Meios de Transmissão de Dados

Transcrição

1 Meios de Transmissão de Dados O meio de transmissão de dados serve para oferecer suporte ao fluxo de dados entre dois pontos. Computadores em rede ficam interligados por meio de fios elétricos, fibras ópticas, ondas de rádio ou raios de luz e nas redes com fio, pode-se utilizar o par trançado ou cabo coaxial. Cabo de Par Trançado Cabo de Par Trançado O cabo de par trançado é formado de pares de fios entrelaçados, separados por material isolante, que normalmente são recobertos por uma proteção de PVC (Poly VinylChloride). Cada par constitui um condutor positivo (normalmente um fio de cor laranja, verde, azul ou marrom) e negativo (normalmente de cor branca), que ao serem dispostos como estão geram um campo eletromagnético que faz o papel de barreira contra interferências externas, reduzindo a diafonia (ruídos provocados pelos sinais elétricos que trafegam em sentidos opostos).

2 Cabos de Par Trançado não Blindado (UTP) Geralmente combina quatro tipos de pares de fios dentro da mesma capa externa. Cada par é trançado com um número diferente de voltas por polegada. Essetrançamento evita o ruído elétrico dos pares adjacentes e de outras interferências do meio. Embora ele pareça externamente com os cabos de telefone, estes não servem para transportar dados. Os cabos sem blindagem são chamados de UTP (Unshielded Twisted Pair, que significa, literalmente, cabo de par trançado sem blindagem ). Velocidade e Fluxo: Rápido o Bastante Custo Médio por Nó: O Mais Barato Mídia e Tamanho do Conector: Pequeno Comprimento do Cabo: Curto Cabos de Par Trançado Blindado (STP) A maioria dos Cabos de Par Trançado Blindado (STP Shielded Twisted Pair) utilizam um encapsulamento de PVC, o que, no entanto, não é indicado em instalações próximas à dutos de ar, já que este material emite gases tóxicos quando é inflamado (nesses casos outro material deve ser utilizado, normalmente teflon). Usado apenas para especificações das redes locais Token-Ring, utiliza um tecido de cobre trançado, um envoltório metálico entre e em volta dos pares de fios, para oferecer alto grau de proteção contra corrente elétrica externa. Velocidade e Fluxo: Rápido o Bastante Custo Médio por Nó: O Mais Barato Mídia e Tamanho do Conector: Pequeno

3 Comprimento do Cabo: Curto Em redes de computadores encontramos três tipos de cabos de par trançado, que são classificados quanto à sua amperagem: nível 3 (para redes de até 10 mbps, padrão 10BaseT para redes Ethernet), nível 4 (16 mbps, padrão 16BaseT, pouco utilizado) e nível 5 (100 mbps, padrão 100BaseT). O último é mais comum, sendo o mais indicado para a maioria das instalações, como LANs que interligam salas de aula e escritórios. O conector utilizado em redes de computadores baseadas no cabo de par trançado é o RJ-45 (similar ao conector RJ-11, de aparelhos telefônicos), macho para os segmentos de par trançado e fêmea para as placas de rede. Este conector possui oito pinos internos: T2, R2, T3, R1, T1, R3, T4, R4, sendo que em redes que operam com uma taxa de até 10 mbps são utilizados os conectores T2, R2, T3 e R3, logo será necessário um cabo com dois pares de fios (nível 3). Em redes de 100 mbps utilizamos os oito conectores, e quatro pares de fios (nível 5). O cabo de par trançado é economicamente mais viável do que o cabo coaxial, e sua instalação também é mais fácil. Essas vantagens associadas a sua predisposição contra ruídos internos e/ou externos torna cada vez menos popular a implementação de cabos coaxiais nas redes locais, principalmente em redes padrão Ethernet (a qualidade de transmissão depende muito do material condutor, sendo o cobre o mais indicado). Redes cliente-servidor já não utilizam cabos coaxiais, mesmo porque HUBs com conectores BNC fêmea estão gradativamente saindo do mercado. O HUB é um equipamento necessário em redes cliente-servidor, e mesmo em redes ponto-a-ponto baseadas em cabos de par trançado, que concentra todos os segmentos da rede. É por isso que não existem conectores de terminação para este tipo de cabo, cabos coaxiais necessariamente não precisam

