Redes I - 2.1 - Camada Física e Tecnologias de Transmissão

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Redes I - 2.1 - Camada Física e Tecnologias de Transmissão

  1. 1. Camada Física e Tecnologias de Transmissão Prof. Mauro Tapajós
  2. 2. Camada Física <ul><li>Define a representação dos bits
  3. 3. Transmite bits
  4. 4. Preocupações físicas
  5. 5. Adapta o sinal ao meio de transmissão
  6. 6. Define o formato e a pinagem dos conectores </li></ul>
  7. 7. Meios de Transmissão <ul><li>É o caminho físico por onde passará a informação na forma de sinais
  8. 8. O transporte dos sinais que representam os bits da comunicação de dados é feito através de algum tipo de meio físico
  9. 9. Cada meio apresentam características próprias de largura de banda, custo, atraso de transmissão e facilidade de instalação e manutenção </li></ul>
  10. 10. Fatores para o Design dos Meios de Transmissão <ul><li>Banda: quanto maior a largura de banda do sinal, maior a taxa de envio de bits que ele pode carregar
  11. 11. Limitações físicas: determinam a distância máxima que pode ser percorrida pelos sinais elétromagnéticos
  12. 12. Interferência: vários sinais competindo numa mesma faixa de frequências podem se sobrepor distorcendo oe mesmo eliminando o sinal resultante
  13. 13. Número de receptores: cada unidade ligada numa rede insere atenuações e distorções para que possa receber o sinal com a informação, limitando a distância e taxa de dados (bps) possível </li></ul>
  14. 14. Modelo de Comunicação de Dados
  15. 15. Passos na Transmissão da Informação <ul><li>Geração do padrão da informação (voz, dado, imagem, vídeo, etc)
  16. 16. Descrição do padrão com certo grau de precisão por um conjunto de símbolos (bits)
  17. 17. Codificação destes símbolos numa forma adequada ao meio de transmissão de interesse
  18. 18. Transmissão destes símbolos codificados
  19. 19. Decodificação dos símbolos
  20. 20. Recriação do padrão original com base nos símbolos recebidos e sujeito à degradação do meio de transmissão </li></ul>
  21. 21. Sinais <ul><li>Representações do comportamento de uma grandeza elétrica
  22. 22. Descrevem algum tipo de informação a ser transmitida – (sinal = informação)
  23. 23. Servem como meio de transporte da informação que se deseja transmitir
  24. 24. Sofre com as condições físicas do sistema de comunicações
  25. 25. Existe todo um embasamento matemático para a sua descrição </li></ul>
  26. 26. Sistemas Contínuos e Discretos
  27. 27. Sinais Analógicos e Digitais Sinais analógicos – representado continuamente como função de uma variável independente Sinais periódicos - variam de forma periódica segundo g(t)=g(t+T) Sinais discretos – representados somente em tempos determinados (discretos) Sinais digitais - são sinais discretos no tempo e amplitude
  28. 28. Sinais Analógicos <ul><li>A intensidade varia sem nenhuma interrupção, não havendo descontinuidade do sinal ao longo do tempo.
  29. 29. Sinais analógicos podem assumir infinitos valores distintos de amplitude. </li></ul>Tempo Amplitude
  30. 30. Sinais Digitais São sinais cuja intensidade assume um número finito de valores, mudando abruptamente entre cada um destes valores ao longo do tempo.
  31. 31. Sinais Digitais <ul><li>Representados como uma sequência de símbolos de um “alfabeto” de textos e dígitos
  32. 32. A capacidade de um canal digital é medida em bps – bits por segundo
  33. 33. Os dados digitais são binários: usam 1’s ou 0’s para representar qualquer informação
  34. 34. Os dígitos binários podem ser representados por alterações em sinais eletromagnéticos </li></ul>
  35. 35. Alguns Tipos de Sinais Sinal senoidal Sinal de onda quadrada Sinal DC
  36. 36. Características do Sinal Periódico <ul><li>Amplitude </li></ul><ul><li>Freqüência </li></ul><ul><li>Fase </li></ul>Tempo Tempo Tempo
  37. 37. Componentes em Frequência de um Sinal Segundo a análise de Fourier, um sinal pode ser decomposto num somatório de sinais componentes senoidais + =
  38. 38. Exemplo: Componentes do Sinal Onda Quadrada
  39. 39. Representação de Sinais na Frequência <ul><li>Chama-se largura de banda de um sinal a faixa de frequências onde o sinal pode ser transmitido sem perda significativa de sua energia </li></ul>
  40. 40. Representação de um Sinal Periódico na Freqüência Tela de um osciloscópio mostrando uma onda senoidal
  41. 41. Representação de um Sinal Periódico na Freqüência Tela de um osciloscópio mostrando uma onda quadrada e seu correspondente espectro
  42. 42. Largura de Banda <ul><li>Largura do espectro de frequência que podem ser transmitidas num canal de comunicação
  43. 43. Quanto maior a largura de banda – mais bits enviados por segundo (dependendo de outros fatores como a codificação e modulação usadas) e com custos maiores
  44. 44. Largura de bandas muito limitadas geram distorções e menor taxa de bits </li></ul>
  45. 45. Máxima Taxa de Dados de um Canal <ul><li>Canal sem ruído = 2H log 2 V (bits/seg) </li><ul><li>H = largura de banda (Hz)
