RL_curs_01.pdf

70
Cursul 1 1 Introducere Mediul fizic 4 octombrie 2011

Transcript of RL_curs_01.pdf

Page 1: RL_curs_01.pdf

Cursul 1

1 Introducere Mediul fizic 4 octombrie 2011

Page 2: RL_curs_01.pdf

Obiective

• Ce este o rețea de calculatoare? • Dispozitive de rețea • Topologii de rețele • Stiva de protocoale • Funcțiile nivelului fizic • Medii de transmisie • Exemple de codificări

2

Page 3: RL_curs_01.pdf

Internet

“Getting information off the Internet is like taking a drink from a fire

hydrant.” Mitchell Kapor

“The Internet is the first thing that humanity has built that humanity

doesn't understand, the largest experiment in anarchy that we have ever had.”

Eric Schmidt

3

Page 4: RL_curs_01.pdf

Ce este o rețea de calculatoare?

• Sistem de interconectare a mai multor sisteme de calcul • Conexiunea între componentele unui calculator se realizează prin

magistrale (circuite electrice pe placa de bază) și chipset-uri • Conexiunea între sisteme de calcul diferite se realizează prin

intermediul unor dispozitive (plăci de rețea, switch-uri, rutere) și a unor medii de comunicație (cabluri electrice, fibră optică) dedicate

4

Page 5: RL_curs_01.pdf

Avantajele rețelelor de calculatoare

Avantaje

Spațiu de stocare

Putere de procesare

Acces de la distanță

Partajare echipamente

Comunicare

Divertisment

5

Page 6: RL_curs_01.pdf

Dimensiunea fizică a unei rețele

Distanța între procesoare Localizare procesoare Rețea

1 mm Centimetru pătrat Micro nw (pe siliciu)

1 cm Decimetru pătrat Platformă multiprocesor

1m Metru pătrat Personal Area Network

10 m Cameră Local Area Network 100 m Clădire

1 km Campus 10 km Oraș Metropolitan Area Net

100 km țară Wide Area Network 1000 km Continent

10 000 km Planetă Internet

6

Page 7: RL_curs_01.pdf

LAN, MAN, WAN

• Clasificare în funcție de distanța între nodurile rețelei, concretizată printr-un număr de protocoale specifice fiecărui tip de rețea

7

LAN – Local Area Network Standardele dominante sunt Ethernet și WLAN (IEEE 802.11) Separația (conectarea) între LAN și MAN/WAN se realizează cu un ruter (gateway)

MAN – Metropolitan Area Network rar întâlnite în rețelele actuale

WAN – Wide Area Network Numeroase protocoale: MPLS, ATM, Frame Relay, PPP

Page 8: RL_curs_01.pdf

Dispozitive de rețea

• Placă de rețea – network card, network adapter, NIC (Network Interface Controller) – Permite sistemului să comunice cu un altul aflat în aceeași rețea

• Repetor, hub – folosit pentru regenerarea și amplificarea semnalului

• Switch – folosit pentru interconectarea sistemelor de calcul dintr-o rețea (topologie stea)

• Ruter – folosit pentru interconectarea mai multor rețele de calculatoare (LAN); folosit în WAN

8

Page 9: RL_curs_01.pdf

Dispozitive de rețea - imagine

9

Router

Switch

Host

Internet

Server

Page 10: RL_curs_01.pdf

Interfața de rețea

• Network interface • Se referă la un punct de comunicație cu o rețea de calculatoare (o placă de

rețea, un port al unui dispozitiv avansat de rețea) • Un calculator cu o placă de rețea are o singură interfață de rețea; un calculator

cu două plăci are două interfețe • Un switch/ruter are mai multe interfețe de rețea – mai multe porturi de

comunicație • Denumirea de interfață de rețea se referă și la abstracția dată de sistemul de

operare – configurarea unei plăci de rețea sau a unui port al unui ruter se numește

“configurarea unei interfețe” – pe un sistem Unix/Linux, interfețele de plăci de rețea Ethernet sunt denumite eth0,

eth1, etc. – o interfață virtuală denumită interfață de loopback este folosită pentru a referi

stația curentă ca și cum aceasta s-ar afla într-o rețea (deși aceasta nu există fizic)

10

Page 11: RL_curs_01.pdf

Protocol

• Comunicația între două entități necesită existența unui protocol • Ce este un protocol?

