Acesta este primul curs și pornește de la zero: nu presupune că știți ce e un bit, ce e un protocol sau de ce un cablu de rețea are opt fire. Până la final veți înțelege ce se întâmplă, fizic, între momentul în care apăsați Enter și momentul în care mesajul ajunge la celălalt capăt - și veți avea vocabularul cu care se poartă toate discuțiile din restul semestrului.
1Obiectul și structura cursului7 min
Aveți două calculatoare într-o cameră și vreți ca unul să îi trimită celuilalt un fișier. Pare simplu. Nu este. Ca să funcționeze, cineva a trebuit să răspundă, pe rând, la vreo cincisprezece întrebări:
- Ce fel de fir le leagă și cât de lung poate fi?
- Cum arată, în tensiune electrică, cifra 1? Dar cifra 0?
- De unde știe receptorul unde se termină un bit și începe următorul?
- Cum știe că mesajul a început? Cum știe că s-a terminat?
- Dacă amândoi vorbesc simultan, ce se întâmplă?
- Dacă un bit se strică pe drum, cum ne dăm seama?
- Dacă sunt zece calculatoare, nu două, cum spui cui îi este destinat mesajul?
- Dacă celălalt calculator e în altă clădire? În altă țară?
Fiecare dintre aceste întrebări are un răspuns, iar răspunsurile se numesc protocoale. Cursul acesta răspunde la primele cinci - cele fizice. Restul semestrului urcă, întrebare cu întrebare, până la ultima.
O rețea de calculatoare este interconectarea mai multor sisteme de calcul astfel încât ele să poată schimba informație. Definiția e scurtă, dar ascunde o diferență importantă.
În interiorul unui calculator, componentele comunică prin trasee de cupru pe placa de bază, lungi de câțiva centimetri, controlate de chipset. Nimeni nu se atinge de ele, nimeni altcineva nu le ascultă, iar semnalul ajunge întotdeauna intact.
Între calculatoare nu mai avem niciuna dintre aceste garanții: distanța poate fi de metri sau de mii de kilometri, mediul poate fi zgomotos, iar celălalt capăt poate să aparțină altcuiva. Tot ce urmează în acest curs există ca să compenseze aceste trei lipsuri.
Rezultate ale învățării
- Să explicați ce este un bit, un octet și de ce 100 Mbps nu înseamnă 100 MB pe secundă
- Să clasificați o rețea după acoperire: LAN, MAN, WAN
- Să spuneți, pentru orice echipament de rețea, la ce nivel lucrează și ce decizie ia
- Să explicați de ce comunicația e organizată pe niveluri și să treceți între modelele OSI și TCP/IP
- Să citiți și să desenați forma de undă pentru NRZ-L, NRZ-I, Manchester, MLT-3 și PAM-5
- Să calculați debitul binar pornind de la rata de simbol și schema de modulație
2Vocabularul minim: bit, octet, semnal11 min
Nu se poate discuta despre rețele fără patru cuvinte. Le luăm pe rând, fără să presupunem nimic.
Un bit este cea mai mică unitate de informație posibilă: un răspuns la o întrebare cu două variante. Da sau nu. Aprins sau stins. 1 sau 0. Nu există nimic mai mic, pentru că o întrebare cu o singură variantă nu transmite nicio informație.
Un bit singur e aproape inutil. Puterea vine din combinare: cu 2 biți exprimați 4 lucruri diferite, cu 3 biți 8, cu 8 biți 256. Regula este că n biți exprimă 2n valori - și de aici vine practic toată aritmetica din acest curs.
Un octet (în engleză byte) este un grup de 8 biți. Poate reprezenta 28 =
256 de valori diferite, adică numerele de la 0 la 255. Nu e o alegere întâmplătoare: 255 e exact
numărul maxim dintr-un octet al unei adrese IP, iar asta explică de ce nu există adresa
192.168.300.1.
Același octet poate fi scris în trei feluri, care înseamnă exact același lucru:
- zecimal - cum numărăm noi:
141 - binar - cum „gândește" echipamentul:
10001101 - hexazecimal - o prescurtare comodă a binarului:
0x8D
Conversia binar ↔ zecimal nu este magie și nu se învață pe de rost. Fiecare poziție dintr-un octet are o greutate - de la dreapta la stânga: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Valoarea zecimală este pur și simplu suma greutăților pozițiilor care conțin 1. Atât.
