Medios físicos de transmisión Limitaciones en medios físicos de

Broadband Communications - Next Generation Networks
Medios físicos de transmisión
Líneas de cobre directas multihilos
Líneas telefónicas
Cables coaxiales
Fibra óptica
Enlaces de radio, satélites
Enlaces de infrarrojos
©UPC DAC JDP
•
•
•
•
•
•
Limitaciones en medios físicos de
transmisión
Medio de Transmisión
Pares de hilos
Hilos trenzados
Cables planos
Cables multihilos con malla
Cable coaxial
Fibra óptica
Limitación
Susceptible al ruido
eléctrico
Diafonía
Radian a alta frecuencia
Efecto piel al operar a alta
frecuencia
10 a 50 Mbps
Hasta 1Tbps*
©UPC DAC JDP
* Usando multicanalización por división de longitud de onda.
UPC/DAC October 2006
1
Broadband Communications - Next Generation Networks
Normalización de velocidades (1/3)
• Voz digital: 64 kbps
– Para digitalizar la voz, la red telefónica toma muestras codificadas en 8 bits cada
125 microsegundos (8 kHz): 8 x 8 kHz = 64 kb/s.
• Música digital: 705,6 kbps
– Un CD usa muestras codificadas cada 22,7 microsegundos (44,1 kHz): 705,6
kb/s.
• Troncal telefónica: 1544 ó 2048 kbps
©UPC DAC JDP
– 24 canales telefónicos juntos por una línea más el “framing”, necesitan: 1544
kb/s. Es lo que se llama una línea T1 (norma americana).
– 30 canales telefónicos juntos por una línea, necesitan: 2048 kb/s. Es lo que se
llama una línea E1 (norma europea).
Normalización de velocidades (2/3)
125 microsegundos
...
24 ó 30 bytes de
los canales de voz
©UPC DAC JDP
byte de
“framming”
...
UPC/DAC October 2006
2
Broadband Communications - Next Generation Networks
Normalización de velocidades (3/3)
• para los enlaces en una WAN
Europa
U.S.A.
E0 - 64 kb/s
T0 - 56 kb/s
x30
E1 - 2.048 kb/s (serie G.700)
T1 - 1.544 kb/s (24x64 kb/s)
x4
x4
E2 - 8.444 kb/s
T2 - 6.312 kb/s
x4
x7
E3 - 34.368 kb/s
T3 - 44.736 kb/s
x4
x6
T4 - 274.176 kb/s
©UPC DAC JDP
E4 - 139.264 kb/s
Líneas de cobre
• Pares de hilos
Datos = Va - Vb
Datos + Ruido =
(Va + R) - (Vb + R) = Va - Vb
• Cable coaxial
Malla de Forro protector
metal
aislante
©UPC DAC JDP
Material
Núcleo de dieléctrico
cobre
UPC/DAC October 2006
3
Broadband Communications - Next Generation Networks
Líneas de cobre UTP
UTP: Unshielded twisted pair
Pares de hilos no-apantallados
Barato
Hasta 100 Mb/s y hasta 100 mts
Categorías (documento TSB-36 del EIA):
– Categoría 3: hasta 16 MHz
– Categoría 4: hasta 20 MHz
– Categoría 5: hasta 100 MHz
©UPC DAC JDP
•
•
•
•
•
Líneas de cobre STP
STP: Shielded twisted pair
Pares de hilos apantallados
Más caro
Puede trabajar a más de 100 Mb/s
©UPC DAC JDP
•
•
•
•
UPC/DAC October 2006
4
Broadband Communications - Next Generation Networks
Fibra óptica (1/4)
Perfil del
Sección
índice de
transversal refracción
Pulso de
entrada
Trayectorias Pulso de
de luz
salida
Revestimiento
Forro
protector
Núcleo de de vidrio
vidrio
©UPC DAC JDP
Núcleo
Revestimiento
Fibra óptica (2/4)
200 nm
0.85 micras
200 nm
1.3 micras
200 nm
espectro
1.5 micras
– dispersión modal
– dispersión cromática (diferentes frecuencias se propagan a diferentes
velocidades).
– dispersión material (impurezas).
UPC/DAC October 2006
©UPC DAC JDP
• La fibra es transparente en tres bandas de unos 200 nm de ancho, y
centradas en 0.85, 1.3 y 1.5 micras de longitud de onda.