4 de um concentrador, os de par trançado sim. Os cabos blindados, por sua vez, se dividem em três categorias: FTP, STP e SSTP. Os cabos FTP (Foiled Twisted Pair) são os que utilizam a blindagem mais simples. Neles, uma fina folha de aço ou de liga de alumínio envolve todos os pares do cabo, protegendo-os contra interferências externas, mas sem fazer nada com relação ao crosstalk, ou seja, a interferência entre os pares de cabos: Cabo FTP Os cabos STP (Shielded Twisted Pair) vão um pouco além, usando uma blindagem individual para cada par de cabos. Isso reduz o crosstalk e melhora a tolerância do cabo com relação à distância, o que pode ser usado em situações onde for necessário crimpar cabos fora do padrão, com mais de 100 metros: Cabo STP Finalmente, temos os cabos SSTP (Screened Shielded Twisted Pair), também chamados de SFTP (Screened Foiled Twisted Pair), que combinam a blindagem individual para cada par de cabos com

5 uma segunda blindagem externa, envolvendo todos os pares, o que torna os cabos especialmente resistentes a interferências externas. Eles são mais adequados a ambientes com fortes fontes de interferências: Cabo SSTP Para melhores resultados, os cabos blindados devem ser combinados com conectores RJ-45 blindados. Eles incluem uma proteção metálica que protege a parte destrançada do cabo que vai dentro do conector, evitando que ela se torne o elo mais fraco da cadeia Categorias de Cabos Par Trançado Hoje em dia, os cabos de pares trançados mais usados são os não blindados, nas seguintes classificações e características: Categoria 3 / Classe C = 16 MHz, utilizado em ligações de até 10 Mbps; Categoria 4 / Classe B = 20 MHz, utilizado em ligações de até 16 Mbps, utilizado em redes Token Ring e Ethernet; Categoria 5 / Classe D = 100 MHz, utilizado em ligações de até 100 e 1000 Mbps; Categoria 5e = Existe de 100/110/125/155 MHz, utilizado em ligações de até 100 e 1000 Mbps, com alcance de até 100 metros; Categoria 6 / Classe E = 250 MHz, utilizado em ligações de até 10 Gbps, com alcance de até 55 metros; Categoria 6a = 500 MHz, utilizado em ligações de até 10

6 Gbps, com alcance de até 100 metros; Categoria 7 / Classe F = 500/600 MHz, utilizado em ligações de até 100 Gbps; Cabo Coaxial Cabo Coaxial O cabo coaxial é constituído de dois condutores dispostos axialmente (na forma de eixo), separados entre si e envoltos por material isolante. O condutor interno, mais rígido, é feito de cobre e pode ser torcido ou sólido (o condutor sólido é mais indicado em redes locais, já que os dados fluem com mais facilidade num meio homogêneo). O condutor externo é uma malha metálica que, além de atuar como a segunda metade do circuito elétrico, também protege o condutor interno contra interferências externas (campos eletromagnéticos estranhos). Quando esta malha externa é feita de alumínio o cabo coaxial é dito cabo coaxial grosso (especificação RG-213 A/U), ou de banda larga, pois possui uma resistência de 75 ohms, transmitindo dados numa velocidade de até 10 mbps (megabits por segundo) à freqüência de 10 ghz (gigahertz). Os cabos coaxiais de banda larga obedecem ao padrão 10Base5, e

7 são muito utilizados em circuitos internos de TV. Este tipo de cabo é indicado para instalações externas, como aquelas que fazem a conexão de redes de computadores situadas em diferentes prédios num mesmo campus universitário. Se a malha externa for de cobre a resistência obtida é de 50 ohms, o que permite a transmissão de dados à velocidade de 10 mbps a uma freqüência de 2 ghz. Este cabo é chamado de cabo coaxial fino (especificação RG-58 A/U), ou cabo coaxial de banda base. Este tipo de cabo obedece ao padrão 10Base2, sendo utilizado em redes padrão Ethernet com baixo escopo de atuação. Existem cinco tipos de conectores para serem utilizados com cabos coaxiais em redes de computadores: conector BNC, padrão macho para as pontas do cabo coaxial e fêmea para as placas de rede (que, ao serem instaladas, atrelam as estações de trabalho à rede); conector BNC tipo T, liga dois conectores BNC macho (dois segmentos de cabo coaxial, cada um com destino a uma outra estação) ao conector BNC fêmea da placa de rede, logo é formado de duas entradas (BNC fêmea) e uma saída (BNC macho); conector BNC tipo I, que serve para ligar as extremidades de dois segmentos de cabo coaxial, muito utilizado para aumentar a distância entre um nó e outro; conectortransceiver (ou conector Vampiro ) que serve para ligar um cabo coaxial grosso à estação; e finalmente conector BNC de terminação, ou simplesmente terminador, que deve ser colocado na extremidade final localizada no último segmento de rede. Uma atenção especial deve ser dada à este último conector. Numa rede padrão Ethernet os dados trafegam serialmente através de uma linha única de dados, linha esta hora formada pelos segmentos de cabo coaxial, hora pelos conectores que fazem a ligação destes com as placas de rede ou entre si. De modo a evitar que um sinal seja refletido de volta ao se chocar na extremidade da rede, utilizamos os terminadores, que absorvem os sinais para um perfeito casamento de impedância. Esses terminadores podem ser de 50 ou 75 ohms, variando de acordo com o cabeamento.