Jucați-vă cu el până când conversia devine reflex. Veți avea nevoie de ea la fiecare curs de aici înainte, iar la subnetare (cursul 5) va fi singura unealtă care contează. Apăsați „exersează" și încercați să ghiciți reprezentarea binară înainte de a se afișa.
Baza 16 folosește cifrele 0–9 plus literele A–F pentru valorile 10–15. Motivul pentru care există este pur practic: exact 4 biți încap într-o cifră hexazecimală, deci un octet se scrie mereu cu două cifre hexa, iar conversia se face pe grupe de câte patru, fără niciun calcul.
1000 1101 → 8 și D → 0x8D. Din acest motiv
adresele MAC și cele IPv6 se scriu hexazecimal: sunt mult mai scurte decât în binar și mult mai ușor de
convertit decât zecimalul.
Un bit este o idee. Ca să ajungă de la un calculator la altul, ideea trebuie transformată în ceva fizic: o tensiune pe un fir, o pulsație de lumină într-o fibră, o undă radio în aer. Acest „ceva fizic" se numește semnal.
Tot restul cursului se ocupă de o singură întrebare: cum transformăm un șir de biți într-un semnal pe care celălalt capăt îl poate citi corect - și înapoi.
Capcana unităților
Aici se produce cea mai frecventă neînțelegere dintre un administrator de rețea și un utilizator nemulțumit. Vitezele de rețea se măsoară în biți, iar dimensiunile fișierelor în octeți. Între ele e un factor de 8 - plus o a doua diferență, subtilă.
| Notație | Se citește | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|---|
b | bit | 1 bit | viteze de transmisie |
B | octet (byte) | 8 biți | dimensiuni de fișiere |
kbps, Mbps | kilo/megabiți pe secundă | 103, 106 biți/s | lățime de bandă |
KB, MB | kilo/megaocteți | 210, 220 octeți | capacitate de stocare |
Aveți o conexiune de 100 Mbps. În cât timp, în cel mai bun caz, descărcați un fișier de 500 MB?
Vezi rezolvarea
500 MB = 500 × 220 octeți = 524 288 000 octeți = 4 194 304 000 biți.
100 Mbps = 108 biți pe secundă.
4 194 304 000 / 100 000 000 ≈ 42 de secunde - și asta doar în cazul ideal, fără anteturi de protocol, fără retransmisii, fără nimeni altcineva pe legătură. În realitate, socotiți 15–20 % în plus.
Observați: un utilizator care se aștepta la „500 MB pe 100 Mbps înseamnă 5 secunde" a greșit de opt ori - exact factorul dintre bit și octet.
3Cât de mare e o rețea: LAN, MAN, WAN8 min
Cea mai veche clasificare a rețelelor este după distanța dintre noduri. Nu e o simplă convenție de vocabular: fiecare clasă și-a dezvoltat protocoale proprii, potrivite ordinului ei de mărime, pentru că problemele sunt cu adevărat diferite la 10 metri față de 10 000 de kilometri.
| Distanța între noduri | Ce acoperă | Tip de rețea | Protocoale dominante |
|---|---|---|---|
| 1 mm – 1 cm | pe siliciu, între procesoare | micro-rețele | magistrale interne |
| ~1 m | spațiul personal | PAN | Bluetooth, Zigbee |
| 10 m | o cameră | LAN Local Area Network | Ethernet (IEEE 802.3), Wi-Fi (IEEE 802.11) |
| 100 m | o clădire | ||
| 1 km | un campus | ||
| 10 km | un oraș | MAN | rar întâlnite azi ca entitate distinctă |
| 100 – 1000 km | o țară, un continent | WAN | MPLS, PPP, Frame Relay, ATM |
| ~10 000 km | planeta | Internet | stiva TCP/IP |
Disciplina se numește Rețele Locale, deci accentul cade pe rândurile din mijloc - dar veți observa că ele nu pot fi înțelese fără ce se întâmplă la graniță.