– Un set de reguli care guvernează modul în care două dispozitive schimbă informație într-o rețea

11

早上好 ??!

Ambele capete ale unei transmisii trebuie să

folosească același protocol

Page 12: RL_curs_01.pdf

Stiva de protocoale OSI

• Pentru a abstractiza complexitatea lucrului cu rețeaua, se stabilește o stivă de protocoale; protocolul de nivel inferior oferă servicii celui de nivel superior

12

5. Sesiune

6. Prezentare

7. Aplicație

4. Transport

3. Rețea

2. Legătură de date

1. Fizic

Controlul sesiunilor

Reprezentarea datelor

Servicii de rețele, aplicații

Controlul fluxului de date

Determinarea căii către destinație

Acces la mediu

Transmisie binară

Page 13: RL_curs_01.pdf

Stiva de protocoale TCP/IP

13

• Stiva de protocoale utilizată în

Internet este stiva TCP/IP • IP este protocolul esențial de la

nivelul Rețea, iar TCP de la nivelul Transport

• Nivelul Aplicație este cel care oferă servicii utilizatorului (transfer de fișiere, control de la distanță, transmitere e-mail, etc.)

• Nivelul Transport este responsabil cu asigurarea controlului fluxului (pachetele să ajungă în ordine și nealterate)

Aplicație

Transport

Rețea

Acces la mediu

Mediul fizic

Page 14: RL_curs_01.pdf

POP3

DNS

Stiva OSI vs Stiva TCP/IP

14

5. Sesiune

6. Prezentare

7. Aplicație

4. Transport

3. Rețea

2. Legătură de date

1. Fizic

Aplicație

Transport

Internet

Acces la mediu

HTTP

SSH

IMAP

TCP UDP

IP

PPP Ethernet

OSI TCP/IP Protocoale

Page 15: RL_curs_01.pdf

Cursul 1

Nivelul fizic • Roluri • Transmisii analogice • Transmisii digitale • Transmiterea datelor digitale cu carrier analog • Medii de transmisie • Multiplexare • Exemple

Page 16: RL_curs_01.pdf

Nivelul fizic

Roluri

Transformare Bit → semnal

Controlul vitezei

Sincronizare biți

Multiplexare

16

Page 17: RL_curs_01.pdf

Cursul 1

Transmisii analogice

• Caracteristici • AM • FM

Page 18: RL_curs_01.pdf

Transmisii analogice

• Folosesc valori continue pentru a transmite informația • Caracteristici

– Amplitudine – nivelul maxim al semnalului – Perioada/frecvența – viteza de schimbare raportată la timp – Faza – poziția formei de undă raportată la momentul de timp zero

18

Page 19: RL_curs_01.pdf

Transmisie analogică - AM

• AM = Amplitude modulation • Folosește valori continue ale amplitudinii pentru a transmite

informația • Folosită în special în transmisii radio

19

Ampl

itudi

ne

timp

Baseband

Carrier

Page 20: RL_curs_01.pdf

Transmisie analogică - FM

• FM = Frequency modulation • Folosește valori continue ale frecvenței pentru a transmite

informația • Folosită în special în transmisii radio

20

Ampl

itudi

ne

timp

Baseband

Carrier

Page 21: RL_curs_01.pdf

Cursul 1

Transmisii digitale • Caracteristici • Manchester • Manchester diferențial • NRZ-L • NRZ-I • MLT-3 • PAM-5 • Exemplu: Fast Ethernet • Exemplu: Gigabit Ethernet

Page 22: RL_curs_01.pdf

Transmisii digitale

• Folosesc valori discrete pentru a transmite informație • Caracteristici:

– Bit interval (echivalent perioadă) – Bit rate (echivalent frecvență)

• Line coding – este denumită și digital baseband modulation – Unipolară – un singur nivel de tensiune care reprezintă 1; absența

înseamnă 0 – Polară – două niveluri de tensiune – Bipolară – trei niveluri: pozitiv, negativ și zero

22

Page 23: RL_curs_01.pdf

Codificare Manchester IEEE 802.3

23

1 0 0 0 0 1 1 1

Ceas

Manchester 802.3

1 - tranziție jos - sus0 - tranziție sus -jos
IEEE 802.3 10 Base-TIR protocolsRFID
Page 24: RL_curs_01.pdf

Codificare Manchester Diferențial

24

1 0 0 0 0 1 1 1

Ceas

Manchester Diferențial

Linia este inițial în HIGH. Transmisia este inițiată prin trecerea liniei în LOW.0 - schimbă polaritate (HIGH -> LOW, sau LOW -> HIGH)1 - lasa polaritatea neschimbatăApare o schimbare de polaritate (pentru sincronizare) la transmiterea oricărui bit.
Page 25: RL_curs_01.pdf

Codificare Non-Return-To-Zero Level

25

1 0 0 0 0 1 1 1

Ceas

NRZ-L

1 - un nivel fizic (aici LOW)0 - alt nivel fizic (aici HIGH)
RS-2321 - [-12 V; -5 V]0 - [+5 V; +12 V]
Page 26: RL_curs_01.pdf

Codificare Non-Return-To-Zero Inverted

26

1 0 0 0 0 1 1 1

Ceas

NRZ-I

1 - tranziție0 - rămâne la nivel
Invers față de USB
Page 27: RL_curs_01.pdf

Codificare Multi-Level Transmit 3

27

1 0 0 0 0 1 1 1

Ceas

MLT-3

1 - tranziție0 - rămâne la nivel
Page 28: RL_curs_01.pdf

Codificare Pulse-Amplitude Modulation 5

• Un nivel din cele 5 poate fi folosit pentru corecția erorilor • Transmite doi biți într-o perioadă de ceas

28

1 0 0 0 0 1 1 1

Ceas

PAM-5

-2
-1
+1
+2
Fiecare nivel reprezintă o succesiune de 2 biți.
Page 29: RL_curs_01.pdf

Codificare 4B5B

• Convertește blocuri de 4 biți în blocuri de 5 • Folosit în combinație cu NRZ-I (fibră optică) sau MLT-3 (100BASE-TX, FDDI peste cupru) • Blocurile de 5 au suficient de mulți biți de 1 a.î. NRZ-I/MLT-3 să nu piardă sincronizarea • Nu se pot obține mai mult de 3 biți de 0 consecutivi

29

Nume 4b 5b

8 1000 10010

9 1001 10011

A 1010 10110

B 1011 10111

C 1100 11010

D 1101 11011

E 1110 11100

F 1111 11101

Nume 4b 5b

Q - 00000

I - 11111

J - 11000

K - 10001

T - 01101

R - 00111

S - 11001

H - 00100

Nume 4b 5b

0 0000 11110

1 0001 01001

2 0010 10100

3 0011 10101

4 0100 01010

5 0101 01011

6 0110 01110

7 0111 01111

Page 30: RL_curs_01.pdf

100BASE-FX/SX/BX Fast Ethernet peste fibră optică

Exemplu: Fast Ethernet

30

Date 4B5B NRZI

100BASE-TX Fast Ethernet peste cablu torsadat

Date 4B5B NRZI MLT-3

(Tehnologiile Ethernet vor fi studiate în detaliu în cadrul cursului 2)

