A CAMADA FÍSICA. Redes de Computadores. Prof. Gabriel F. C. Campos camposg.com.br

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1 A CAMADA FÍSICA Redes de Computadores Prof. Gabriel F. C. Campos camposg.com.br

2 REDES DE COMPUTADORES Roteiro do curso: Introdução às redes de computadores; Camada Física + Camada de Enlace; Camada de Rede; Camada de Transporte; Camada de Aplicação; Redes sem fio e Redes móveis; Noções de Segurança de Redes.

3 RETOMANDO As redes de computadores são muito úteis As redes se comunicam por protocolos/regras Os protocolos são organizados em camadas. Cada camada oferece serviços à camada superior

4 RETOMANDO Principais modelos: OSI e TCP/IP Camadas em comum: enlace, rede, transporte e aplicação Para toda essa diversidade se comunicar, é preciso padronizar: Entidades de Padronização!

5 CAMADA FÍSICA Camada mais baixa da hierarquia Define as interfaces pelas quais os bits são enviados como sinais pelos canais É o alicerce sobre o qual a rede é construída!

6 CAMADA FÍSICA Três pontos principais: Meios de transmissão (guiados e não guiados) Modulação digital (conversão entre sinais analógicos e bits digitais) Multiplexação (várias conversas no mesmo meio de transmissão e ao mesmo tempo)

7 Cada meio físico possui diferentes características Largura de banda, atenuação, custo, facilidade de instalação, manutenção Dois tipos principais: guiados e não guiados

8 Meios guiados: Par trançado Cabo Coaxial Linha de Energia Elétrica Fibra Óptica

9 Par Trançado: Um dos mais antigos e até hoje um dos mais comuns Pares de fios de cobre encapados em espiral

10 Par Trançado: Esse espiral cria uma barreira eletromagnética que reduz o ruído externo Cada par utiliza um padrão de espiral diferente para evitar a interferência entre os pares Utilizado inicialmente na telefonia e atualmente muito utilizado em LANs

11 Par Trançado: Atinge distâncias típicas de 100 metros Atualmente suporta taxas de até 10Gbps Conector RJ-45

12 Par Trançado: Categorias 1 (1MHz) e 2 (4MHz): telefonia Categoria 3 (16 MHz): até 10 Mbps Categoria 4 (20 MHz): até 16 Mbps Categoria 5 (100 MHz): até 100 Mbps Categoria 5e (100 MHz): até 1 Gbps Categoria 6 (250 MHz): até 1 Gbps Categoria 6a (500 MHz): até 10 Gbps Categoria 7 (600 MHz): até 10 Gbps

13 Vantagens do Par Trançado: Simplicidade Baixo custo do cabo e dos conectores Facilidade de manutenção

14 Cabo Coaxial: Núcleo de cobre circundado por um condutor externo em malha Um material isolante separa os dois Os cabos coaxiais são constituídos de 4 camadas

15 Cabo Coaxial:

16 Cabo Coaxial: Já foi muito usado redes locais Hoje, é usado em circuitos fechados de TV e TV/ Internet via Cabo (NET)

17 Cabo coaxial fino (10Base2): Maleável e, portanto, fácil de instalar Utilizado em Redes Ethernet (Banda Básica) Segmentos de 185 metros Cabo coaxial grosso (10Base5): Menos flexível, o que dificulta a instalação Mais resistente a interferências eletromagnéticas e sofre menos com a atenuação Redes de banda larga (TV e Internet a cabo) Comprimento maior que o coaxial fino (500m)

18 Vantagens do Cabo Coaxial: Melhor blindagem do que o par trançado Atinge maiores distâncias que o par trançado Melhor imunidade contra ruídos e contra atenuação do sinal que o par trançado sem blindagem

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20 Linhas de Energia Elétrica: Linhas de telefone e TV não são as únicas que podem ser reaproveitadas Maior vantagem das linhas de energia elétrica: são muito comuns! A ideia é antiga e o uso seria muito conveniente

21 Linhas de Energia Elétrica: Apesar das dificuldades, é possível! Já existem alguns padrões e vários outros estão em desenvolvimento Fiquem atentos! Pode ser o futuro

22 Fibra Óptica: Fios de vidro tão finos quanto um fio de cabelo Transmitem informação digital ao longo de grandes distâncias Todo o sinal é transformado em luz, com o auxílio de conversores integrados aos transmissores

23 Fibra Óptica:

24 Fibra Óptica: Como os fios são finos, é possível incluir um grande volume deles em um cabo (vantagem sobre o fio de cobre) Capacidade de transmissão bem maior e volume muito menor de circuitos de apoio (repetidores, por exemplo) Usar fibra em links de longa distância acaba saindo mais barato!

25 Fibra Óptica: Outra vantagem - cabos de fibra são imunes a interferência eletromagnética, já que transmitem luz e não sinais elétricos!

