Rețele de Calculatoare - Întrebări Teoretice

Rețele de calculatoare (RC)

• Cursul este de 3 credite.
• Aplciații:
  • 1.5L (anul II C)
  • 2L (anul III AIA)
  • 2L (anul IV EA)
  • Coordonator: sl.dr.ing. Doru Balan, C304, C404

Evaluare

• Nota pe parcurs: 40% (laborator) + 10% (prezență la curs)
• Nota examen: 60%
• Examen parțial după capitolul 2 (+0.1x prezență)
• Formula de calcul a notei: 0.6 x Ex + 0.4 x Lab (dacă nota calculată este peste 5).

Bibliografie principală

• Alin Dan Potorac, Transmiterea informației în rețelele de calculatoare, Ed. MATRIX ROM, București, 2009.
• Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, Ed. Agora, Tg. Mureș, 1998/2001

Bibliografie complectară

• Listă cu diverse cărți despre rețele de calculatoare, protocoale și sisteme de comunicație.

Bibliografie electronică

• Platforma e-Educatie USV: http://portal.usv.ro/(http://portal.usv.ro/ael)
• Link: Undergraduate (user/password: studdoc/studdoc)
• http://alin.usv.ro/
• Aplicații: http://stud.usv.ro/RC/

Structura curs (1)

• Evoluția sistemelor de comunicație
• Modelul de comunicație în rețelele de date
• Evaluarea capacității de transport a unui canal de comunicație
• Medii fizice de comunicație (cablări coaxiale, cabluri torsadate, fibre optice, transmisiuni prin ghiduri de undă pentru microunde, medii neghidate de transmitere a informației)

Structura curs (2)

• Clasificarea rețelelor de calculatoare (după mărime, transmisie, interacţiune cu sisteme de operare, topologii)
• Modelele de referință în transmisiunile de date (ISO/OSI, TCP/IP, standardizare IEEE 2.3)
• Adresarea în rețelele de date (MAC, IP, subrețele, adresare prin nume de domenii)
• Tehnici de interconectare a rețelelor (repetoare, bridge-uri, rutere, gateway, elemente de conectare de nivel superior)

Structura curs (3)

• Tehnologii de comunicație directă între echipamentele de date
• Rețele Ethernet
• Transmiterea informaţiilor folosind infrastructura telefonică
• Comunicații VoIP
• Sisteme de comunicație radio celulare
• Rețele wireless IEEE 802.11
• Comunicații ZigBee, IEEE 802.15.4
• Comunicații WiMAX, IEEE 802.16
• Transmisiuni de date pe reţelele de distribuţie TV
• Comunicații pe liniile de alimentare cu energie electrică, PLC
• Transmisiuni prin sateliți
• Tehnologii de comunicație specifice la nivel WAN (ATM, Token Ring, FDDI, DQDB, MPLS)

Structura curs (4)

• Adaptarea fluxului de date la canalul de comunicație
• Modularea și demodularea semnalelor folosind purtătoare analogică
• Modulația în impulsuri
• Coduri de linie
• Elemente de teoria informației utilizate în construirea codurilor
• Coduri pentru canale fără perturbații
• Coduri pentru canale cu perturbații
• Coduri pentru corecția salvelor de erori

Evoluția sistemelor de comunicație (1, 2, 3, 4)

• Detalii despre dezvoltarea tehnologiilor de comunicație, inclusiv telegraful optic, codul Morse, telegraful electric, telefonul, inventarea triodei, stațiile de radiodifuziune comerciale, tranzistoarele, circuitele integrate, inventarea satelitului, Internetul.

Masurarea informatiei

• Unitatea elementară pentru măsurarea cantității de informație este bitul.
• Definiție bit, multipli (Kb, Mb, Gb, Tb, byte, KB, MB, GB, TB etc.) în calcul.
• Modalități de reprezentare mai compactă: reprezentare numerica zecimala, hexazecimala.

Reprezentarea numerică a informației

• Orice informație poate fi reprezentată ca un șir de biți.
  • Text: cod ASCII
  • Voce/sunet: eșantionare și cuantizare
  • Imagine/film: pixeli caracterizați de coordonate și componentele RGB

Codul ASCII

• Tabel cu coduri ASCII.

Digitizare semnale audio

• Esantionare
• Cuantizare

Digitizare imagini

• Imaginile sunt alcătuite din pixeli cu coordonate și culoare (R-G-B)
• Numărul mare de valori numerice implică necesitatea codificării și compresiei datelor bruta

Definiții

• Sistemele interconectate (gazde = hosts)
• Servere (host care oferă un serviciu de date)
• Site-uri web (găzduite de servere web)
• Protocol de comunicație
• Rețele de comunicație
• Rețele interne / Intranet, Internet (inter-network)

Internetul este...

• O rețea de rețele
• O infrastructură mondială de comunicație incluzând tehnologii și servicii.