• Cada una de esas bandas tiene una capacidad de 25 teraherzios, y por
tanto una sóla fibra podría transmitir entre 50 y 75 terabits por segundo !!
• En realidad el ancho de banda es menor, debido a la dispersión:
5
Broadband Communications - Next Generation Networks
Fibra óptica (3/4)
•
Otros fenómenos que dificultan el ancho de banda efectivo y el alcance
– absorción por impurezas: la intensidad se va atenuando con la distancia
– variación de la longitud de la fibra con los cambios de temperatura
– los dispositivos de señalización, que convierten las señales eléctricas a ópticas y viceversa,
que se pueden construir sólo dan unos pocos de gigabits por segundo.
•
La fibra multimodo es más tolerante en la precisión del ajuste del transmisor,
receptor e interconexiones.
– Instalación más barata
– hay dos tipos:
• de índice brusco
• de índice gradual
la fibra monomodo tiene superiores prestaciones. Más distancia, y más ancho de
banda.
©UPC DAC JDP
•
Fibra óptica (4/4)
La máxima atenuación entre dos equipos debe ser de 11 dB (decibelios), para la
fibra de 62.5 micras.
estación de
ATM
Par de conectores
0.5 - 1.5 dB
UPC/DAC October 2006
estación de
ATM
cable de
Par de conectores
fibra óptica
0.5 - 1.5 dB
0.3 - 1 dB/Km
©UPC DAC JDP
•
6
Broadband Communications - Next Generation Networks
SDH y ATM
• SDH: Synchronous Digital Hierarchy
• SDH/Sonet es una tecnología de transmisión
(G.707-G.709)
–
–
–
–
–
la forma en que los datos están codificados
velocidades
esquemas de multiplexación
técnicas de codificación
medios de transmisión
• ATM es una tecnología de conmutación
• Encima suelen ir los servicios de datos: Frame
Relay y SMDS
©UPC DAC JDP
– mecanismos usados para encaminar los datos a través de la red
SDH/SONET (1/2)
©UPC DAC JDP
• SDH es un conjunto de normas telefónicas
dirigido a sustituir los tres conjuntos de normas
actuales: USA, Japón y Europa.
• Es una jerarquía de señales ópticas que son
múltiplos de 51.84 Mb/s (OC-1: Optical Carrier
at Level 1)
• STS-x (Synchronous Transport Signal) son sus
contrapartidas eléctricas.
UPC/DAC October 2006
7
Broadband Communications - Next Generation Networks
SDH/SONET (2/2)
©UPC DAC JDP
• SONET es parte de SDH.
• SONET: Synchronous Optical NETwork
• SONET es un conjunto de estandares de
interfaces ópticas para las redes de transporte.
Incluye estandares de velocidades y formatos
así como parámetros ópticos y eléctricos.
©UPC DAC JDP
La capa física
UPC/DAC October 2006
8
Broadband Communications - Next Generation Networks
©UPC DAC JDP
Jerarquía digital plesiócrona (1/3)
©UPC DAC JDP
Jerarquía digital plesiócrona (2/3)
UPC/DAC October 2006
9
Broadband Communications - Next Generation Networks
Jerarquía digital plesiócrona (3/3)
©UPC DAC JDP
• Tratamiento de la supertrama
Jerarquía digital síncrona (1/2)
©UPC DAC JDP
• SDH/SONET
UPC/DAC October 2006
10
Broadband Communications - Next Generation Networks
©UPC DAC JDP
Jerarquía digital síncrona (2/2)
©UPC DAC JDP
Ventajas SDH (1/2)
UPC/DAC October 2006
11
Broadband Communications - Next Generation Networks
©UPC DAC JDP
Ventajas SDH (2/2)
SONET
Mux/demux de
Mux/demux de
señales STS repetidor repetidor señales STS
UNI/NNI
UNI/NNI
sección
sección
sección
línea
path
• Tres niveles de overhead
©UPC DAC JDP
– SOH: section error monitoring (F1 OAM)
– LOH: Line error monitoring (F2 OAM)
– POH: Path error monitoring (F3 OAM)
UPC/DAC October 2006
12
Broadband Communications - Next Generation Networks
SONET
• SONET transmite datos en tramas:
– la trama OC-1 es un conjunto bidimensional de 90 columnas por 9 filas
de bytes.