Această frontieră organizează întregul semestru: cursurile 2–4 se ocupă de ce se întâmplă în interiorul ei, cursurile 5–10 de ce se întâmplă la ea și dincolo de ea, iar cursurile 8, 11 și 12 de cine încearcă să treacă prin ea fără să aibă voie.
4Echipamentele și nivelul la care lucrează13 min
Într-un magazin, echipamentele de rețea par să difere prin număr de porturi și preț. În realitate, diferența esențială este alta: cât de adânc se uită fiecare în ceea ce trece prin el.
- Un repetor nu se uită deloc. Primește un semnal slăbit, îl amplifică și îl trimite mai departe. Nu știe și nu îl interesează ce transportă.
- Un switch se uită la adresa de nivel 2, cea scrisă în placa de rețea, și decide pe ce port să trimită cadrul.
- Un ruter se uită la adresa de nivel 3, adresa IP, și decide spre ce rețea să trimită pachetul.
- Un firewall se uită și mai adânc - până la conținutul propriu-zis - și decide dacă are voie să treacă.
Cu cât se uită mai adânc, cu atât ia decizii mai bune - și cu atât consumă mai mult timp. Acesta este compromisul care revine în tot restul cursului.
| Echipament | Nivel OSI | Decizie luată pe baza | Efect asupra domeniilor |
|---|---|---|---|
| Repetor, hub | 1 - fizic | nimic; regenerează semnalul | extinde și coliziunea, și broadcast-ul |
| Switch (bridge) | 2 - legătură de date | adresa MAC destinație | separă coliziunea, extinde broadcast-ul |
| Ruter | 3 - rețea | adresa IP destinație | separă și coliziunea, și broadcast-ul |
| Firewall / IPS | 3–7 | anteturi și conținut | filtrează, nu doar dirijează |
Nu vă alarmați dacă ultimele două coloane nu vă spun încă nimic - sunt explicate pe larg în cursul 3. Deocamdată, două propoziții:
Un domeniu de coliziune este grupul de dispozitive care se pot deranja reciproc dacă vorbesc în același timp. Un domeniu de broadcast este grupul care aude un anunț general dat de oricare dintre ele. Ambele sunt cu atât mai bune cu cât sunt mai mici.
Interfața de rețea
Termenul interfață desemnează un punct de comunicație cu o rețea: o placă de rețea a unui calculator, un port al unui switch, un port al unui ruter. Un calculator cu o singură placă are o singură interfață; unul cu două plăci are două. Un ruter are mai multe și tocmai de aceea poate lega rețele diferite - practic, aceasta este întreaga lui rațiune de a exista.
În sistemele de operare, interfața este și o abstracție software. Pe Linux, plăcile Ethernet apar ca
eth0, eth1, iar o interfață virtuală numită loopback (lo,
adresa 127.0.0.1) permite unui calculator să își adreseze propria stivă de protocoale ca și
cum ar fi în rețea. Este primul lucru pe care îl testați când „nu merge nimic": dacă nici loopback-ul nu
răspunde, problema nu e în rețea, e în calculator.
5Protocolul: de ce trebuie să vorbim aceeași limbă7 min
Un protocol de rețea stabilește, tipic, patru lucruri:
- Sintaxa - cum arată mesajul: ce câmpuri are, în ce ordine, pe câți biți fiecare.
- Semantica - ce înseamnă fiecare câmp și ce trebuie făcut cu el.
- Sincronizarea - cine vorbește când, cât așteaptă, ce face dacă nu primește răspuns.
- Tratarea erorilor - ce se întâmplă când ceva se strică.
Veți vedea aceste patru componente la fiecare protocol studiat în semestru. Când un protocol nou vi se pare complicat, întrebați-vă care dintre cele patru vă scapă - de obicei e a treia.
6De ce comunicăm pe niveluri13 min
Să presupunem că scriem singuri un program de e-mail, fără să existe nimic înainte. Ar trebui să ne ocupăm de tensiunea de pe fir, de retransmiterea pachetelor pierdute, de ordinea lor, de formatul mesajului și de multe altele - toate în același cod. Ar fi imposibil de întreținut. Și, mai rău, ar trebui rescris de la zero de fiecare dată când apare un tip nou de cablu.