  46. 46. V = número de níveis discretos </li></ul></ul><ul><li>Canal com ruído = H log 2 (1 + S/N) (bits/seg) </li><ul><li>S/N – relação sinal ruído (dB) </li></ul></ul>
  47. 47. Largura de Banda É a diferença entre a maior freqüência e a menor freqüência de um sinal Pode-se utilizar como critério de determinação da largura de banda a faixa em que a maior parte do sinal está contido (largura de banda efetiva)
  48. 48. Sinal de Voz Humana <ul><li>O sinal de voz humana está basicamente limitado entre 300 Hz e 3400 kHz </li></ul>
  49. 49. Largura de Banda da Voz
  50. 50. Por Que Estudar Sinais Analógicos e Telecomunicações em Redes de Comunicação de Dados? <ul><li>Muitos dos tipos de informação tem origem em forma analógico por natureza (voz, vídeo, etc)
  51. 51. Deve-se entender bem sinais analógicos e suas características para se poder converter para formato digital
  52. 52. Sistemas telefônicos eram primariamente analógicos
  53. 53. Ao final, os meios de transmissão físicos que irão encaminhar a informação serão inerentemente sistemas analógicos </li></ul>
  54. 54. Sinais com Problemas <ul><li>Sinais sofrem atenuação, podendo não chegar em forma compreensível pelo receptor
  55. 55. Sofrem também com a distorção causada pelo atraso diferenciado entre as varias componentes do sinal
  56. 56. Efeitos de ruído são indesejáveis </li></ul>
  57. 57. Problemas que podem ocorrer com Sinais <ul><li>Atenuação </li><ul><li>Perda da força do sinal através da distância </li></ul><li>Distorção </li><ul><li>Efeitos de atenuação e atraso diferenciados em diferentes faixas de frequências </li></ul><li>Ruído </li><ul><li>Distorções diversas causadas por sinais espúrios não usados na transmissão </li></ul></ul>
  58. 58. Atenuação nos Sinais
  59. 59. Tipos de Transmissão de Sinais <ul><li>Analógica </li><ul><li>Somente envia sinais analógicos
  60. 60. Uso de amplificadores para garantir que os sinais alcancem distâncias maiores
  61. 61. O sinal não pode ser regenerado (transformado na sua forma original) </li></ul><li>Digital </li><ul><li>Transmissão de sinais analógicos e digitais
  62. 62. Uso de repetidores para garantir maior alcance
  63. 63. Equipamentos de comutação podem regenerar os sinais sendo transmitidos </li></ul></ul>
  64. 64. <ul><li>Alta fidelidade - fácil </li></ul>distinção do sinal na presença de ruído <ul><li>Independência do tempo - a informação digital pode ser transmitida numa temporização diferente da gerada na origem
  65. 65. Independência da fonte da informação - toda a informação digital pode seguir no mesmo canal independente do que represente </li></ul>Vantagens no Uso de Sinais Digitais
  66. 66. <ul><li>O sinal digital pode facilmente ser regenerado em comutadores intermediários no sistema de transmissão
  67. 67. A informação digital pode ter vários significados dependendo da codificação em uso para ela (texto, imagens, voz, vídeo, dados, correio, etc)
  68. 68. Facilidade no projeto e criação dos circuitos e processadores usados no processamento digital
  69. 69. Porém exige maior banda de transmissão </li></ul>Vantagens no Uso de Sinais Digitais
  70. 70. Erros no Sinal Digital – Pode Acontecer! 0 1 0 0 1 0 Sinal Original Atenuação Banda Limitada Ruído Sinal Recebido 0 1 0 1 1 0 Ruído Impulsivo Erro
  71. 71. Os diferentes efeitos do meio de transmissão podem deformar até o sinal digital original podendo também gerar erros Atenuação e Distorção num Sinal Digital
  72. 72. Amplificação & Ruído Efeitos Indesejados
  73. 73. CODEC – Codificador / Decodificador Trabalham efetuando a conversão analógica-digital e vice-versa Codificam qualquer tipo de sinal analógico (música, vídeo, etc) gerando seu correspondente em formato digital
  74. 74. O Processo de Digitalização de um Sinal Analógico <ul><li>Amostragem do sinal analógico na frequência de Nyquist (teorema da amostragem)
  75. 75. Quantização das amostras - para cada amostra se “arredonda” seu valor em amplitude para um dos possíveis valores definidos
  76. 76. Codificação de cada amostra quantizada na forma de uma palavra digital </li></ul>
  77. 77. 1) Amostragem do Sinal Digital por Pulsos PAM Pulse Amplitude Modulation
  78. 78. 2) Quantização das Amostras Obtidas <ul><li>Com PAM somente o tempo é representado em forma discreta
  79. 79. Para termos a amplitude discreta, “arredondamos” cada amostra para um dentre um conjunto discreto de valores definido </li></ul>
  80. 80. 3) Pulse Coded Modulation - PCM Com PCM cada amostra quantizada terá uma palavra digital representando aquele valor
  81. 81. Codificação de Voz PCM <ul><li>PCM ( Pulse Coded Modulation )
  82. 82. Codifica o sinal de voz (restritos na faixa de 4 kHz) em bits para a transmissão
  83. 83. Isto é feito amostrando-se o sinal de voz periodicamente
  84. 84. Se utilizarmos uma taxa de amostragem de 8000 amostras/seg, podemos recuperar o sinal na recepção (teorema de Nyquist)
  85. 85. Se para cada amostra usarmos 8 bits, esta taxa de amostragem implica numa transmissão de 64 kbps (canal de voz PCM) </li></ul>