8 Os cabos coaxiais possibilitam uma taxa de transferência de até 10 mbps, e se forem instalados adequadamente oferecem uma boa resistência contra interferências externas, ou ruídos (EMI Eletromagnetic Interference, Interferência Eletromagnética; RFI Radiofrequency Interference, Interferência de Radiofreqüência). Não obstante, o seu processo de instalação é mais complicado e também tem custo elevado. Velocidade e Fluxo: Muito Rápido Custo Médio por Nó: Não muito Caro Mídia e Tamanho do Conector: Médio Comprimento do Cabo: Médio Fibra Óptica Fibra Óptica O inventor da fibra óptica foi um indiano chamado Narinder Singh. Na década de 60 as fibras ópticas tiveram aplicação prática devido ao aparecimento dos LEDs, fontes de luz de estado sólido inclusive a luz do tipo laser. As fibras ópticas começaram a ser fabricadas comercialmente em 1978 e nos anos 80 elas foram substituindo os cabos coaxiais. No Brasil o uso da fibra óptica foi iniciado com a implantação dos backbones (conexão de grande

9 porte, espinha dorsal na qual se ligam diversas redes). O cabo de fibra óptica possui um filamento condutor interno feito de substância derivada de material vítreo ou plástico, revestida por um material com baixo índice refratário, normalmente silicone ou acrilato. Podemos ter um agrupamento de fibras envoltas por gel, encapsuladas num revestimento secundário de náilon e, finalmente, uma capa externa de PVC. A tecnologia empregada em cabos de fibra óptica é muito complicada se comparada com a que é empregada em cabos coaxiais. Seu custo de produção ainda é elevado, e sua instalação também requer a utilização de equipamentos sofisticados. Por isso, a fibra óptica não é tão empregada em redes locais como o cabo coaxial ou o cabo de par trançado. Dois problemas oferecidos: a conexão com a fibra óptica é ponto-a-ponto, não podemos espetar um novo segmento de rede a um que já existe, como se faz com cabos coaxiais; o cabo de fibra óptica também não pode apresentar uma curvatura intensa, primeiro porque ele quebra com facilidade, e segundo porque o sinal emitido poderia chocar-se com a superfície do revestimento e ser refletido, interferindo na transmissão. Os dados trafegam pela fibra óptica, como o próprio nome indica, na forma de sinais luminosos que são gerados ou por tecnologia laser (Light Amplification by StimulatedEmission of Radiation) ou por um diodo emissor de luz (LED Light Emissor Diode). Tirando o alto custo e a dificuldade de instalação (os repetidores de sinal devem ser colocados numa faixa que pode ir de dois a cem quilômetros, de acordo com as especificações) a fibra óptica apresenta, na prática, uma série de vantagens com relação ao cabo coaxial e cabo de par trançado. Primeiro a velocidade de transmissão, conseguimos taxas de até 16 tbps (terabits por segundo, ou 16 trilhões de bits por segundo), operando à freqüências de até 800 terahertz. Outra vantagem é a economia de espaço (nesse aspecto a fibra óptica facilita o processo de instalação).

10 Um cabo de um centímetro de diâmetro pode comportar 144 fibras, possibilitando até oito mil conversações simultâneas em ambos os sentidos de transmissão. Por último, a fibra óptica é totalmente imune às variações eletromagnéticas externas, o que torna a transmissão altamente confiável. Ambientes sujeitos a uma variação extrema de ruídos EMI e/ou RFI requerem a implementação de redes de computadores baseadas em fibra óptica. A tendência atual é que nos próximos anos ocorra uma queda brusca de preços nas tecnologias envolvidas com este tipo de cabeamento. Os cabos de fibra óptica utilizam o fenômeno da refração interna total para transmitir feixes de luz a longas distâncias. Um núcleo de vidro muito fino, feito de sílica com alto grau de pureza é envolvido por uma camada (também de sílica) com índice de refração mais baixo, chamada de cladding, o que faz com que a luz transmitida pelo núcleo de fibra seja refletida pelas paredes internas do cabo. Com isso, apesar de ser transparente, a fibra é capaz de conduzir a luz por longas distâncias, com um índice de perda muito pequeno. O núcleo e o cladding são os dois componentes funcionais da fibra óptica. Eles formam um conjunto muito fino (com cerca de 125 microns, ou seja, pouco mais de um décimo de um milímetro) e frágil, que é recoberto por uma camada mais espessa de um material protetor, que tem a finalidade de fortalecer o cabo e atenuar impactos chamado de coating, ou buffer. O cabo resultante é então protegido por uma malha de fibras protetoras, composta de fibras de kevlar (que têm a função de evitar que o cabo seja danificado ou partido quando puxado) e por uma nova cobertura plástica, chamada de jacket, ou jaqueta, que sela o cabo. Cabos destinados a redes locais tipicamente contêm um único fio de fibra, mas cabos destinados a links de longa distância e ao uso na área de telecomunicações contêm vários fios, que compartilham as fibras de kevlar e a cobertura externa.