Soluția, veche de peste patruzeci de ani, este stratificarea: împărțim problema în niveluri, iar fiecare nivel oferă un serviciu nivelului de deasupra și folosește serviciile nivelului de dedesubt, fără să știe cum sunt ele implementate.
- Un nivel poate fi înlocuit fără să afecteze restul: trecerea de la cupru la fibră nu schimbă nimic la aplicație
- Problemele se localizează: „nu merge" devine „nu merge la nivelul 3"
- Producători diferiți pot implementa niveluri diferite
- Se poate învăța pe rând, ceea ce face exact acest curs
- Fiecare nivel adaugă antet - deci trafic care nu e informație utilă
- Informația utilă unui nivel nu îi este accesibilă altuia; NAT, din cursul 9, este considerat o încălcare tocmai din acest motiv
- Trecerea prin niveluri costă timp de procesare
Modelul OSI: șapte niveluri
Apăsați pe fiecare nivel din stânga. Nu încercați să memorați tabelul - reveniți la el ori de câte ori aveți nevoie. Ce trebuie să rămână este ideea: fiecare nivel are propriul tip de adresă și propria unitate de date.
Stiva TCP/IP: patru niveluri, dar reale
Modelul OSI este un model de referință: îl folosim ca vocabular comun. Stiva TCP/IP este ce rulează efectiv în Internet. Ele nu se contrazic - TCP/IP comasează nivelurile pe care OSI le separă, pentru că în practică nimeni nu implementează separat sesiunea și prezentarea.
| OSI | TCP/IP | Ce rezolvă | Exemple |
|---|---|---|---|
| 7. Aplicație 6. Prezentare 5. Sesiune | Aplicație | servicii pentru utilizator, reprezentarea datelor, controlul dialogului | HTTP, DNS, SSH, SMTP |
| 4. Transport | Transport | controlul fluxului, siguranța transmisiei, multiplexarea pe porturi | TCP, UDP |
| 3. Rețea | Internet | adresare globală și alegerea căii spre destinație | IPv4, IPv6, ICMP |
| 2. Legătură de date 1. Fizic | Acces la mediu | accesul la mediul partajat, încadrarea, transmisia binară | Ethernet, 802.11, PPP |
Încapsularea: cum coboară un mesaj prin stivă
Aceasta este cea mai importantă figură din tot cursul. Urmăriți-o pas cu pas.
Când depanați o rețea, prima întrebare utilă este întotdeauna: la ce nivel se rupe? Restul semestrului vă dă uneltele cu care răspundeți la ea.
7Nivelul fizic și cele patru sarcini ale lui9 min
Nivelul fizic are o misiune enunțabilă într-o propoziție: să transforme un bit într-un semnal și înapoi. În practică, misiunea aceasta se desface în patru sarcini distincte.
- Transformarea bit → semnal. Alegerea nivelurilor de tensiune, a lungimii de undă sau a frecvenței care reprezintă valorile logice.
- Sincronizarea biților. Receptorul trebuie să știe unde se termină un bit și unde începe următorul. Pare un detaliu; este motivul pentru care există jumătate din codările pe care le vom vedea imediat.
- Controlul vitezei. Negocierea ratei de transmisie pe care ambele capete o pot susține - motivul pentru care o placă gigabit și un switch de 100 Mbps ajung, totuși, la o înțelegere.
- Multiplexarea. Punerea mai multor fluxuri logice pe același mediu fizic. Subiect tratat pe larg în cursul următor.
Imaginați-vă că vă dictez o serie de cifre, dar fără nicio pauză între ele și fără să vă spun cât durează una. Dacă vă dictez zece de „zero" la rând, cu voce constantă, câte ați notat? Nu aveți cum să știți - poate erau opt, poate douăsprezece.
Exact aceasta e problema receptorului: dacă tensiunea rămâne constantă mult timp, el nu are cum să numere biții. Soluția e fie un ceas separat (scump: încă un fir), fie o codare care garantează schimbări dese ale semnalului, din care ceasul se poate reconstitui. Aproape toate codările moderne aleg a doua variantă.
