Redes de Comunicações. Redes de Comunicações

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1 Capítulo Meios de transmissão 1 Meios de transmissão Asseguram a transmissão física entre o emissor e o receptor Meios guiados e não guiados (sem fios) Guiados: par entrançado, cabo coaxial, fibra óptica Não guiados: Microondas (terrestres e via satélite), radiodifusão, infravermelhos As características e a qualidade da transmissão são determinadas pelo meio e pelo sinal Em meios guiados as ondas electromagnéticas são guiadas através de um meio sólido Em meios não guiados as ondas electromagnéticas propagam-se mais ou menos livremente através da atmosfera 2 1

2 Meios de transmissão (2) Transmissão via terrestre diferem quanto aos seguintes parâmetros Capacidade Potencial para ligações ponto a ponto ou multiponto Limitação geográfica devido à atenuação característica do meio Imunidade a ruídos Custo Disponibilidade de componentes meios físicos mais utilizados em redes locais par entrançado - metálico cabo coaxial - metálico fibra óptica - óptico 3 Espectro Electromagnético 4 2

3 Twisted Pair Twisted Pair par de cobre entrançado Dois condutores de cobre isolados Aproximadamente 1 mm de espessura Cada par contém 2 fios enrolados helicoidalmente o que conduz a uma redução do ruído e do crosstalk Usado para sinais analógicos ou digitais Distância entre repetidores: 2 a 3 km Bastante maleáveis Aplicações Rede telefónica (lacete de assinante) Dentro de edifícios (central telefónica local) Em redes locais (LANs a 10, 100 e 1000 Mbit/s) 5 Par entrançado não blindado (UTP) - Unshielded Twisted Pair Vantagens Mais económico De menor diâmetro Mais fácil de instalar Desvantagens Mais propenso a EMI/RFI que outros cabos Menores distâncias O mais usado em redes Ethernet 6 3

4 Par entrançado blindado (STP) - Shielded Twisted Pair Protecção de interferências externas, incluindo crosstalk, EMI e RFI Blindagem ajuda a diminuir a interferência electromagnética aumenta a taxa de transferência obtida na prática Desvantagens: Dispendioso Mais difícil de utilizar Pouco usado (apenas com grandes EMI e RFI) 7 Screened Twisted Pair (ScTP) ou Foil Twisted Pair (FTP) Híbrido de UTP com STP Blindagem ajuda a diminuir a interferência electromagnética aumenta a taxa de transferência obtida na prática As blindagens necessitam de estar convenientemente ligadas à terra Ou fica mais susceptível ao ruído (funcionam como antenas, captando ruído electromagnético) Pouco usado apenas com grandes EMI e RFI 8 4

5 Categorias Categoria 3 Já instalado em muitos edifícios (instalação telefónica): Cablagem de voz Cabos UTP, STP ou FTP Largura de banda: 16 MHz Débito máximo 17 Mbps Categoria 4 Cabos UTP, STP ou FTP Largura de banda: 20 MHz Débito máximo 20 Mbps Categoria 5 e Categoria 5e Primeira verdadeira cablagem de dados aparece nos edifícios a substituir a categoria 3 Cabos UTP, STP ou FTP Largura de banda: 100 MHz Débitos até 1000 Mbps (Categoria 5e) Categoria 6 Cabos UTP ou FTP Largura de banda até 250 MHz Categoria 7 Cabos STP Largura de banda até 600 MHz 9 Par entrançado - Vantagens par entrançado é o meio de transmissão de menor custo por comprimento ligação de nós ao cabo é também extremamente simples, e portanto de baixo custo 10 5

6 Par entrançado - Desvantagens Susceptibilidade a ruídos podem ser minimizados com uma blindagem adequada Provocados por interferência electromagnética se o cabo tiver de passar por fortes campos electromagnéticos, especialmente motores, quadros de luz, etc. campo electromagnético impedirá um correcto funcionamento daquele trecho da rede Se for necessário instalar a rede num parque industrial - onde a interferência é inevitável outro tipo de cabo deve ser escolhido para a instalação da rede cabo coaxial ou a fibra óptica 11 Cabo Coaxial Constituição condutor interno cilíndrico no qual é injectado o sinal Malha de cobre separado do condutor interno por um elemento isolante revestimento externo evita irradiação e a captação de sinais 12 6

7 Cabo coaxial - tipos Dois tipos de cabo coaxial Cabo coaxial grosso (praticamente já não utilizado) Cabo coaxial fino (conectores BNC) 13 Cabo coaxial - Características Melhores desempenhos que os pares entrançados possui características eléctricas que lhe permitem suportar maiores distâncias que o par entrançado sem necessidade de regeneração do sinal e sem distorções ou ecos cabos de mais alta qualidade não são maleáveis são difíceis de instalar cabos de baixa qualidade podem ser inadequados para altas velocidades e distâncias maiores comparado ao par entrançado cabo coaxial tem uma imunidade a ruído bem melhor cabo coaxial é mais caro do que o par entrançado mais elevado custo das interfaces para ligação ao cabo 14 7