  86. 86. Digitalização de Sinais de Voz PCM (Processo)
  87. 87. Codificação PCM - Codificação No exemplo, a amplitude da amostra é codificada em 4 bits
  88. 88. Codificação PCM de Voz Amostras geradas a cada 125 us (ou 8000 vezes por segundo) Cada uma resulta em bits a serem encadeados no fluxo (neste exemplo são usados 8 bits para cada amostra)
  89. 89. Codificação de Voz Para Transmissão Digital - PCM <ul><li>A codificação PCM comum gera amostras de </li></ul>16 bits e é chamada de PCM linear, por que utiliza uma proporcionalidade linear na definição da amplitude das amostras (por exemplo: CDs de música, arquivos .WAV) <ul><li>A norma ITU-T G.711 utiliza compressão logarítmica dando maior precisão nas menores amplitudes (o ouvido humano é mais sensível aos sinais mais baixos)
  90. 90. A-law - 13 bits para 8 bits - usado nos Brasil
  91. 91. µ -law - 14 bits para 8 bits - usado nos EUA e Japão </li></ul>
  92. 92. Codificação Digital de Sinais de Áudio <ul><li>MPEG – é um padrão ITU-T de compressão de áudio e vídeo
  93. 93. No caso do áudio ele explora propriedades psicoacústicas dos sinais de áudio e a forma como ele é compreendido pela percepção humana
  94. 94. A percepção do som é função da frequência e força do sinal. Naturalmente mascaramos a percepção de determinadas bandas de frequência presentes no sinal de áudio
  95. 95. Ao suprimir a informação referente a estas bandas, se reduz a informação necessária para a correta reprodução do som
  96. 96. Existem 3 níveis de codificação ( Layers I, II e III).
  97. 97. Cada um com maior qualidade de som e tempo </li></ul>de codificação <ul><li>MP3 = MPEG Layer III </li></ul>
  98. 98. Sinais de Vídeo <ul><li>Sinais de vídeo naturalmente necessitam de grande largura de banda para sua transmissão
  99. 99. O olho humano percebe as cores como composições de 3 cores básicas: vermelho (435 nm), verde (546 nm) e azul (700 nm)
  100. 100. Células “cones” são especializadas na percepção de cores (em sinais mais fortes), enquanto que as células “ rods ” são especializadas em mobilidade e tons de cinza (em sinais mais fracos)
  101. 101. A percepção de cores não tem espectro largo
  102. 102. Mais de um padrão espectral pode gerar a mesma sensação de cor </li></ul>
  103. 103. Sinais de Vídeo Analógico Varredura da tela para composição das imagens Montagem de imagem entrelaçada
  104. 104. Montagem do Sinal de TV Analógica Colorida
  105. 105. Geração e Transmissão de Sinais de Vídeo Analógico
  106. 106. Idéias por Trás da Compressão de Sinais de Vídeo Digital <ul><li>A percepção de cores pela visão humana não tem espectro largo (normalmente se usa 8 bits para representá-lo digitalmente)
  107. 107. Assim, precisamos de menos bits para representar um vídeo colorido implicando numa menor taxa de transmissão
  108. 108. Em determinados momentos do vídeo, existe pouca informação nova a ser apresentada, exigindo menor taxa de quadros a ser enviada
  109. 109. Os níveis de detalhes da imagem podem ser codificados em separado, sendo que, os níveis mais baixos contém maiores detalhes </li></ul>
  110. 110. Sinais de Vídeo Analógico usado nas Transmissões de TV Existem 3 padrões na transmissão de vídeo para TV: <ul><li>NTSC ( National Television Standards Committee) - possui 524 linhas e sinal composto onde cada quadro é montado por dois campos ( fields ) par e ímpar entrelaçados numa taxa de 59,94 (  30 + 30). É usado nos EUA e Japão
  111. 111. PAL ( Phase Alternation by Line ) - possui 625 linhas que formam 50 campos ( fields ) entrelaçados por segundo resultando em 25 quadros ( frames ) por segundo. A variante PAL-M é usado somente no Brasil e é apresentado a 30 quadros por segundo
  112. 112. SECAM (Systeme Electronique Couleur Avec Memoire) - Semelhante ao PAL com 525 linhas e 25 quadros por segundo. Usado na França, Rússia e alguns outros países </li></ul>
  113. 113. Compressão de Sinais de Vídeo Digital <ul><li>H.261 - (1 a 30) x 64 kbps - usado em Vídeoconferência </li></ul><ul><ul><li>Formato QCIF - 144x176 pixels - menor taxa de bits
  114. 114. Formato CIF - 288x352 pixels - maior taxa de bits </li></ul></ul><ul><li>H.263 - usado em taxas mais baixas (adequado para tecnologias de redes de acesso mais lentas)
  115. 115. MPEG – compressão de fluxos de áudio e vídeo </li></ul><ul><ul><li>MPEG I ( SIF-Source Input Format ) – até 1,5 Mbps – Exemplo: VCDs – qualidade NTSC
  116. 116. MPEG II - adequado para transmissão, armazenamento, taxas diferentes que múltiplos de 64 kbps, além de taxas mais altas (4 a 15 Mbps) – (Exemplo: DVD’s)
  117. 117. MPEG III – trabalho absorvido pelo MPEG II
  118. 118. MPEG IV - adequado para VideoIP e multimídia em plataformas móveis (taxas médias) </li></ul></ul>
  119. 119. Conversão de Sinais Analógicos <ul><li>Para sinais analógicos </li></ul><ul><ul><li>Barato e fácil de se fazer (por exemplo: telefone)
  120. 120. Permite vários tipos de manipulações do sinal para melhorar a eficiência da transmissão
