Prof. Daniel Oliveira

Transcrição

1 A camada física Prof. Daniel Oliveira

2 Base teórica da comunicação de dados As informações podem ser transmitidas por fios, fazendo-se variar alguma propriedade física: voltagem (tensão elétrica) ou corrente Utilizando uma função f(t) que represente esta variação podemos realizar uma analise matemática através da criação de um modelo matemático.

3 Base teórica da comunicação de dados Análise de Fourier Qualquer função dependente do tempo (periódica) pode ser escrita como sendo uma soma de senos e co-senos.

4 Base teórica da comunicação de dados Sinais limitados pela largura de banda

5 Base teórica da comunicação de dados Sinais limitados pela largura de banda Nenhum recurso de transmissão é capaz de transmitir sinais sem perder parte da energia no processo Qualquer meio de transmissão introduz distorções. A faixa de freqüências transmitidas sem serem fortemente atenuadas denomina-se largura de banda.

6 Base teórica da comunicação de dados Sinais limitados pela largura de banda A largura de banda é uma propriedade física do meio de transmissão. Depende da construção, da espessura e do comprimento do meio Em alguns casos um filtro é introduzido no circuito para limitar o volume de largura de banda disponível para cada cliente

7 Base teórica da comunicação de dados Taxa máxima de dados de um canal Em 1924, H. Nyquist, percebeu que até mesmo um canal perfeito tem uma capacidade de transmissão finita. taxa máxima de dados = 2 H log 2 V bits/s H - freqüência de corte do meio V Quantidade de níveis do sinal Por exemplo, um canal de 3 khz sem ruído não pode transmitir sinais binários (ou seja, de dois níveis) a uma taxa superior a 6000 bps.

8 Base teórica da comunicação de dados Taxa máxima de dados de um canal Em qualquer transmissão ocorre o chamado ruído térmico devido ao movimento das moléculas do meio. O volume de ruído térmico presente é medido pela relação entre a potência do sinal e a potência do ruído, chamada relação sinal/ruído. Representarmos a potência do sinal por S e a potência do ruído por N, a relação sinal/ruído será S/N medida em decibéis (db)

9 Base teórica da comunicação de dados Taxa máxima de dados de um canal A taxa máxima de dados de um canal com ruídos cuja largura de banda é H Hz, e cuja relação sinal/ruído é S/N, é dada por: número máximo de bits/s = H log 2 (1 + S/N) Por exemplo, um canal de largura de banda 3000 Hz com uma relação de sinal para ruído térmico igual a 30 db (parâmetros típicos da parte analógica do sistema telefônico) nunca pode transmitir muito mais de bps, independente da quantidade de níveis de sinal utilizados e da freqüência com que as amostras são obtidas.

10 O objetivo da camada física é transmitir um fluxo bruto de bits de uma máquina para outra. Vários meios físicos podem ser usados para realizar a transmissão Cada um tem seu próprio p nicho em termos de largura de banda, retardo, custo e facilidade de instalação e manutenção Os meios físicos são agrupados em meios guiados, como fios de cobre e fibras ópticas, e em meios não guiados

11 Meios magnéticos A forma mais comum de transportar dados de um computador para outro é gravá-los em um mídia magnética. Apesar de aparecer obsoleto a quantidade de informação transportada pode ser muito grande.

12 Par trançado Um dos meios de transmissão mais antigo Consiste em dois fios de cobre encapados, que em geral têm cerca de 1 mm de espessura Os fios são enrolados de forma helicoidal, para reduzir interferências. Fios paralelos formam uma antena.

13 Par trançado Utilizado principalmente em sistemas telefônicos. Os pares trançados podem se estender por diversos quilômetros sem amplificação A largura de banda depende da espessura do fio e da distância percorrida Devido ao custo e ao desempenho obtidos, os pares trançados são usados em larga escala

14 Par trançado Os pares trançados da categoria 3 consistem em dois fios encapados cuidadosamente trançados. Em geral, quatro pares desse tipo são agrupados dentro de uma capa plástica protetora, onde os fios são mantidos juntos Na categoria 5 os pares são trançados com mais voltas por centímetro, reduzindo interferências.

15 Cabo Coaxial Outro meio de conexão muito comum Apresenta melhor blindagem do que o par trançado Pode-se estender por distâncias maiores do que o par trançado e manter altas velocidades

16 Cabo Coaxial Núcleo de Material Malha Capa Cobre Isolante Isolante Protetora

17 Cabo Coaxial A construção e a blindagem do cabo coaxial proporcionam a ele uma boa combinação de alta largura de banda e excelente imunidade a ruído Os cabos modernos têm uma largura de banda próxima de 1 GHz Cabos coaxiais são muito utilizados na distribuição de sinal de tv e internet rápida.

18 Fibra óptica A atual tecnologia de fibra óptica, a largura de banda pode ultrapassar a casa dos Gbps (50 Tbps) O limite prático da sinalização atual é de cerca de 10 Gbps, devido à nossa incapacidade para realizar a conversão entre sinais elétricos e ópticos com velocidade maior

19 Fibra óptica Um sistema de transmissão óptica tem três componentes fundamentais: a fonte de luz, o meio de transmissão e o detector Por convenção, um pulso de luz indica um bit 1, e a ausência de luz representa um bit zero. O meio de transmissão é uma fibra de vidro ultrafina O detector gera um pulso elétrico quando entra em contato com a luz.

20 Fibra óptica Um sistema de fibra ótica utiliza o principio de refração para reduzir a perda de intensidade do sinal luminoso. Fronteira Ar/Sílica Refração interna total Sílica Fonte de Luz

21 Fibra óptica A atenuação da luz através do vidro depende do comprimento de onda da luz Como de algumas propriedades físicas do vidro

22 Fibra óptica Atenuação da luz na fibra, na região do infravermelho A comunicação óptica utiliza três bandas de comprimentos de onda. Elas são centralizadas em 0,85, 1,30 e 1,55 micra, respectivamente.

23 Fibra óptica Os cabos de fibra óptica são semelhantes aos cabos coaxiais, exceto por não terem a malha metálica. Núcleo (Vidro) Revestimento de Vidro * Capa de Plástico * Índice de refração inferior a do núcleo

24 Fibra óptica Geralmente, as fibras são agrupadas em feixes, protegidas por um revestimento exterior Revestimento Capa Núcleo Revestimento

25 Fibra óptica As fibras podem estar conectadas de três maneiras diferentes: Utilizando conectores que perdem cerca 10% a 20% da luz, mas, facilitam reconfigurações do sistema. Junções mecânicas, utilizando uma luva especial, que perdem cerca de 10% da luz. Através da fusão que acarreta uma perda de luz muito baixa.

26 Fibra óptica Dois tipos de fontes de luz são usadas geralmente para fazer a sinalização: Diodos emissores de luz (LEDs Light Emitting Diodes) Lasers semicondutores

27 Fibra óptica Item LED Laser semicondutor Taxa de dados Baixa Alta Tipo de fibra Multímodo Multímodo ou modo único Distância Curta Longa Duração Longa Curta Sensibilidade à temperatura Insignificante Substancial Custo Baixo custo Dispendioso

28 Fibra óptica A extremidade de recepção de uma fibra óptica consiste em um fotodiodo, que emite um pulso elétrico ao ser atingido pela luz. O tempo de resposta de um fotodiodo é 1 nanossegundo, o que limita as taxas de dados a 1 Gbps. O ruído térmico também é importante, pois um pulso de luz deve conduzir energia suficiente para ser detectado.