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28 Fibra Óptica: A luz viaja através do núcleo, refletindo constantemente na camada de refração (as paredes revestidas de espelhos) Como a camada de refração não absorve nenhuma luz do núcleo, a onda de luz pode viajar grandes distâncias. Entretanto, uma parte do sinal luminoso se degrada dentro da fibra, principalmente em razão de impurezas contidas no vidro

29 Fibra Óptica: Dois tipos de fibra: Monomodo e Multimodo Dois tipos de emissores de luz: Laser e Led

30 Diferenças entre monomodo e multimodo: Dificuldade/facilidade no alinhamento de emendas e conectores Custo da fibra Custo dos componentes agregados (conectores, componentes eletrônicos, etc)

31 Meios não guiados: Rádio Infravermelho Micro-ondas/Satélites Ondas de Luz

32 Rádio: Ondas fáceis de gerar Percorrem longas distâncias Penetram facilmente em prédios Amplamente utilizadas para comunicação

33 Rádio: Ondas de rádio são omnidirecionais, ou seja, viajam em todas as direções a partir da origem Vantagem? O transmissor e o receptor não precisam estar cuidadosa e fisicamente alinhados Desvantagem? Perguntem para a General Motors

34 Infravermelho: Utilizado na comunicação de curto alcance (controle remoto, gameboy, impressoras ) Relativamente direcional, econômico e fácil de montar Não atravessa paredes e é sensível à luz solar Bom para lugares fechados e pequenos!

35 Micro-ondas/Satélites: Trafegam praticamente em linha reta Precisa de alinhamento (parabólicas) Antes da fibra óptica, era a melhor solução para longas distâncias Não atravessa paredes muito bem (diferente do rádio)

36 Micro-ondas/Satélites: Torres com 100m de altura precisam de repetidores a cada 80km Porque?

37 Micro-ondas/Satélites: Ainda é muito usada na telefonia de longa distância, telefones celulares e sinal de televisão Vantagens sobre a fibra: Preço e facilidade de implantação

38 Ondas de Luz: Transmissão óptica não guiada ou óptica do espaço livre Utilizada para comunicação há séculos (lembram do exemplo da lanterna?) Exemplo moderno: conectar as LANs de dois prédios com lasers

39 Ondas de Luz: Um par laser/receptor no telhado de cada prédio Fácil de ser instalado e não precisa de licença (diferente do rádio e das micro-ondas) Dificuldades: Alinhamento, chuva e neblina espessa (bom para naves espaciais!!)

40 Ondas de Luz: Experiência do Tanenbaum

41 Ondas de Luz: Experiência do Tanenbaum

42 Ondas de Luz: Parece meio exótico, mas pode se tornar popular Afinal estamos cercados de emissores e detectores de luz Isso poderia permitir diversos cenários de computação ubíqua! (onipresente)

43 MODULAÇÃO DIGITAL Os meios de transmissão transportam sinais analógicos (variação de tensão, intensidade de luz, intensidade de som ) Para representar bits, precisamos converter esses sinais analógicos para sinais digitais Esse processo é chamado modulação digital! Dois tipos principais: transmissão de banda base e transmissão de banda passante

44 MULTIPLEXAÇÃO É muito mais conveniente usar um único fio para transportar vários sinais do que ter que instalar um fio para cada sinal. Esse processo de compartilhamento é chamado de multiplexação! Exemplo: NET - TV, telefone e internet no mesmo cabo Métodos complexos (divisão de tempo, frequência )

45 MODULAÇÃO DIGITAL Voltando pra modulação Dois tipos principais: Transmissão de banda base Transmissão de banda passante

46 MODULAÇÃO DIGITAL Transmissão de banda base: Converte diretamente os bits em sinal, intuitivo Mais usado para meios guiados Transmissão de banda passante: Regulação de amplitude, fase ou frequência, menos intuitivo Mais usado para meios não guiados

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48 MODULAÇÃO DIGITAL Transmissão de banda base: O método mais simples (NRZ - Non-Return to Zero) é o mais óbvio. É o que acompanha o sinal e pronto Raramente o NRZ é usado sozinho na prática Why?

49 MODULAÇÃO DIGITAL Transmissão de banda base: Para decodificar corretamente, o receptor precisa saber quando um símbolo termina e o próximo começa No NRZ, seria necessário um clock muito preciso para distinguir uma sequência de 15 zeros de uma sequência de 16 zeros Problema!

50 MODULAÇÃO DIGITAL Transmissão de banda base: Solução: Codificação Manchester! Mandar o clock junto e fazer XOR do NRZ com o clock As transições representam 1 e 0 Desperdício de banda, gasta o dobro

51 MODULAÇÃO DIGITAL Transmissão de banda base: Já que a solução são transições Codificação NRZI (Usada em conexões USB 0 é constante, 1 é transição É bom contra sequências de 1, mas não contra sequências de zeros :(

52 MODULAÇÃO DIGITAL Transmissão de banda base: Solução para as sequências de 0?? Mapear sequências de 4 bits para sequências de 5 bits com poucos 0 25% de overhead, melhor que os 100% da manchester

53 MODULAÇÃO DIGITAL Transmissão de banda base:

54 MODULAÇÃO DIGITAL

55 CAMADA FÍSICA FIM! Próxima aula: Camada de Enlace