  121. 121. Usado nas redes telefônicas, rádio AM, FM, etc </li></ul></ul><ul><li>Para sinais digitais </li></ul><ul><ul><li>Uso de CODEC’s </li></ul></ul>
  122. 122. Conversão de Sinais Digitais <ul><li>Para sinais analógicos </li></ul><ul><ul><li>Normalmente requer um Modem
  123. 123. Permite que dados digitais sejam enviados por redes analógicas
  124. 124. Necessária quando a transmissão for analógica </li></ul></ul><ul><li>Para sinais digitais </li></ul><ul><ul><li>Alternativa mais barata quando se está trabalhando com grandes quantidades de dados
  125. 125. Mais confiável por que não há conversão a ser feita </li></ul></ul>
  126. 126. Compressão de Dados <ul><li>Reduz a quantidade de bits a serem enviados para determinado tipo de compressão
  127. 127. Usado na transmissão e no armazenamento (HD’s, CD’s, fitas, etc)
  128. 128. Seu princípio básico é eliminar a redundância na informação
  129. 129. O código é substituído por porções comprimidas dos dados
  130. 130. Dois tipos: </li></ul><ul><ul><li>Compressão lossless (sem perda): reconstitui os dados exatamente como era o original (.ZIP, .GIF)
  131. 131. Compressão lossy (com perda): reconstitui os dados de forma que fiquem perceptualmente os mesmos (.JPEG, .MPEG) </li></ul></ul>
  132. 132. Meios de Transmissão <ul><li>O transporte dos sinais que representam os bits da comunicação de dados é feito através de algum tipo de meio físico
  133. 133. Cada meio apresentam características próprias de largura de banda, custo, atraso de transmissão e facilidade de instalação e manutenção </li></ul>Tx Rx Meio de Transmissão
  134. 134. Tipos de Meios de Transmissão <ul><li>Guiados : necessitam de condutores físicos de um dispositivo para o outro como cabos coaxiais, fibra ótica, etc
  135. 135. Não-guiados : não necessitam de condutores físicos exclusivos. São os meios eletromagnéticos como a propagação eletromagnética no ar livre (atmosfera) ou num oceano </li></ul><ul><li>Cada tipo tem sua aplicação em função das características do sistema, condições geográficas e custos </li><ul><li>Passagem de cabos por pântanos, florestas
  136. 136. Utilização de links sem fio através de uma cidade, etc </li></ul></ul>
  137. 137. Meios Guiados Mais Usados Atualmente em Redes
  138. 138. Cabos de Par Trançado <ul><li>É o mais popular, difundido e o mais adotado meio de transmissão utilizado em redes locais de computadores
  139. 139. Os condutores trançados visam evitar o efeito de indução do sinal no condutor adjacente ( crosstalk )
  140. 140. Normalmente temos as seguintes variações: </li><ul><li>UTP ( Unshielded Twisted Pair ) - par trançado não-blindado - o sinal segue com polaridades invertidas em cada cabo do par
  141. 141. STP ( Shielded Twisted Pair ) - par trançado blindado - utilizado em meios de alta incidência de ruídos eletromagnéticos como fábricas, linhas de montagem, transmissores, etc. Devem ser aterrados em ambos os lados (efeito irradiador da blindagem). </li></ul></ul>
  142. 142. Par Trançado <ul><li>Cabo categoria 3 : 4 pares de fios e cobertura de plástico
  143. 143. Cabo categoria 5 : 4 pares de fios mais entrelaçados que o 3 e cobertura de teflon
  144. 144. Cabos categoria 5 são melhores em altas taxas de bits </li></ul>
  145. 145. Par Trançado - Pinagem <ul><li>O sentido do campo eletromagnético depende do sentido da corrente elétrica no condutor, que por sua vez, depende das polaridades (positiva ou negativa) dos sinais </li></ul><ul><li>No par trançado, as informações trafegam repetidas em dois fios, porém com polaridades invertidas </li></ul><ul><li>Portanto o campo gerado por um condutor é anulado pelo campo do outro, reduzindo a interferência por crosstalk </li></ul><ul><li>O efeito é intensificado quando dois fios são enrolados um ao outro (daí o nome par trançado) </li></ul>
  146. 146. <ul><li>Par Trançado Blindado (“Shielded Twister Pair”)
  147. 147. Possui uma malha blindada global que confere uma maior imunidade às interferências eletromagnéticas externas e possui uma blindagem interna envolvendo cada par trançado
  148. 148. Desta forma, o STP é utilizado em meios de alta incidência de ruídos eletromagné-ticos, tais como: fábricas, centrais de comutação, transmissores de alta potência, etc
  149. 149. Conectores e cabos </li></ul>mais caros STP com blindagem individual para cada par Par Trançado STP
  150. 150. <ul><li>Liga equipamentos semelhantes (estações com estações ou dispositivos de rede com outros dispositivos de rede) </li></ul>Cabo Cross
  151. 151. Categorias de Cabos de Par Trançado São categorizados de acordo com a norma EIA/TIA 568
  152. 152. Cabo Coaxial <ul><li>O cabo coaxial consiste em dois condutores cilíndricos, um interno e outro externo, separados por um material dielétrico (isolante)
  153. 153. O dado é transmitido no condutor mais interno. A proteção de metal protege contra campos eletromagnéticos externos e evita que a radiação da energia eletromagnética do fio interno interfira em outros fios
  154. 154. Com um único cabo coaxial a transmissão é half-duplex, ou seja, unidirecional para cada período.