Patru combinații de date și semnal
Cuvintele „digital" și „analogic" se aplică separat datelor și semnalului. Rezultă patru situații posibile - toate cu utilizare reală.
| Datele sunt | Semnalul este | Operația se numește | Exemplu din viața reală |
|---|---|---|---|
| digitale | digital | codare de linie | Ethernet pe cablu torsadat |
| digitale | analogic | modulație | Wi-Fi, DSL, modem pe linie telefonică |
| analogice | digital | eșantionare și cuantizare | vocea digitalizată, VoIP |
| analogice | analogic | modulație analogică | radio AM și FM, telefonia clasică |
8Codări de linie: cum arată un bit pe fir13 min
O codare de linie este regula prin care un șir de biți devine o formă de undă. Este cea mai concretă parte a acestui curs: aici se vede, la propriu, cum arată informația pe cablu.
O codare bună rezolvă simultan trei probleme:
- Distincția. Receptorul trebuie să poată deosebi fără ambiguitate un 1 de un 0, chiar și cu puțin zgomot pe fir.
- Sincronizarea. Receptorul trebuie să își poată recupera ceasul din chiar semnalul primit.
- Absența componentei continue. Media semnalului trebuie să fie zero, pentru că transformatoarele de izolare din plăcile de rețea nu transmit componenta continuă. Un semnal care stă mult timp „sus" nu trece prin ele.
Codările se clasifică după numărul de niveluri de tensiune folosite: unipolare (un nivel plus absența semnalului), polare (două niveluri, pozitiv și negativ) și bipolare sau multinivel (trei sau mai multe).
Ce trebuie să observați, pe rând
Nu treceți mai departe fără să faceți efectiv experimentele de mai jos. Sunt cinci minute și înlocuiesc o oră de citit.
| Codare | Regula | Experiment de făcut | Ce veți observa |
|---|---|---|---|
| NRZ-L Non-Return to Zero Level | nivelul este valoarea bitului | scrieți 00000000 | o linie perfect dreaptă - receptorul nu mai are ce număra |
| NRZ-I NRZ Inverted | 1 = schimbă nivelul, 0 = păstrează-l | scrieți 11111111, apoi 00000000 | unii produc tranziții la fiecare bit, zerourile tot niciuna |
| Manchester | tranziție obligatorie la mijlocul fiecărui bit | orice șir | semnalul se schimbă de două ori mai des decât rata de bit |
| Manchester diferențial | tranziția de la mijloc rămâne; informația e în prezența unei tranziții la început | comparați cu Manchester simplu | rezistă la inversarea firelor |
| MLT-3 | trei niveluri parcurse ciclic, avansează doar la 1 | scrieți 11111111 | ciclul 0 → +1 → 0 → −1; frecvența scade de patru ori |
| PAM-5 | doi biți per simbol, pe niveluri de amplitudine | orice șir par | jumătate din numărul de tranziții pentru aceiași biți |
Cu NRZ, un șir alternat 101010… la 100 Mbps produce o schimbare de nivel la fiecare bit,
adică o frecvență fundamentală de 50 MHz. Cablul Cat 5 este certificat până la 100 MHz, dar la 50 MHz
emite deja destulă radiație cât să deranjeze perechile vecine și echipamentele din jur.
MLT-3 avansează în ciclul de patru stări doar la biții de 1, deci îi trebuie patru biți ca să revină la punctul de plecare. Frecvența fundamentală scade la 25 MHz. Aceasta este, esențial, ideea care a permis ca 100 Mbps să circule pe cablul telefonic ieftin deja tras prin clădiri - și de aici a plecat tot restul.
Codarea în bloc: 4B/5B
Problema șirurilor lungi de zerouri se poate rezolva elegant nu la nivelul semnalului, ci înaintea lui: rescriem datele astfel încât să nu mai conțină secvențe problematice.