8 Aplicações É muito versátil Distribuição de televisão (TV por cabo) centenas de canais a algumas dezenas de quilómetros Comunicações telefónicas de longa distância até canais de voz simultâneos via FDM Redes locais de computadores Redes Ethernet em barramento a 10 Mbps (as iniciais) Actualmente em desuso 15 Desvantagens Desvantagens problema de mau contacto nos conectores utilizados difícil manipulação do cabo como ele é rígido, dificulta a instalação em ambientes comerciais» por exemplo, passá-lo através de condutas problema da topologia mais utilizada com esse cabo é a topologia linear (em bus) fica difícil determinar o ponto exacto onde está o problema No passado esse era o tipo de cabo mais utilizado por causa de suas desvantagens está cada vez mais caindo em desuso 16 8

9 Fibras ópticas núcleo e a bainha são feitos de sílica dopada ou plástico no núcleo é injectado um sinal de luz proveniente de um LED ou laser que percorre a fibra (elimina-se assim o problema das interferências eléctricas) ao redor existem outras substâncias de menor índice de refracção faz com que os raios sejam reflectidos internamente minimizando assim as perdas de transmissão Na recepção um fotodíodo gera um impulso eléctrico quando é atingido por um raio de luz 17 Cabo de fibra óptica 2 fibras de vidro independentes Uma transmite de A para B Outra transmite de B para A Permite um canal de comunicação full-duplex 18 9

10 Tipos de fibra óptica Fibra óptica multimodo Afectada pela dispersão modal o que limita o débito de transmissão Facilidade relativa de interligação pelo que são preferidas sempre que as distâncias a cobrir e os débitos a suportar o permitem Mais barata, maior durabilidade Fibra monomodo Não é praticamente afectada pela dispersão modal (a fibra conduz em linha recta ) As operações de interligação são bastante delicadas e dispendiosas Maiores distâncias e maiores débitos 19 Conectores Conectores SC (subscriber connector) Usado frequentemente em fibra multimodo Stick and Click Conectores ST (straight tip) Usado frequentemente em fibra monomodo Stick and Turn 20 10

11 Fibra óptica Vantagens Débitos de transmissão até centenas de Gbit/s Leves, flexíveis e pouco volumosas (espessura de 2 a 125µm) facilitam a instalação e exigem menos suporte estrutural Baixa atenuação (maior espaçamento de repetidores) Imunidade a interferência electromagnética Desvantagens Interfaces óptico-eléctricas (custo) Terminação difícil (perdas) Difícil de ser remendada Multiponto difícil Aplicações Ideal para instalação de redes em ambientes com muitas interferências Transmissão a grande distância (intercontinentais e cabos submarinos) Nas redes de trânsito dos operadores de comunicações Ligações de backbone 21 Microondas terrestres Utilizadas quando o uso de cabo é impraticável Banda: 2-40 GHz Transmissão direccional, em linha de vista Antenas parabólicas Diâmetro depende do comprimento de onda Máxima distância entre antenas em km d= 7.14( 4/ 3)h h altura da antena (m) Débitos de transmissão elevados até centenas de Mbit/s 2 Atenuação 4ππ L= 10log (db) λ Repetidores km Aplicações Comunicações de voz e imagem de longa distância d=7.14 4/3 h 22 11

12 Microondas por satélite Satélites geoestacionários (órbita a km da superfície da Terra) que funcionam como repetidores de microondas Satélite recebe numa frequência (uplink) e retransmite noutra (downlink) Largura de banda centenas de MHz Atrasos de propagação elevados (270 ms) Aplicações Circuitos telefónicos intercontinentais Distribuição de TV Redes privadas (VSAT) 23 Radiodifusão Transmissão omnidireccional (VLF, VF e MF) Transmissão mais direccional nas bandas HF e VHF Banda: 30 MHz 1 GHz Distância entre antenas e atenuação d= ( 4/ 3)h ππ L= 10log (db) λ Aplicações Rádio Televisão Algumas redes de dados 24 12

13 Infravermelhos Distâncias curtas Aplicações: controlo remoto de equipamento, LANs Transmissão em linha de vista, directa ou por reflexão em superfícies Radiações infravermelhas não atravessam paredes Boa segurança Ausência dos problemas de interferência presentes em sistemas de microondas Espectro não licenciado 25 Wi-Fi Transmissão sem fios Bandas 2,4GHz e 5Ghz Débitos 11Mbps e 54Mbps Vantagens Escalabilidade e flexibilidade Mobilidade Rapidez e facilidade de instalação Aplicações Edifícios antigos/históricos Redes de suporte a eventos Extensão a armazéns ou zonas de produção Instituições de ensino, hospitalares e conferências Frequência Débito Alcance (interior) IEEE b 2,4 GHz 11 Mbps 50 m IEEE g 2,4 GHz 54 Mbps 30 m IEEE a 5 GHz 54 Mbps 15 m 26 13

14 Critérios para selecção do meio de transmissão Saber as necessidades de largura de banda das aplicações que correm na rede Conhecer o ambiente de instalação Existência de interferências Possibilidade de incêndios Presença de roedores Dificuldade ou impossibilidade de instalação de cabos Custos do meio de transmissão e da instalação 27 Tempos de propagação e transmissão Tempo de Propagação (T p ) Tempo necessário para um bit percorrer o sistema de um extremo ao outro Tempo de Transmissão (T x ) Tempo necessário para emitir todos os bits para o meio de transmissão n T x = (s) R V velocidade de propagação (m/s) D distância física percorrida (m) n nº de bits transmitidos R débito de informação D T P = (s) V 28 14