  155. 155. Adequado para frequências maiores que as usadas em par trançado </li></ul>
  156. 156. Cabo Coaxial Alguns tipos comuns: <ul><ul><li>Cabo coaxial grosso ( thicknet ) 50 Ohms – usado em Ethernet 10BASE5 </li></ul></ul><ul><ul><li>Cabo coaxial fino ( thinnet ) 50 Ohms – usado em Ethernet 10BASE2 </li></ul></ul>
  157. 157. Cabos Coaxiais <ul><li>Algumas especificações RG ( radio government ) para cabos coaxiais:
  158. 158. Thick Ethernet. RG-8, RG-9 e RG-11 (50 ohms)
  159. 159. Thin Ethernet: RG-58 (50 ohms)
  160. 160. TV: RG-59 (75 ohms) </li></ul>Conectores BNC ( bayonet network connectors ) Conexões Terminadores
  161. 161. Exemplo: Cabos Coaxiais em Redes Locais
  162. 162. Fibra Ótica
  163. 163. Fibra Ótica <ul><li>As fibras são feitas de vidro de grande transparência
  164. 164. A atenuação da luz na fibra depende do comprimento de onda da luz usada
  165. 165. Sistema de transmissão é composto de: fonte de luz, meio de transmissão e detector de luz
  166. 166. Transmissores possíveis são LED’s ( Light Emitting Diodes ) e lasers </li></ul>
  167. 167. Fibra Ótica <ul><li>Utiliza o príncipio da reflexão da luz entre dois meios
  168. 168. Permite taxas muito elevadas de frequência (faixa da luz visível)
  169. 169. A tecnologia de hoje não utiliza plenamente a capacidade das fibras </li><ul><li>Fibras multimodo (diâmetro 50 e 62,5 um) : vários modos de propagação (vários sinais de luz). Apresenta problema de dispersão modal e alta atenuação (5 dB/km). As do tipo índice gradual apresentam baixa atenuação (3 dB/km) e largura de banda de até 1 GHz
  170. 170. Fibras monomodo (diâmetro 5-10 um) : permite um único modo de propagação, atingindo distâncias maiores que as multimodo. Baixas perdas (0,2 dB/km) e largura de banda (>10 GHz) </li></ul></ul>
  171. 171. Atenuação de Sinais na Fibra Ótica
  172. 172. Comportamento da Luz dentro da Fibra
  173. 173. Fibra Ótica <ul><li>A atenuação da luz na fibra depende do comprimento de onda da luz usada
  174. 174. Sistema de transmissão é composto de: fonte de luz, meio de transmissão e detector de luz
  175. 175. Transmissores possíveis são LED’s ( Light Emitting Diodes ) e lasers
  176. 176. Aplicações: </li><ul><li>Redes Telefônicas, ISDN, LAN, WAN
  177. 177. FTTH - Fiber to the Home
  178. 178. Cabos submarinos
  179. 179. Distribuição de TV a cabo
  180. 180. Aplicações Médicas, Educacionais, Industriais e Militares </li></ul></ul>
  181. 181. Fibra Ótica - Características <ul><li>Adequado para grandes larguras de banda e grandes distâncias
  182. 182. Permite comunicação Full-duplex
  183. 183. Grande imunidade à interferência eletromagnética e escutas ( sniffing )
  184. 184. Ocupa pouco espaço e é leve
  185. 185. Apresenta dificuldade maior nas emendas de cabos
  186. 186. Ainda representa custo maior comparada com outros tipos de cabos
  187. 187. Limitada pela tecnologia eletrônica nos dispositivos intermediários na rede (pesquisas para chegar a uma comutação totalmente ótica ) </li></ul>
  188. 188. Exemplos de Cabos de Fibra Ótica Cabo submarino
  189. 189. Fibra Ótica – Tipos de Conectores SC Simplex ST (normalmente multimodo) SC Duplex FC/PC
  190. 190. Fibra Ótica
  191. 191. Comparação da Fibra com Fios de Cobre <ul><li>Economizam nos repetidores
  192. 192. Altas taxas
  193. 193. Imune a descargas elétricas e interferência eletromagnética
  194. 194. Mais compactas e leves, custo de suporte mais baratos que os cabos tradicionais
  195. 195. Mais seguras por não vazarem luz e não permitirem “escuta”
  196. 196. Tecnologia mais cara </li></ul>
  197. 197. Cabeamento Estruturado <ul><li>Normas que descrevem a instalação de cabos em edifícios de forma organizada, facilitando a manutenção e alterações na topologia de rede e independente de fabricante
  198. 198. Facilitam a futuras mudanças em equipamentos (maior custo inicial mas evita problemas de cabeamento futuros
  199. 199. Normas usadas: EIA/TIA 568C e ISO/IEC 11801
  200. 200. Meios de transmissão descritos: </li></ul><ul><ul><li>Cabo UTP e STP
  201. 201. Fibra ótica multimodo 62,5/125
  202. 202. Fibra ótica monomodo </li></ul></ul>
  203. 203. Cabeamento Estruturado!!!
