste de asemenea TDM datorita marii sale

flexibilitati.

Satelitii de comunicatie au cateva proprietati care se deosebesc substantial de

legaturile terestre punct-la-punct. Ca prim aspect, desi semnalele spre si dinspre satelit se

propaga cu viteza luminii, distanta mare dus-intors introduce o intarziere substantiala.

Depinzand de distanta intre utilizator si statia terestra si de inaltimea satelitului deasupra

orizontului, timpul depropagare capat-la-capat este intre 250 si 300 msec. Pentru comparatie,

legaturile terestre prin microunde au o intarziere in jur de 3 microsecunde/km, iar legaturile

pe cablu coaxial sau fibra optica au o intarziere de 5 microsecunde/km (semnalele

electromagnetice se propaga mai repede in aer decat in materiale solide).

O alta proprietate importanta a satelitilor este aceea ca ei sunt in mod inerent

sistemecu difuzare. Transmiterea unui mesaj catre miile de statii din raza de actiune a unui

transponder costa tot atat de mult cat pentru o singura statie, ceea ce reprezinta un avantaj

evident din punct de vedere al pretului.

Pe de alta parte, din pucnt de vedere al securitatii si confidentialitatii, satelitii sunt un

dezastru complet: oricine poate asculta orice. Atunci cand este necesara securitate,

criptarea este esentiala.

Pagina 46 din 48



Satelitii au de asemenea proprietatea ca pretul transmisiei unui mesaj este independent

de distanta parcursa. Satelitii au rate de eroare excelente si pot fi instalati aproape

instantaneu, un considerent major pentru comunicatiile militare.

Sateliti de joasa altitudine

In anii '90, Motorola obtinuse acordul FCC pentru instalarea unei retele de sateliti de

joasa altitudine - 77 de sateliti pentru proiectul Iridium. S-a dovedit totusi ca 66 de sateliti ar

fi fost suficienti, deoarece in momentul in care un satelit dispare din campul vizual, ar putea

sa ii ia locul un altul.

Scopul principal al sistemului Iridium este sa furnizeze servicii mondiale de

telecomunicatie, folosind dispozitive portabile care sa comunice direct cu satelitii Iridium.

Sistemul furnizeaza servicii vocale, de date, paging, fax si navigare in orice loc de pe glob.

Sistemul foloseste ideea din radioul celular, dar cu o modificare. In mod normal,

cererile sunt fixe si utilizatorii mobili. In acest caz fiecare satelit are un numar considerabil de

raze punctuale care pot scana Pamantul pe masura ce satelitul se deplaseaza.De aceea, in

acest sistem atat celulele cat si utilizatorii sunt mobili, dar tehnicile de transfer folosite pentru

radioul celular se aplica la fel, atat pentru cazul in care celula paraseste utilizatorul, cat si

pentrucazul in care utilizatorul paraseste celula.

Satelitii ar fi pozitionati la 750 km deasupra Pamantului, fiecare satelit avand

maximum 48 de raze punctuale, cu un total de 1628 de celule pe suprafata Pamantului.

Frecventele pot fi refolosite doua celule mai incolo ca si in radioul celular conventional.

Fiecare celula va avea 174 de canale full-duplex, cu un total de 283.272 canale pe tot globul.

Se estimeaza ca 200 MHz ca largime de banda ar fi suficienti pentru intregul sistem.

Sateliti versus fibre optice

In timp ce o singura fibra optica are in principiu mai multa latime potentiala de banda

decat toti satelitii lansati vreodata, aceasta latime de banda nu este disponibila majoritatiiutilizatorilor. Fibrele optice instalate la ora actuala sunt folosite in sistemul telefonic pentru a

Pagina 47 din 48



gestiona simultan mai multe apeluri de distanta lunga, si nu pentru a furniza utilizatorilor

individuali latime de banda ridicata. Mai mult decat atat, putini utilizatori pot avea acces la

un canal pe fibra optica, deoarece le sta in drum vechea bucla local din cablu torsadat (Daca

oficiul final al companiei de telefoane se acceseaza pe 28.8 kbps, nu se va obtine niciodata olatime de banda mai mare de 28.8 kbps, indiferent de cata latime de banda are cablul

intermediar). In cazul satelitilor, un utilizator poate sa scoata o antena pe acoperisul cladirii si

sa ocoleasca complet sistemul telefonic.

O alta nisa o reprezinta comunicatiile mobile. In zilele noastre multi oameni doresc sa

comunice in timp ce fac jogging, navigheaza, zboara, etc. Legaturile terestre prin fibre optice

nu le sunt deci de nici un folos, in schimb le pot fi utile legaturile prin satelit. Este posibil

totusi ca o combinatie intre radioul celular si fibra optica sa satisfaca cerintele majoritatii

utilizatorilor (cu exceptia celr din avion sau de pe mare).

O alta nisa o reprezinta situatiile in care este esentiala difuzarea. Un mesaj transmis de

satelit poate fi receptionat simultan de mii de statii terestre.

O alta nisa o constituie comunicatia in locurile cu terenuri greu accesibile sau cu o

infrastructura terestra slab dezvoltata.

O alta nisa pe piata satelitilor este acolo unde dreptul de instalare a fibrei optice este

dificil de obtinut sau nejustificat de scump.

In fine, atunci cand instalarea rapida este critica, de exemplu in cazul sistemelor

militare, satelitii obtin castig de cauza fara probleme.

Pe scurt, se pare ca in viitor fluxul principal de comunicatie va fi pe fibra optica

combinata cu radioul celular, iar pentru cativa utilizatori specializati, satelitii. Mai exista un

factor demn de luat in calcul: economia. Desi fibra optica ofera mai multa latime de banda,

daca progresele tehnologice vor reduce radical costul de instalare al unui satelit sau daca

vordeveni populari satelitii de joasa altitudine, este posibil ca pe unele piete fibrele optice sa

isi piarda pozitia de lider.

Pagina 48 din 48

http://www.tocilar.ro/

Diploma

Documents

Transcript of Diploma