Page 31: RL_curs_01.pdf

1000BASE-CX/LX/SX Gigabit Ethernet peste cablu coaxial sau fibră optică

Exemplu: Gigabit Ethernet

31

Date 8B10B NRZ

1000BASE-T Gigabit Ethernet peste cablu torsadat

Date PAM-5

(Tehnologiile Ethernet vor fi studiate în detaliu în cadrul cursului 2)

http://en.wikipedia.org/wiki/Gigabit_Ethernet
Page 32: RL_curs_01.pdf

Cursul 1

Transmiterea datelor digitale cu carrier analog

• Caracteristici • ASK • PSK • FSK • Diagrame de constelații

Page 33: RL_curs_01.pdf

Transmisie analogică a datelor digitale

33

Page 34: RL_curs_01.pdf

Modulare ASK

34

Page 35: RL_curs_01.pdf

Modulare PSK

35

Page 36: RL_curs_01.pdf

Modulare FSK

36

Page 37: RL_curs_01.pdf

Combinație PSK-ASK

37

Page 38: RL_curs_01.pdf

Diagrame de constelații

38

Cod A φ Cod A φ

000 1 0: 100 1 180:

001 2 0: 101 2 180:

010 1 90: 110 1 270:

011 2 90: 111 2 270:

90

0 180

270

Page 39: RL_curs_01.pdf

Exemple de constelații

39

0

90

180

270

0

90

180

270

0

90

180

270

QPSK QAM-16

QAM-64

Page 40: RL_curs_01.pdf

Exercițiu

• Se consideră o linie cu o capacitate de 2400 baud. Câți biți de date pot fi trimiși pe secundă dacă se folosește QAM-16 pentru modulare?

• R: Sunt folosite 16 puncte de constelație pentru a trimite 4 biți per simbol, ceea ce înseamnă:

40

0

90

180

270

Page 41: RL_curs_01.pdf

Modem

• MOdulator/DEModulator

41

Page 42: RL_curs_01.pdf

Cursul 1

Multiplexare

• FDM • WDM • TDM • Exemplu: DSL

Page 43: RL_curs_01.pdf

Multiplexare

• Constă în gruparea mai multor fluxuri de date într-un singur semnal peste un singur mediu partajat

• Analogică – FDM – frequency division multiplexing – WDM – wavelength division multiplexing (mediu optic)

• Digitală – TDM – time division multiplexing

43

Page 44: RL_curs_01.pdf

Multiplexare - FDM

44

Page 45: RL_curs_01.pdf

Multiplexare - WDM

45

http://www.linktionary.com/w/wdm.html
Page 46: RL_curs_01.pdf

Multiplexare - TDM

46

Page 47: RL_curs_01.pdf

Linii telefonice

47

Page 48: RL_curs_01.pdf

High Speed Digital Access: DSL

48

• Digital Subsriber Line • ADSL – Asymmetric DSL: destinata utilizatorilor; nepotrivită pentru

mediu business • Lățimea de bandă poate ajunge la 1.1 MHz

Page 49: RL_curs_01.pdf

DSL (2)

49

Page 50: RL_curs_01.pdf

Cursul 1

Medii de transmisie

• Cablu coaxial • Cablu torsadat • Fibră optică • Wireless

Page 51: RL_curs_01.pdf

Medii de transmisie

• Cu fir (ghidat) – Cablu coaxial – Cablu torsadat (twisted-pair cable)

