Physical Layer - TransmissionMedia
Transmission Media
Magnetic Media
Twisted Pair
Coaxial Cable
Fiber Optics
Wireless Transmission
Magnetic Media (Sneaker Net)
Floppy Disks
Tape
Hard Drives
High-speed Transmission Media?
A case of high-density tapes shipped overnightcan transfer more bytes/second than any onlineconnection.
Never underestimate the bandwidth of a stationwagon full of tapes hurtling down the highway*
                                 - Tanenbaum
Twisted Pair
Two insulated copper wires
twisting the wires reduces electrical interference
Used by the telephone system
Can run several miles without amplification
Analog or digital communication
digital (voltage determines one of two values (0 or 1))
analog ( voltage determines continuous values)
Can achieve megabits/second transmission rates
Analog signals can be modulated to conveydigital information.
Three types of modulation:
Amplitude modulation
Frequency modulation
Phase modulation
Types of Twisted Pair
UTP (Unshielded Twisted Pair)
Category 3
Conventional Phone-grade line
Often used to provide 10 megabit/secondEthernet connections
Category 5
More twists/cm than category 3 line
Teflon insulation
Often used to provide 100 megabit/secondEthernet connections
Coaxial Cable (Coax)
Cross section of Coaxial Cable
Plastic Covering
Braided OuterConductor
InsulatingMaterial
Copper Core
Coaxial Cable
1km cables provide 1-2 Gbps
Cables longer than 1km provide slower rates and requireamplification
Fiber Optic Networks
Very fast data transmission using light traveling through a fiber ofglass
Pulse of light is 1
Absence of light is 0
May reach terabit/sec speeds in near future
terabit is 1000 gigabits
Components
light source, medium, detector
Fiber Optic Networks (continued)
Uses lights source to send
Laser
High data rate, long distance, short life, expensive
Light Emitting Diode (LED)
Low data rate, short distance, long life, inexpensive
Uses Photo Diode on Receiving End
translates light to electrical impulse
currently the limiting factor in fiber opticnetworks
switching time is approximately 1 nanosecond
Fiber Optic Ring with Active Repeaters
Two interface types
passive interface uses 2 taps (one led o laser, theother photo diode).
active interface regenerates signal at each point-to-point connection.
Copper vs Fiber
Copper
Repeaters needed every 5KM
Familiar Technology
Cheaper interfaces
Already in place
Fiber
MUCH higher bandwidth
Repeaters needed every 30KM
Not affected by power surges orelectromagnetic interference
Not affected by corrosive chemicalsin the air
Much lighter than copper
by about 80 to 1 with samebandwidth
Harder to tap
The Future is Fiber
The theoretical data rates available withfiber are many orders of magnitude greaterthan those available from any otheralternative technology.
Sharing the Transmission Medium
Two Basic Methods
Frequency Division Multiplexing (FDM)
Different users get a portion of the available band
Works like radio broadcasting
Different channels (bands) carry simultaneous signals
Time Division Multiplexing (TDM)
Different users use the whole band in turn
Like time-sharing computers
The entire channel carries one signal for small intervals
Time Division Multiplexing
Pulse Code Modulation
Sample the 4KHz telephone channel at 8000 8-bit cycles/second
T1 line (1.544 Mbps)
Can carry 24-time multiplexed voice channels
T2 line (6.312 Mbps)
Can carry traffic from 4 T1 lines
T3 line (44.736 Mbps)
Can carry traffic from 7 T2 lines
T4 line (274.176 Mbps)
Can carry traffic from 6 T3 lines
Synchronous Optical NETwork (SONET) andSynchronous Digital Hierarchy (SDH)
Developed by Bellcore and then by CCITT
Goals
Interconnet different optical (fiber) carriers
Unify US, European, and Japanese digitalsystems
Multiplex multiple digital channels together
Support operations, administration, andmaintenance (OAM)
SONET
Uses Time Division Multiplexing
Synchronous (data sent at every clock)
SONET/SDF Transmissions Speeds
Synchronous Transport Signal (STS) is unscrambledOptical Carrier (OC).
Switching
Three basic forms of switching
Circuit Switching
A physical connection is establish between sourceand destination
Message Switching
The message is sent in its entirety and then sentthrough a series of point-to-point transmissions
no limit on message size
Packet Switching
Messages are broken up into small pieces that areindependently routed as packets.
Circuit Switching is used by the telephone system.Most current computer networks use packet switching.
Circuit Switching vs Packet Switching
 Circuit switching uses a dedicated path through the network.
 Circuit switching reserves part of the bandwidth.
 Circuit switching requires a call setup.
 Circuit switching can only encounter congestion during call setup,while packet switching can encounter congestion at any point in thetransmission.
 Circuit switched networks typically charge per minute fee, whilepacket switched networks typically charge per packet.
The Telephone System
Individual phone lines consist of two copper wires running from
the home or business to an end office.  End offices connect
at toll offices, toll offices connect at primary offices, primary
offices connect at sectional offices, and sectional offices connect
at regional offices.
Overview of AT&T Telephone Hierarchy
Connections are madeat the lowest levelpossible
The first 3 digits of thenumber determine theend office
The copper connectionsat the lowest level arethe major obstacle tohigh-speed service
Modems modulate/demodulate an analogsignal to transfer data over phone lines.
Computer
Computer
Modem
Modem
Digital Signal
Digital Signal
Analog Signal
Modulate
Demodulate
Analog signals can be modulated to conveydigital information.
Modems typically use
phase modulation.
Modems Typically encode several bits/baud
Baud - number of times per second that thesignal changes its value (upper limit is 6000Hz for analog phone lines).
Constellationpatterns for 3bits/baud and 4bits/baudmodulation