• Las primeras 3 columnas (27 bytes) son el overhead de transporte
• la velocidad es 8000 tramas por segundo (cada 125 microsegundos):
• 90 x 9 x 8 x 8000=90 x 9 x 64 kbps = 51.84 Mbps
– la trama de OC-n son n tramas de OC-1
3 bytes
3 bytes
87 bytes
Payload = 49.536 Mbps
section
overh
9 filas
line
overh path
(9 filas x 86 bytes x 8 x 8000
tramas/s)
©UPC DAC JDP
6 bytes
STS-1
Payload
overh
STS-3c
• 3 tramas STS-1 forman una STS-3c
• 3 x 51.84 Mbps = 155.2 Mbps
9 bytes
3 bytes
6 bytes
87x3 bytes
section
overh
line
overh path
Cada 125 μs
©UPC DAC JDP
overh
STS-1
Payload
UPC/DAC October 2006
13
Broadband Communications - Next Generation Networks
SONET
(ANSI)
STS-1
STS-3
STS-9
STS-12
STS-18
STS-24
STS-36
STS-48
STS-96
STS-192
STS-n
Señal
Óptica
OC-1
OC-3
OC-9
OC-12
OC-18
OC-24
OC-36
OC-48
OC-96
OC-192
OC-n
SDH
(ITU-T)
STM-1
STM-3
STM-4
STM-6
STM-8
STM-12
STM-16
STM-32
STM-64
Tasa de bit
(Mbps)
51.84
155.52
466.56
622.08
933.12
1244.16
1866.24
2488.83
4976.64
9953.280
n X 51.84
©UPC DAC JDP
Jerarquía de SONET/SDH
Jerarquía de SONET/SDH
señal
óptica
SDH
(CCITT)
Velocidad
máx payload:
trama: trama:
bytes bytes/fila
bytes
STS-1
OC-1
STM-0
51.84 Mbps
810
90
774
STS-3
OC-3
STM-1
155.52 Mbps
2430
270
2340
STS-12 OC-12 STM-4
622.08 Mpbs
9720
1080
9387
STS-48 OC-48 STM-16 2488.830 Mbps 38880
4320
37575
©UPC DAC JDP
SONET
(ANSI)
UPC/DAC October 2006
14
Broadband Communications - Next Generation Networks
Estructura en capas de
comunicaciones
LAN or
server
Services
Frame relay SMDS
Switched
Voice
digital
45-Mbps ATM
LAN
155-Mbps
dedicated line
Sonet/SDH
transmission and services
155-Mbps ATM
622-Mbps
dedicated line
ATM = Asynchronous transfer mode
SMDS = Switched Multimegabit Data Service
Supercomputer
©UPC DAC JDP
ATM
Switching and services
Interfaces físicas para ATM según
el ATM Forum (1/2)
• Fibra óptica
©UPC DAC JDP
– 100 Mbps 4B/5B sobre MMF TAXI
– 155 Mbps OC-3c sobre MMF Sonet
– 155 Mbps OC-3c sobre SMF Sonet
– 622 Mbps OC-12c sobre SMF Sonet
– 2.5 Gbps OC-48 sobre SMF Sonet
– 155 Mbps 8B/10B sobre MMF (Fibre Channel)
UPC/DAC October 2006
15
Broadband Communications - Next Generation Networks
Interfaces físicas para ATM según
el ATM Forum (2/2)
– 155 Mbps STS-3c (STM-1) sobre UTP-5
– 25 Mbps 4B/5B sobre UTP
– 1.544 Mbps T1 (sobre TP)
– 2.048 Mbps E1 sobre coaxial
– 45 Mbps DS-3 sobre coaxial
– 34 Mbps E3 sobre coaxial
– 51.84 Mbps STS-1/CAP16 (4 bits/transición),UTP-3
– 155 Mbps 8B/10B sobre STP
©UPC DAC JDP
• Cobre
Velocidades según el medio de
transmisión
Framing
DS
E1
J2
45
34
139
25.6
51.8
155
622
100
155
Multimode
Fiber
Single-Mode
Fiber
Media
UTP-5
UTP-3
STP
Coaxial Cable
(TP)
(TP)
©UPC DAC JDP
DS3
E3
E4
ATM25
STS 1
STS3c/STM1
STS12c/STM
4B/5B (TAXI)
8B/10B
(Fiberchannel)
Data
Rate
(Mbps)
1.544
2.048
6.23
UPC/DAC October 2006
16