  204. 204. Cabeamento Estruturado <ul><li>É preparado de tal forma que atende ao mais variados lay-outs de instalação, por um longo período de tempo, sem exigir modificações físicas da infra-estrutura.
  205. 205. Um só cabeamento atende diferentes tipos de redes de sinal em baixa tensão, como por exemplo telefonia, redes locais de computação, sistema de alarme, transmissão de sinal de vídeo, sistemas de inteligência predial, automação predial e industrial. </li></ul>
  206. 206. Elementos de Cabeamento Estruturado <ul><li>Cabeamento horizontal – segue da área de trabalho até o telecommunications closet (normalmente em topologias estrela)
  207. 207. Cabeamento Backbone (vertical) – se compõe da ligação da sala de equipamentos com todos os demais pontos de distribuição de cabeamento
  208. 208. Work Area (WA) – área de trabalho
  209. 209. Telecommunications closet (TC) – armário de telecomunicações (normalmente um por andar)
  210. 210. Equipment Room (ER) – sala de equipamentos. Ponto central de cabeamento da instalação. </li></ul>
  211. 211. Cabeamento Estruturado
  212. 212. Exemplo: Distâncias para Cabeamento
  213. 213. Níveis de Interconexão Físico Enlance de Dados Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicação Repetidores Pontes ( Bridges ) Roteadores Gateways
  214. 214. Repetidores <ul><li>Estende fisicamente a rede interconectando múltiplos segmentos de rede
  215. 215. Simplesmente regeneram o sinal e o repetem o sinal para todas as redes nas quais ele está conectado
  216. 216. Podem conectar diferentes cabeamentos, mas não diferentes protocolos de nível superior
  217. 217. Dispositivo que trabalha no nível físico no modelo OSI – baixo custo
  218. 218. Estações não percebem a existência de repetidores </li></ul>
  219. 219. Concentradores - Hubs Repeater cards slide into chassis. Cards interconnect through a common backplane. Wiring concentrator chassis
  220. 220. HUBs
  221. 221. Modulação de sinais <ul><li>Sinais digitais em ondas quadradas possuem muitas componentes em frequência (largura de banda infinita) e sofrem muito na transmissão
  222. 222. Resultado: o sinal digital “puro” não é bom para a transmissão
  223. 223. Assim, sinais em banda base (digital “puro”) só funcionam em distâncias curtas (LAN´s)
  224. 224. Solução: Uma “portadora” (sinal senoidal) é enviado e suas características alteradas de forma a transmitirem bits </li></ul>
  225. 225. Modulação de sinais <ul><li>Normalmente se necessita de “carregar” o sinal original em sinais de frequência mais adequada (portadoras - carriers ) para os meios de transmissão sendo usados
  226. 226. A portadora é um sinal senoidal com frequência compatível com o meio de transmissão
  227. 227. Solução: Uma portadora é enviada e suas características alteradas de forma a transmitirem o sinal original
  228. 228. Modulação é o processo de combinar um sinal de entrada com uma portadora gerando um sinal adequado de transmissão
  229. 229. Portadoras de alta frequência apresentam menor atenuação e distorção , atravessa ndo distâncias mais longas com menos perda </li></ul>
  230. 230. Modulação de Sinais Digitais em Portadoras Analógicas <ul><li>O exemplo mais conhecido é a comunicação de dados através do sistema telefônico (modems)
  231. 231. Neste caso, deve-se transformar a informação digital num sinal que seja adequado para transmissão pelo canal de voz. </li></ul>
  232. 232. Modulação <ul><li>Consiste em transformar um sinal, através da sua combinação com outro sinal, denominado portadora, de forma a melhor adequar a transmissão do sinal original ao meio de transmissão. </li></ul><ul><li>A portadora tem suas características (amplitude, freqüência ou fase) modificadas de acordo com o sinal modulante.
  233. 233. A freqüência da portadora geralmente é bem maior que a maior freqûencia do sinal transmitido .
