Camada Física. Exemplo: RS-232 ou EIA-232. Redes Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico. Codificação de Sinais Digitais

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1 Camada Física Redes Nível Físico Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Ativar, manter e desativar transmissões físicas entre duas ou mais entidades do nível de enlace Cuidar da Transferência de bits Definir as características do meio físico e da transmissão do sinal Características mecânicas Tipo de meio, conectores, etc. Características elétricas Níveis elétricos, codificação, etc Características funcionais Como ativar uma transmissão, etc. Prof. Sérgio Colcher colcher@inf.puc-rio.br 2 Equivalente à recomendação V.24 Exemplo: RS-232 ou EIA pinos Bit (menor ou igual a -3 V) e Bit 0 (maior ou igual a +4 V) Transmissão serial (NRZ) Até 20 kbits/seg em até 5 metros de cabo Codificação de Sinais Digitais 3 4

2 Codificação e Transmissão de Sinais Digitais Sinais codificados como diferenças discretas de voltagem, que correspondem a um ou mais bits de informação Transmissão de pulsos ou sinais ajustados às características do canal Transmissão em Banda Básica ou com auxílio de técnicas de modulação Codificação em Banda Básica NRZ (Non-Return to Zero) NRZI (Non-Return to Zero Inverted) Pseudoternary AMI (Alternate Mark Inversion) HDB3 (High Density Bipolar Three Zeros) B8ZS (Bipolar with Eight Zeros Substitution) 4B3T (4-Binary 3-Ternary) Manchester Diferential Manchester Multi-Level Codes 5 6 Codificação em Banda Básica Recuperação do Sinal NRZ Onda de Relógio Bits Sinal NRZ RZ Manchester T Transmissor Intervalos de sinalização Transmissão T Receptor Instantes de amostragem Manchester Diferencial Necessidade de uma referência única de tempo para transmissor e receptor 7 8

3 Transmissão Transmissão O transmissor e o receptor são máquinas de estado que precisam ser sincronizadas (terem seus relógios ajustados em freqüência e fase) Como sincronizar? ) Enviar em um canal separado dos dados o relógio do transmissor O transmissor e o receptor são máquinas de estado que precisam ser sincronizadas (terem seus relógios ajustados em freqüência e fase) Como sincronizar? ) Enviar em um canal separado dos dados o relógio do transmissor 2) Aceitar que pequenas diferenças nos relógios do transmissor e receptor existem e conviver com essas diferenças: Transmissão Assíncrona 9 0 Transmissão Assíncrona Transmissão Serial Assíncrona Start Parity Stop Start Transmissor Receptor Oscilador Oscilador Transmissão serial 2

4 Recuperação do Sinal NRZ Transmissão Assíncrona Transmissor Transmissão Receptor Stop Start Caracter Parity Stop Start T Intervalos de sinalização T Instantes de amostragem Necessidade de uma referência única de tempo para transmissor e receptor Instantes de Amostragem 3 4 Transmissão Transmissão Síncrona O transmissor e o receptor são máquinas de estado que precisam ser sincronizadas (terem seus relógios ajustados em freqüência e fase) Como sincronizar? ) Enviar em um canal separado dos dados o relógio do transmissor 2) Aceitar que pequenas diferenças nos relógios do transmissor e receptor existem e conviver com essas diferenças: Transmissão Assíncrona 3) Enviar dados e relógio juntos em um mesmo canal: Transmissão Síncrona Transmissor Oscilador Codificação Manchester, Manchester Diferencial etc Mecanismo de Recuperação do Receptor Oscilador 5 6

5 Código Manchester Código Manchester Onda de Relógio Bits Sinal NRZ Manchester bit - transição positiva (subida) no meio do intervalo de sinalização do bit bit 0 - transição negativa (descida) no meio do intervalo de sinalização do bit Sinal ON-OFF Manchester 7 8 Código Manchester Diferencial Onda de Relógio Bits Sinal NRZ Meios de Transmissão Manchester Diferencial Tanto o bit 0 quanto o bit possuem uma transição no meio de cada intervalo de sinalização bit - sem transição no início do intervalo de sinalização do bit bit 0 - com transição no inicio do intervalo de sinalização do bit 9 20