• UTP • STP / FTP • ScTP

– Fibră optică • Multimode • Singlemode

• Fara fir (neghidat) – Unde radio – Microunde – Infraroșii

51

Page 52: RL_curs_01.pdf

Cablu coaxial

52

50

50

75

Impedance

Thick Ethernet RG-11

Thin Ethernet RG-58

Cable TV RG-59

Use Category

Page 53: RL_curs_01.pdf

Cablu torsadat

53

Page 54: RL_curs_01.pdf

Categorii de cablu torsadat

Categorie Frecvență Viteză Standard

Cat 1 1Mbps Telefonia clasică

Cat 2 4Mbps Transmisiuni seriale

Cat 3 16MHz 10 Mbps 100 Mbps

TokenRing 10BaseT

100BaseT4

Cat 4 20MHz 16 Mbps 100 Mbps

TokenRing 10BaseT

100BaseT4

Cat 5 100MHz

10 Mbps 100 Mbps

TokenRing, 10BaseT

100BaseTX

Cat 5e 155MHz 10 Mbps

100 Mbps 1 Gbps

10BaseT, 100BaseTX, 1000BaseT

Cat 6 250MHz 100Mbps 1 Gbps

100BaseTX 1000BaseT

Cat 6a 500MHz 10 Gbps 10GBaseT

Cat 7 625MHz 10 Gbps 10GbaseT

Cat 8 1200Mhz 10 Gbps 10GbaseT

54

Page 55: RL_curs_01.pdf

Cablări twisted-pair: Straight-through

55

TIA/EIA-568B TIA/EIA-568A

Page 56: RL_curs_01.pdf

Cablări twisted-pair: Crossover

56

TIA/EIA-568B TIA/EIA-568A

Page 57: RL_curs_01.pdf

Cablări twisted-pair: Rollover

57

TIA/EIA-568B TIA/EIA-568A

Page 58: RL_curs_01.pdf

Fibră optică

58

Page 59: RL_curs_01.pdf

Fibră optică (2)

59 7/125

100/125

62.5/125

50/125

Type

7

100

62.5

50

Core

Single-mode 125

Multimode, graded-index 125

Multimode, graded-index 125

Multimode, graded-index 125

Mode Cladding

Page 60: RL_curs_01.pdf

Fibră optică (3)

60

Page 61: RL_curs_01.pdf

Splicers

61

Tip splice Loss

Mecanic 0,2 dB

Sudură 0,05 dB

Page 62: RL_curs_01.pdf

Wireless

62

Page 63: RL_curs_01.pdf

Wireless

• Unde radio – comunicații multicast: radio si televiziune • Microunde – comunicații unicast: telefoane mobile, retele de

sateliti, Wireless LAN • Infraroșii – transmisii pe distanță scurtă

63

Page 64: RL_curs_01.pdf

Spectrul electomagnetic

64

Radio Infrared UVMicrowave

f(Hz)

FM

Coax

Satellite

TV

AM Terrestrial microwave

Fiber optics

X ray

100

104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016

102 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024104

Gamma ray

Page 65: RL_curs_01.pdf

Probleme la transmisie

65

Atenuare Soluție: Repetor

Crosstalk Soluție: Torsadare

Zgomot Soluție: Ecranare

Page 66: RL_curs_01.pdf

Media converter

66

Electric - electric

Electric - optic

Electric - wireless

Page 67: RL_curs_01.pdf

Repetor

67

Repetor electric

Repetor optic

Repetor wireless

Page 68: RL_curs_01.pdf

Performanța unei rețele

• Throughput – Cantitatea de date transmise în unitatea de timp – Unități de măsură:

• KB = 210 bytes • Mbps = 106 bits per second

• Latența – Timpul necesar pentru ca un semnal (sau bit) să ajungă din punctul A în

punctul B – one-way vs round-trip time (RTT) – Componente:

• Timpul de propagare • Latența introdusă de echipamente

68

Page 69: RL_curs_01.pdf

Atenuare

MAN

Latență

Modem

WAN

LAN

Stivă de protocoale

Wireless

Cuvinte cheie

Rețea de calculatoare

Switch Hub

Router

Placă de rețea

Repetor

Semnal analogic

Semnal digital

Cablu torsadat

Modulare

Cablu coaxial

Fibră optică

Bandwidth

Multiplexare Zgomot

Crosstalk

Dispozitive de rețea

Medii de transmisie

Throughput

Page 70: RL_curs_01.pdf

The End

70

?

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Lotus_1-2-3[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Baseband[3] http://www.pcbheaven.com/wikipages/manchester_coding/[4] http://www.edn.com/design/test-and-measurement/4382926/What-PAM5-means-to-you[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Gigabit_Ethernet[6] http://www.linktionary.com/w/wdm.html[7] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/25/Electromagnetic-Spectrum.svg