  234. 234. A modulação permite a multiplexação (junção de vários) sinais no domínio da frequência </li></ul>f 0 Bla, bla bla
  235. 235. Modulação ASK ( Amplitude Shift Keying )
  236. 236. Modulação FSK ( Frequency Shift Keying )
  237. 237. Modulação PSK (Phase Shift Keying) <ul><li>Melhor performance que ASK e FSK
  238. 238. BPSK ( Binary Phase Shift Keying ) - duas fases possíveis (muito usado em rádio e satélite) </li></ul>
  239. 239. Modulação de sinais Sinal digital original Modulado por amplitude Modulado por frequência Modulado por fase
  240. 240. Modulação Multinível <ul><li>A utilização de mais símbolos (níveis de amplitude, frequência ou fase) permite maior taxa de bits
  241. 241. Porém, ao definir mais símbolos, o esquema se torna mais susceptível à ruído
  242. 242. Os modems modernos usam alguma variante de ASK + PSK como QAM ( Quadrature Amplitude Modulation ) </li></ul>
  243. 243. Modulação QAM <ul><li>Quadrature Amplitude Modulation
  244. 244. São combinações de ASK e PSK com 16, 64 e 256 símbolos diferentes
  245. 245. Aplicações em microondas </li></ul>
  246. 246. Modulações Comuns
  247. 247. Multiplexação <ul><li>Custos com meios físicos obrigam a se “agrupar” vários canais de comunicação num único meio de transporte
  248. 248. Melhor aproveitamento da banda disponível </li></ul>
  249. 249. Multiplexação
  250. 250. FDM <ul><li>Frequency Division Multiplexing
  251. 251. Muito usado em telefonia e rádio (TV, AM e FM)
  252. 252. Exige circuitos analógicos </li></ul>
  253. 253. FDM <ul><li>Permite que vários canais sejam acomodados lado a lado em frequência
  254. 254. No final, somente é transmitido um único sinal multiplexado </li></ul>
  255. 255. FDM
  256. 256. TDM <ul><li>Time Division Multiplexing
  257. 257. Divide o tempo para os vários canais sendo transmitidos ( timeslots )
  258. 258. Mais adequado à transmissão de sinais digitais
  259. 259. Mais adaptado ao processamento de dados em formato digital
  260. 260. Exige sincronização entre os multiplexadores </li></ul>
  261. 261. TDM Cada canal (cor diferente) possui um determinado tempo para mandar seus bits, depois é a vez de outro canal
  262. 262. TDM <ul><li>Não exige protocolos de enlace de dados para delimitação de PDU’s (quadros)
  263. 263. A taxa de dados ( data rate ) é fixa, podem ocorrer slots vazios (como nas redes telefônicas) </li></ul>
  264. 264. Multiplexação TDM Estatística <ul><li>Pacotes de vários fluxos de dados são misturados numa mesma fila e transmitidos sob demanda
  265. 265. Pode manter várias filas diferenciadas por serviço onde um esquema de prioridades pode estar em vigor – cada fila é atendida de modo round-robin
  266. 266. Apresenta menor atraso médio (mas de forma inconstante – alta variância) e aproveita melhor o canal de comunicação – TDM e FDM alocam canais exclusivos que estão em uso mesmo que não haja nada a transmitir !
  267. 267. Deve identificar a informação sendo enviada (canais) para correta entrega na recepção </li></ul>
  268. 268. Multiplexação TDM Estatística Multiplexação TDM Síncrona
  269. 269. Spread Spectrum <ul><li>Cada estação transmite um sinal que é “espalhado” numa larga faixa de frequências como se fosse um sinal de ruído
  270. 270. A estação receptora extrai apenas a sua mensagem, permitindo que um conjunto de estações compartilhem o meio
  271. 271. Existem duas alternativas para SS: </li><ul><li>Frequency hopping – a frequência de transmissão “salta” (muda) constantemente. O receptor deve estar sincronizado com os “saltos” e pegar sua mensagem
  272. 272. Direct Sequence – cada bit a ser transmitido é “cortado” em vários bits menores usando um padrão definido de bits. Isto tem o efeito de “espalhar” o sinal numa largura de banda muito maior que a original dele. A recepção deve usar o mesmo padrão de bits para recuperar o sinal original </li></ul></ul>
  273. 273. Direct Sequence <ul><li>É uma tipo de modulação desenvolvido para fins militares
  274. 274. O sinal é modulado com uma sequência binária pseudo aleatória de forma a “alargar” o seu espectro
  275. 275. Este fato dificulta o envio de sinais de jamming (sinais para impedir a transmissão)
  276. 276. Somente receptores que tenham a pseudo sequência poderão recuperar o sinal – segurança </li></ul>Frequency hopping Direct sequence
  277. 277. Direct Sequence
  278. 278. Tecnologias Baseadas em Fibra Ótica <ul><li>Usadas largamente em backbones de longo alcance, além de várias tecnologias de redes (Ethernet, Fibre Channel, etc)
  279. 279. Já estão chegando na área metropolitana (MAN's) e nas redes de acesso
  280. 280. Tendência natural a ser a única infra-estrutura de transmissão para várias tecnologias de rede (banda larga, pequena e flexível, imune a ruídos) </li></ul>