11 A transmissão de dados usando sinais luminosos oferece desafios, já que os circuitos eletrônicos utilizam eletricidade e não luz. Para solucionar o problema, é utilizado um transmissor óptico, que converte o sinal elétrico no sinal luminoso enviado através da fibra e um receptor, que faz o processo inverso. O transmissor utiliza uma fonte de luz, combinada com uma lente, que concentra o sinal luminoso, aumentando a percentagem que é efetivamente transmitida pelo cabo. Do outro lado, é usado um receptor ótico, que amplifica o sinal recebido e o transforma novamente nos sinais elétricos que são processados. Para reduzir a atenuação, não é utilizada luz visível, mas sim luz infravermelha, com comprimentos de onda de 850 a 1550 nanômetros, de acordo com o padrão de rede usado. Antigamente, eram utilizados LEDs nos transmissores, já que eles são uma tecnologia mais barata, mas com a introdução dos padrões Gigabit e 10 Gigabit eles foram quase que inteiramente substituídos por laseres, que oferecem um chaveamento mais rápido, suportando, assim, a velocidade de transmissão exigida pelos novos padrões de rede. Existem padrões de fibra óptica para uso em redes Ethernet desde as redes de 10 megabits. Antigamente, o uso de fibra óptica em redes Ethernet era bastante raro, mas com o lançamento dos padrões de 10 gigabits a utilização vem crescendo, com os links de fibra sendo usados sobretudo para criar backbones e links de longa distância. Via Satélite

12 Satélite Há mais de quatro décadas utilizam-se satélites em sistemas de comunicação. Os satélites de comunicação foram os primeiros satélites utilizados comercialmente, para prover serviços de transmissão principalmente de rádio, TV, telefonia e dados. Sendo a sua utilização em sistemas de radiodifusão de televisão a aplicação mais comum. No entanto, o seu uso em comunicação de dados também não é uma aplicação muito recente, já que desde o início da Internet as primeiras conexões intercontinentais usavam enlaces de satélites. Podemos classificar os satélites quanto à sua órbita em: GEOS Geostationery Earth Orbit Satelities Em sua grande maioria os satélites usados comercialmente são do tipo GEOS. Os satélites desta classificação são denominados satélites geoestacionários. Eles são colocados em uma órbita denominada Órbita dos Satélites Geoestacionários OSG. A OSG é uma órbita circular, equatorial e direta, ou seja, sua velocidade de translação é igual à de rotação da Terra, e deve ter uma altitude de aproximadamente Km. Nesta órbita, para os olhos de um observador na terra, o satélite parece fixo no espaço.

13 LEO Low Earth Orbit Satelities Os LEOS são satélites localizados mais próximos da Terra e, portanto movem-se em relação à mesma. Esse tipo de satélite é utilizado em aplicações de auxílio à navegação, sensoriamento remoto e militares e comunicações móveis onde não se exige que a área de cobertura seja fixa. Como exemplo pode-se citar o Sistema Globalstar, para serviços de voz, dados, paging, correio eletrônico, composto de 48 satélites em oito órbitas a Km. MEO Medium Earth Orbit Satelities Na busca por valores intermediário para os parâmetros de latência e área de cobertura, surgiram os satélites MEO, como um meio termo entre os GEOs e o LEOs. Operam na altitude de a Km. A maioria dos projetos para uso dos satélites LEO / MEO está prevista para operar apenas dentro de alguns anos. Temos como exemplo o Sistema Teledesic financiado por Bill Gates, Motorola, entre outros, com previsão para início das operações em A internet via satélite já é realidade no Brasil. O uso de satélites em soluções de acesso a Internet para usuários finais é uma aplicação relativamente recente, mas muitos estudos e investimentos têm sido feitos, principalmente no sentido de adaptar a tecnologia de comunicação via satélite, criada para radiodifusão, à interatividade típica das aplicações cliente servidor da Internet. Outra adaptação foi feita no protocolo TCP, já que na sua concepção original não foi considerado a sua utilização em sistemas de latência muito elevada, especialmente com taxas de erros e perdas de pacotes substanciais, fatores presentes na comunicação via satélite.