Codarea 4B/5B înlocuiește fiecare grup de 4 biți de date cu un grup de 5 biți ales dintr-un tabel construit special: niciun cuvânt de cod nu are mai mult de trei zerouri consecutive. Receptorul face traducerea inversă și recuperează datele originale.
| date (4b) | cod (5b) | date (4b) | cod (5b) | simbol de control | cod (5b) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0000 | 11110 | 1000 | 10010 | Q - linie liniștită | 00000 |
| 0001 | 01001 | 1001 | 10011 | I - inactiv | 11111 |
| 0010 | 10100 | 1010 | 10110 | J - început flux | 11000 |
| 0011 | 10101 | 1011 | 10111 | K - început flux | 10001 |
| 0100 | 01010 | 1100 | 11010 | T - sfârșit flux | 01101 |
| 0101 | 01011 | 1101 | 11011 | R - resetare | 00111 |
| 0110 | 01110 | 1110 | 11100 | S - set | 11001 |
| 0111 | 01111 | 1111 | 11101 | H - eroare | 00100 |
Dar din cele 32 de cuvinte posibile de 5 biți, doar 16 sunt folosite pentru date. Celelalte 16 nu se irosesc - devin simboluri de control care marchează începutul cadrului, sfârșitul lui sau starea de repaus a liniei. Cu alte cuvinte, redundanța cumpărată pentru sincronizare rezolvă gratuit și problema delimitării mesajelor.
Cum se combină în tehnologiile reale
Niciun standard nu folosește o singură tehnică. Se combină în lanț, fiecare rezolvând altă problemă:
| Standard | Mediu | Lanțul de codare | De ce așa |
|---|---|---|---|
| 100BASE-TX | cupru, Cat 5 | date → 4B/5B → MLT-3 | 4B/5B dă sincronizarea, MLT-3 coboară frecvența |
| 100BASE-FX | fibră multimod | date → 4B/5B → NRZ-I | pe fibră frecvența nu e o problemă, deci NRZ-I ajunge |
| 1000BASE-SX / LX | fibră | date → 8B/10B → NRZ | 8B/10B echilibrează și componenta continuă |
| 1000BASE-T | cupru, Cat 5e | date → PAM-5, pe 4 perechi simultan | 250 Mbps pe fiecare pereche, în ambele sensuri |
9Modulația: date digitale peste semnal analogic13 min
Dacă mediul nu suportă tranziții bruște de tensiune - o linie telefonică, aerul, un canal radio - biții nu pot fi transmiși direct. Trebuie transportați modificând un semnal continuu, numit purtătoare.
Imaginați-vă un fluierat constant, la aceeași înălțime și aceeași intensitate. În sine nu transmite nimic - dar dacă îl faceți mai tare și mai încet după o convenție dinainte stabilită, ați transmis informație peste fluierat. Fluieratul este purtătoarea; modificarea lui este modulația.
O undă sinusoidală are exact trei parametri pe care îi putem modifica - și, prin urmare, există exact trei modulații fundamentale.
| Parametrul modificat | Denumire | Cum arată | Unde apare |
|---|---|---|---|
| amplitudinea (înălțimea undei) | ASK - Amplitude Shift Keying | 1 = undă puternică, 0 = undă slabă sau absentă | fibră optică, RFID |
| frecvența (cât de des oscilează) | FSK - Frequency Shift Keying | 1 și 0 sunt două frecvențe distincte | modemuri vechi, Bluetooth clasic |
| faza (decalajul undei) | PSK - Phase Shift Keying | 1 și 0 diferă prin poziția în ciclu | Wi-Fi, satelit, DVB |
Rata de bit nu este rata de simbol
Rata de simbol (baud) este numărul de schimbări de stare ale semnalului într-o secundă.
Întotdeauna baud ≤ bps, iar raportul dintre ele este exact numărul de biți codificați într-un simbol.
Distincția asta este cheia întregii evoluții a comunicațiilor. Un canal are o limită fizică pentru rata de simbol, impusă de lățimea lui de bandă - nu o puteți depăși oricât ați plăti. Singura cale de a transmite mai mulți biți pe secundă este să codificați mai mulți biți în fiecare simbol.
Aici intervin schemele combinate. QAM (Quadrature Amplitude Modulation) variază simultan amplitudinea și faza, obținând mai multe puncte distincte în plan - fiecare punct fiind un simbol.
De aceea, când vă îndepărtați de routerul Wi-Fi, viteza scade: echipamentul coboară automat pe o modulație cu mai puține puncte, mai robustă. Nu s-a stricat nimic - se negociază, în timp real, între debit și fiabilitate.
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?
Vezi rezolvarea
QAM-16 are 16 puncte de constelație. Numărul de biți codificați într-un simbol este log216 = 4.