6 Meios de Transmissão Classificação transmissão através de meios guiados transmissão sem fio Parâmetros de comparação banda passante limitação geográfica devido à atenuação imunidade a ruídos facilidade para ligações ponto-a-ponto ou multiponto custo confiabilidade Par Trançado 2 22 Par Trançado Par Trançado Sem Blindagem Unshielded Twisted Pair (UTP) Dois fios metálicos (em geral de cobre) enrolados em espiral trançado: tende a manter constante as propriedades elétricas ao longo do caminho de transmissão melhor desempenho que um par em paralelo para distâncias grandes Propriedades dependem do diâmetro, da qualidade dos fios utilizados e do comprimento das tranças taxas de transmissão podem chegar a ordem de gigabits por segundo, dependendo da distância entre os extremos bastante susceptível a ruídos (BLINDAGEM) menor custo por comprimento alta maleabilidade - facilidade de instalação 23 24

7 Par Trançado Blindado Shielded Twisted Pair (STP) Exemplo: Categorias dos Cabos UTP Categoria Largura Máxima de Banda (MHz) Capacidade Máxima (Mbps) Valores considerados para distâncias de até 00 metros Outras propostas de categoria: cat5e, cat6 e cat Cabo Coaxial Cabo Coaxial Condutor cilíndrico interno circundado por tubo metálico (separados por material dielétrico) condutor interno: em geral de cobre tubo metálico: blindagem eletrostática material dielétrico: ar seco ou plástico Popular em TV a cabo Suporta taxas de transmissão mais altas que o par trançado, para uma mesma distância alcança, tipicamante, 0 Mbps em distâncias da ordem de Km Boa imunidade a ruído Custo por comprimento maior que o do par trançado Menor maleabilidade que o par trançado - mais difícil de instalação 27 28

8 Cabo Coaxial Grosso (Thick Coaxial Cable) Cabo Coaxial Fino (Thin Coaxial Cable) Fibra Óptica Fibra Óptica Transmissão de sinais ópticos no domínio de freqüências do infravermelho e da luz visível 0 4 Hz a 0 5 Hz Conceitos para compreensão da comunicação através de fibras índice de refração lei de Snell 3 32

9 Índice de Refração (n) Refração e Lei de Snell Uma das características mais importantes dos materiais no estudo da ótica Definido como a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz nesse material. v n meio = v vácuo meio Como a velocidade da luz em qualquer meio é menor do que a velocidade da luz no vácuo, o índice de refração de qualquer meio é sempre maior do que, tipicamente variando entre e Ângulo de incidência Normal q Ângulo de refração q 2 Meio 2 Meio n > n 2 34 Ao passar para um meio com índice de refração menor, o ângulo do feixe de luz com a normal aumenta em relação ao ângulo de incidência. Para um determinado ângulo de incidência, denominado ângulo crítico, feixes não são mais refratados. Para ângulos maiores do que o ângulo crítico, observa-se apenas o fenômeno da reflexão total do feixe incidente. Lei de Snell n sen = n sen 2 q 2 q Multimodo com índice degrau Multimodo com índice gradual Monomodo (ou SingleMode) 35 Tipos de Fibra Óptica núcleo (sílica ou plástico) Índice de Refração (n),480,460 capa protetora (plástico) 00 µm 40 µm Fibra Óptica Multimodo com Índice Degrau casca (sílica ou plástico) Diâmetro Cabos compostos por filamentos de sílica ou plástico leves e com pequenos diâmetros Banda passante permite taxas altíssimas de transmissão Tbps (em laboratório - 00 x 0 Gbps com WDM) Atenuação não depende da freqüência Imune a interferências eletromagnéticas Isolamento elétrico completo entre transmissor e receptor 36

10 Multimodo com índice degrau Tipos de Fibra Óptica Multimodo com Índice Gradual Tipos de Fibra Óptica Diferentes índices de refração 50m 25m m 25m m Tipos de Fibra Óptica Fibra Óptica Monomodo Diferentes índices de refração 8m 25m 39 40

11 Fontes Luminosas em Fibras Ópticas Diodo Emissor de Luz (Light Emitting Diode - LED) mais barato trabalha em um intervalo de temperaturas maior maior tempo de vida atinge taxas da ordem de 50 Mbps Laser (Injection Laser Diode - ILD) quantidade de comprimentos de onda emitidos é bem menor pulsos com menor largura espectral intensidade alta permite taxas de transmissão e distâncias bem superiores Custo por comprimento mais elevado Ligações complicadas Fibra Óptica Cuidados especiais com a curvatura dos cabos na instalação 4 42 Conector RJ-45 Ligação ao Meio de Transmissão 43 44

12 Conector Token-Ring Conector de Pressão Conector de pressão (MDI) Conector N Macho Terminador 50 Ohm Conector T Conector BNC T Conector BNC Macho Conector T BNC Terminador BNC Macho 50 Ohm 47 48

13 Conector BNC Conectores para Fibra ST, SMA, D4, Biconic, FC, SC, Dx.SC, MIC (FDDI), Escon, etc