  281. 281. Hierarquias Digitais TDM de Multiplexação em Sistemas de Transmissão PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy (em desuso) SDH – Synchronous Digital Hierarchy
  282. 282. Sistemas PDH <ul><li>Cada fonte é criada numa temporização própria (plesiócrona)
  283. 283. O sinal multiplexado é ligeiramente maior que a soma das componentes
  284. 284. Com isso não se sabe exatamente onde se começa um canal
  285. 285. Necessidade de demultiplexação de todo o feixe para se retirar canais determinados
  286. 286. Formatos de feixe definidos: </li><ul><li>DS1 ou T1 - EUA e Japão
  287. 287. E1 - ITU-T (Brasil) </li></ul></ul>
  288. 288. Linhas TDM - T1 e E1 <ul><li>Linhas digitais de padrão TDM, desenvolvidas para a conexão de PABX’s com as operadoras telefônicas
  289. 289. Linha T1: </li><ul><li>utilizada nos Estados Unidos e Japão
  290. 290. velocidade de 1544 Mbps (carrega 24 canais PCM) </li></ul><li>Linha E1: </li><ul><li>utilizado no Brasil e Europa
  291. 291. velocidade de 2048 Mbps (32 canais PCM, sendo 30 para dados e 2 para sinalização/sincronização </li></ul></ul>
  292. 292. Organização do Feixe E1 <ul><li>Padrão: ITU-T G.704
  293. 293. 30 canais PCM de 64 kbps + 2 canais de sincronização (canal 0) e sinalização (canal 16) </li></ul>
  294. 294. Organização do Feixe DS-1 (T1) <ul><li>24 canais de 64 kbps
  295. 295. 1 bit de sincronização inicial
  296. 296. O oitavo bit dos canais 6 e 12 é usado para sinalização </li></ul>
  297. 297. Hierarquia do Sistema de Transmissão Digital Europeu/Brasileiro
  298. 298. Hierarquia do Sistema de Transmissão Digital Americano
  299. 299. Organização dos Feixes
  300. 300. SDH - Synchronous Digital Hierarchy <ul><li>Inicialmente desenvolvida como SONET ( Synchronous Optical Network ) nos EUA (ANSI)
  301. 301. Define uma interface ótica de transmissão (Recomendação ITU-T G.707)
  302. 302. Provê uma organização adequada para links com altas taxas de transmissão
  303. 303. Possui um único clock que mantém a rede toda sincronizada
  304. 304. Permite equipamentos mais simples (sem tantos bancos de multiplexadores e demultiplexadores) e controle total da rede via software
  305. 305. É a tecnologia mais usada para transporte dos novos serviços de banda larga em longa distância </li></ul>
  306. 306. SDH STM - Synchronous Transport Module STS – Synchronous Transport Signal OC – Optical Carrier
  307. 307. WDM - Wavelenght-Division Multiplexing <ul><li>Transmissão de vários feixes de luz em frequências diferentes (cores) multiplexados numa mesma fibra ótica
  308. 308. Permite melhor utilização das capacidades das fibras
  309. 309. A diferença básica sobre FDM é que o processo de multiplexação é totalmente passivo </li></ul>
  310. 310. DWDM – Dense Wavelenght-Division Multiplexing <ul><li>Em DWDM mais comprimentos de onda são inseridos na fibra para se ter mais vias de dados </li></ul>
  311. 311. DWDM – Dense Wavelenght Division Multiplexing <ul><li>Muitas operadoras estão chegando ao limite de sua infra-estrutura de fibras baseadas em TDM (SDH/SONET), uma tecnologia originalmente desenvolvida para tráfego de voz digital
  312. 312. Uma opção seria se passar mais fibras. Nem sempre é possível por razões de custo (Por exemplo: cabos marítimos)
  313. 313. Partindo da planta atual de fibras passadas, existem duas alternativas para o crescimento de banda </li><ul><li>aumentar a atual taxa de dados (bps) TDM usadas nas fibras – alternativa limitada!
  314. 314. aumentar o número de canais que podem passar por uma única fibra (multiplexação) - DWDM ! </li></ul></ul>
  315. 315. DWDM e TDM <ul><li>Pode ser feita uma analogia como se a fibra fosse uma avenida de várias faixas, onde TDM somente utiliza uma destas faixas ganhando velocidade aumentando a potência do motor do carro
  316. 316. DWDM por outro lado utiliza várias faixas de forma independente e sem restrições sobre os tipos de veículos que trafegariam nestas faixas. Pode-se cobrar de um cliente somente o comprimento de onda que ele utilizar (uma faixa) e não toda uma fibra (uma avenida)
  317. 317. É essencialmente uma tecnologia de meio físico, independente de protocolos e formatos </li></ul>
  318. 318. Comunicação em Banda Larga <ul><li>Sinais em banda larga são os sinais usados para transmissão em longas distâncias e que concentram vários canais de informação
  319. 319. Utilizando técnicas de modulação e multiplexação pode-se compor mais canais num mesmo meio físico aproveitando melhor sua capacidade
  320. 320. Estas técnicas são adequados para comunicação sem fio, pois diferentes faixas de rádio podem ser usadas e serem melhor aproveitadas </li></ul>

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