Modelul unui sistem de comunicare

• Emițător (traducere, codare, modulare)
• Generator de purtătoare
• Canal de transmisiuni
• Perturbații
• Sursa de informații
• Receptor (demodulare, decodare, traducere)
• Destinatar

Tipuri de canale

• Simplex (transmisie într-un singur sens)
• Semi-duplex (transmisie alternativă într-un singur sens)
• Full-duplex (transmisie simultană în ambele sensuri)
• Separare cailor de comunicare: fizică sau virtuală

Canale / linii de comunicație

• Infrastructura fizică și echipamente de transport asociate
• Căi de vehiculare a informației
• Conțin mai multe canale, circuite sau trunchiuri
• Infrastructura de comunicație și mediul de transmitere a informației (semnale, perechi de conductoare, fibră optică, unde radio)

Evaluarea canalelor de comunicație

• Performanțe măsurate prin cantitatea de informație transmisă în unitatea de timp, calculată prin lăţimea de bandă (bandwidth)
• Analogic: interval de frecvențe
• Digital: volumul de informație logică

Evoluția tehnologiilor de comunicație (grafic)

• Reprezentarea grafică a evoluției performanțelor liniilor de comunicație cu timpul, evidențiind tehnologii precum telegrafie, telefonie, microunde, cablu coaxial, fibre optice, și viteze.

Evaluarea capacității de transport a unui canal de comunicație

• Teorema lui Nyquist (1924): reconstrucția completă a unui semnal în cazul unui canal cu bandă limitată
• NS = 2W (eşantioane/secundă)
• D=2W log2 N (debit, în bps)

Determinarea capacitatii canalului real

• Teorema lui Shannon (1949): capacitatea maximă de transport a unui canal ideal, care depinde de lărgimea de bandă și de raportul semnal-zgomot (S/N).
• C = W log₂(1+S/N)

Exemplu

• Exemplu de calcul al capacității unui canal telefonic vocal cu diferite raporturi semnal-zgomot.

Transmisiuni în banda de bază

• Alocare a două nivele de semnal distincte pentru biții 0 și 1.
• Simboluri de semnalizare (pulsuri rectangulare)
• Interval de bit (Tb)
• Rata de bit/rata binară/debit binar
• Viteza de succesiune a simbolurilor

Transmisiuni multinivel

• Funcționarea cu mai multe nivele de semnal (N).
• Rata de semnalizare (R), măsurată în Bauds/Bd (unitatea de timp)

Unități alternative de măsură a informației

• i(x) = -log₂ P₁; daca P₁ = 1⁄2, i(x) = 1 bit (binary unit)
• alte baze de logaritmi (10, e) - dit, nit, Hartley

Transmisiuni cu 2/4 niveluri

• Transmisie binară în banda de bază, cu două și patru niveluri
• NS, R, D, Tb.

Interferența intersimbol

• Interferență dintre două simboluri transmise consecutiv (figura 1.5).

Medii fizice de comunicare

• Ghidate: cabluri coaxiale, cabluri cu perechi torsadate (UTP, STP, ScUTP, FTP), fibre optice (multimod, monomod), ghiduri de undă pentru microunde
• Neghidate: unde radio, microunde, radiaţie laser, radiaţie infraroşie

Cabluri coaxiale

• Structura cablurilor coaxiale, includerea unui conductor central, manta conductoare, diafonie, distorsiuni de întârziere.
• Clasificarea cablurilor coaxiale (RG), exemplu (10BASE2, 10BASE5).

Cabluri torsadate

• Structura cablurilor torsadate (perechi torsadate), UTP, STP, ScUTP, FTP.
• Tipuri de conectori.
• Caracteristicile de performanță ale cablurilor torsadate (categorii CATx, frecvență, lărgimea de bandă, impedanță).

Fibre optice

• Utilizarea radiației electromagnetice (lumină) ca purtător de informație, atenuare în funcție de lungimea de undă.
• Tipuri de fibre: multimod (treaptă, graduală) si monomod, caracteristici, și distațe maxime de transmisie.
• Evoluția tehnologiei fibrelor optice.
• Structura fibrei, învelişuri, conectare, conexiuni (exemplul conectorilor LC, ST, SC).

Fibre multimod

• Propagări ale fasciculului luminos cu reflexii multiple în aceste fibre optice (multimod).
• Caracteristici fundamentale.
• Utilizare în circuitele de calcul.

Fibre monomod

• Caracteristici fundamentale
• Propagarea unui singur mod, utilizarea în situații cu necesitați de distanță mare, și viteze mari de transmisie a datelor între calculate.

Transmisiuni prin ghiduri de undă pentru microunde

• Ghiduri de undă (rectangulare, circulare)
• Caracteristici, aplicații
• Frecvențe utilizate (1 GHz până la 15 GHz).

Transmisiuni radio

• Utilizarea undelor electromagnetice pentru transmisie
• Viteza undelor electromagnetice în vid (c = λ ⋅ f).
• Frecvențele utilizate.

Eficienta de utilizare a benzii

• Corelația directă între lărgimea de bandă si debitul binar în contextul transmisiunilor radio
• Modalităti prin care se poate imprăștiati spectrul, pentru o eficientă mai mare .

Radiația electromagnetică

• Spectru de frecvențe și lungimi de undă.
• Relația dintre temperatură și radiația emisă.

Benzi de frecvențe utilizate în radiocomunicatii

• Distribuție după frecvențe.
• Domenii de aplicații.

Reflexia ionosferică

• Reflexia undelor radio de la ionosferă.
• Aplicații în contextul transmisiunilor radio pe distanțe mai mari.