4 biți/simbol × 2400 simboluri/s = 9600 bps
Aceeași linie, cu QAM-64, ar duce 6 × 2400 = 14 400 bps - fără nicio modificare fizică, doar schimbând schema de modulație. Verificați ambele în calculatorul de mai sus.
Un canal Wi-Fi transmite 1000 de simboluri pe microsecundă folosind QAM-256, pe un singur flux spațial. Ce debit brut rezultă? Dar dacă se folosesc patru fluxuri MIMO simultan?
Vezi indicația
log2256 = 8 biți/simbol. 1000 simboluri/µs = 109 simboluri/s. Rezultă 8 Gbps brut pe flux; cu patru fluxuri, 32 Gbps.
Debitul util este semnificativ mai mic - codarea de corecție a erorilor, anteturile și intervalele de gardă consumă o parte importantă. Este observația care revine la fiecare tehnologie din acest curs: cifra de pe cutie nu este cifra pe care o vedeți.
10Erori frecvente4 min
- „100 Mbps înseamnă 100 MB pe secundă" Factor de 8 între bit și octet, plus diferența dintre puterile lui 10 și ale lui 2. O legătură de 100 Mbps transferă, în cel mai bun caz, aproximativ 11,9 MB pe secundă. Verificați întotdeauna dacă litera este mică (bit) sau mare (octet).
- „Un switch e un hub mai bun" Nu sunt din aceeași familie. Hub-ul repetă orbește semnalul pe toate porturile; switch-ul citește adresa și trimite doar unde trebuie. Diferența e de nivel, nu de calitate. Rețineți nivelul: hub = 1, switch = 2, ruter = 3.
- „OSI și TCP/IP sunt două lucruri concurente" Nu sunt. OSI e un model de referință, folosit ca vocabular; TCP/IP e ce rulează efectiv. Se suprapun, nu se contrazic. Când cineva spune „nivelul 3", vorbește în OSI, chiar dacă rețeaua rulează TCP/IP.
- „Modulația și codarea de linie sunt același lucru" Codarea de linie produce un semnal digital (trepte de tensiune). Modulația modifică un semnal analogic continuu. Întrebați-vă ce fel de semnal iese: trepte → codare; undă → modulație.
- „Cu cât modulația e mai densă, cu atât e mai bine" Doar dacă semnalul e suficient de curat. QAM-1024 pe o legătură zgomotoasă produce mai multe erori și retransmisii decât QPSK - deci, în final, un debit mai mic. Debitul real depinde de raportul semnal-zgomot, nu doar de schema aleasă.
11Rezumat și glosar5 min
Cursul acesta a construit vocabularul și a coborât până la fir. Trei idei rezistă:
- Comunicația e organizată pe niveluri, fiecare cu adresa și unitatea lui de date. Când ceva nu merge, prima întrebare este la ce nivel.
- Nivelul fizic transformă biți în semnal, iar problema lui grea nu e distincția între 1 și 0, ci sincronizarea.
- Debitul se obține fie transmițând mai multe simboluri pe secundă - limitat fizic - fie punând mai mulți biți în fiecare simbol. A doua cale a produs toată evoluția din ultimii treizeci de ani.
12Întrebări de verificare8 min
13Direcții de aprofundare și bibliografie2 min
Cursul următor rămâne la nivelul fizic, dar schimbă întrebarea: nu cum arată semnalul, ci prin ce îl trimitem. Cupru, fibră sau aer - ce poate duce fiecare, cât de departe, ce se strică pe drum și cum punem mai multe conversații pe un singur fir.
La laboratorul 1 construiți prima topologie în Packet Tracer și urmăriți un pachet real de la un capăt la altul, cu toate anteturile pe care le-ați văzut aici.
- IEEE 802.3 - standardul Ethernet, capitolele despre nivelul fizic (PCS, PMA)
- Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, capitolul 2 - nivelul fizic
- James Kurose, Keith Ross, Computer Networking: A Top-Down Approach, capitolul 1
- RFC 1122 - cerințele stivei TCP/IP pentru stații
- Pentru cine vrea partea matematică: teorema lui Nyquist și formula lui Shannon pentru capacitatea unui canal cu zgomot