14 Infravermelho Um outro tipo de meio de transmissão sem fio baseia-se na luz infravermelha. Funciona basicamente como o sistema de comunicação utilizando fibra ótica, porém o feixe é transmitido através do espaço livre (ondas luminosas) ao invés da fibra de vidro. O sinal é convertido em formato digital e transmitido pelo espaço livre. Infrared Data Association (IrDA) é uma definição de padrões de comunicação entre equipamentos de comunicação wireless. As tecnologias classificadas como transmissão infravermelha enquadram-se nas seguintes categorias: Ponto a ponto Broadcast Benefícios da tecnologia de comunicação infravermelha: Velocidades do canal completo Fácil instalação Segurança Compatibilidade com interfaces de cobre e fibra Baixo custo Ambientes internos e externos Latência zero a distância Transparência a redes ou protocolos Baixa manutenção Disponibilidade operacional de 99,9% Tipo de barramento que permite a conexão de dispositivos sem fio ao microcomputador (ou equipamento com tecnologia apropriada), tais como impressoras, telefones celulares, notebooks e PDAs. Para computadores que não possuem infravermelho (IRDA) é necessário um adaptador ligado a porta USB do computador, desta maneira este computador poderá trocar arquivos com

15 qualquer outro equipamento que possui infravermelho (IRDA). O adaptador infravermelho (IRDA) é um padrão de comunicação sem fio para transmissão de dados entre outros dispositivos, não possui memória interna e portanto não armazena os dados, apenas os transfere de um equipamento para outro servindo apenas como uma ponte. Velocidade O IRDA em celulares chega de 5 a 10 kbps, dependendo da distância. Padrões: com taxas de transmissão de até bps 1 com taxas de transmissão de até bps (4 Mbps). As transmissões são feitas em half-duplex. A transmissão de dados sem fio ( Wireless ), está tornando-se possível entre computadores pessoais e periféricos através de IrDA (infravermelho). Existe uma oportunidade para a comunicação sem fios de alcance pequeno efetiva e barata em sistemas e dispositivos de todos os tipos. Os padrões de IrDA foram desenvolvido rapidamente (comparados a outros padrões). Porém não tem alcançado todos os cantos do universo em sistemas e periféricos. Este papel deve-se a uma avaliação dos protocolos de IrDA com comentários no uso em sistemas e periféricos. A Associação de Dados Infravermelha (IrDA) é um grupo indústria de mais de 150 companhias que especialmente desenvolveram padrões de comunicação serviram para baixo custo, alcance pequeno, independência de plataforma, comunicações de ponto para ponto a um alcance largo de velocidades. Estes padrões foram implementados em várias plataformas de computador e mais recentemente ficou disponível para muitas aplicações. Por causa da larga aceitação, as especificações de IrDA estão agora em um rasto acelerado para adoção como padrões de ISO.

16 Rádio Frequência A transmissão de sinais via rádio frequências (RF) é um assunto que deveria ser dominado por todo profissional que desenvolve trabalhos na área de segurança ou investigação. Afinal, estes profissionais deveriam saber diferenciar entre uma transmissão UHF de uma VHF ou mesmo de uma em VLF. Pois, frequentemente fazemos uso de equipamentos que se utilizam de transmissões RF como celulares, rádios comunicadores, escutas ambientes e micro câmeras, só para dar alguns exemplos. Transmissões de rádio frequências são aquelas cujo canal de transmissão é o ar. As ondas de rádio viajam como as ondas do mar. O sinal pode ser refletido em paredes, enviando múltiplos e algumas vezes versões distorcidas do mesmo sinal para o usuário, causando interferência ou outras formas de recepções pobres ou distorcidas. Rádio transmissores são sujeitos a interferência devido a: relâmpagos, reflexões em prédios ou outras superfícies, ou transmissões ou freqüências adjacentes. O resultado é uma freqüência pobre ou uma transmissão de dados truncada gerando a necessidade de repetir informação para estar certo que ela foi recebida. Transmissões de rádio podem se sobrepor, possibilitando que duas conversações sejam ouvidas ao mesmo tempo.