AULA- CAMADA FÍSICA
CAMADA FÍSICA A camada Física OSI fornece os requisitos para transportar pelo meio físico de rede os bits que formam o quadro da camada de Enlace de Dados. Entrega de quadros pelo meio físico local exige os seguintes elementos da camada Física: Meio físico e conectores ligados Representação de bits no meio físico Codificação de dados e informações de controle Circuito transmissor e receptor nos dispositivos de rede 2
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CAMADA FÍSICA - PADRÕES A International Organization for Standardization (ISO) O Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) O American National Standards Institute (ANSI) A International Telecommunication Union (ITU) A Electronics Industry Alliance/Telecommunications Industry Association (EIA/TIA) Autoridades de telecomunicações nacionais, como a Federal Communication Commission (FCC) nos EUA. 5
FUNÇÕES DA CAMADA FÍSICA As três funções fundamentais da Camada Física são: Os componentes físicos Codificação de dados Sinalização 6
SINALIZAÇÃO A camada Física irá gerar os sinais elétricos, ópticos ou sem fio que representam o "1" e "0" no meio físico. O método de representação de bits é chamado de método de sinalização. 7
MÉTODOS DE SINALIZAÇÃO Os bits são representados no meio alterando uma ou mais das seguintes características de um sinal: Amplitude Freqüência Fase 8
CODIFICAÇÃO Codificação é um método de converter um fluxo de bits de dados em um código predefinido. Os códigos são grupos de bits utilizados para fornecer um padrão previsível que possa ser reconhecido pelo remetente e pelo receptor. Além de criar códigos para os dados, os métodos de codificação na camada física também podem fornecer códigos de controle, como identificar o início e o fim de um quadro. 9
CODIFICAÇÃO MANCHESTER Em vez de representar os bits como pulsos de simples valores de voltagem, no esquema de codificação Manchester, os valores de bit são representados como transições de voltagem. Por exemplo, uma transição de uma voltagem baixa para uma voltagem alta representa um valor de bit 1. Uma transição de uma voltagem alta para uma voltagem baixa representa um valor de bit 0. 10
OS MEIOS DE TRANSMISSÃO Função do hardware (codificação e decodificação). Providenciar que os dados sejam convertidos em variações de energia para efetuar uma transmissão em um meio qualquer; Transparente para os programadores e usuários. Função do software (criar protocolos e tratar erros). Providenciar o tratamento de erros ocorridos na transmissão. 11
OS MEIOS DE TRANSMISSÃO Quais são os meios de transmissão de dados que você conhece? Quais são os que você mais freqüentemente usa? 12
OS MEIOS DE TRANSMISSÃO No nível mais baixo, a comunicação entre computadores ocorre através da codificação da informação em níveis de energia. Para transmitir informações em fios, por exemplo, basta variar os sinais elétricos para diferenciar o bit 0 do 1. Em transmissão de rádio, a variação do campo eletromagnético produzida permite diferenciar o sinal 0 do 1. 13
OS MEIOS DE TRANSMISSÃO 14
OS MEIOS DE TRANSMISSÃO Os principais meios de transmissão conhecidos são: Fios de cobre Fibras de vidro Rádios Microondas Luz lazer Satélite 15
OS MEIOS DE TRANSMISSÃO Podemos observar que os meios de transmissão são divididos emmeiosguiados enãoguiados: Ex. meios guiados: fios, cabo coaxial, fibra de vidro; Ex. meios não guiados: rádio, microondas, infravermelho,etc. A qualidade dos sinais em uma transmissão de dados em telecomunicações são determinados ambos pelas características do meio e do próprio sinal. 16
OS MEIOS DE TRANSMISSÃO 17
CARACTERÍSTICAS DOS MEIOS DE TRANSMISSÃO Nos meios guiados, as limitações são mais influenciadas pela tipo de meio utilizado; Enquanto que nos meios não guiados, a largura de banda produzida pela antena pode determinar a qualidade de uma transmissão. Meios guiados: fios, cabo coaxial, fibra de vidro; Meios não guiados: rádio, microondas, infravermelho,etc. 18
SURGIMENTO DOS MEIOS NÃO GUIADOS Os usuários necessitavam de flexibilidade de acesso ao rádio, internet e telefonia; Novos dispositivos móveis foram surgindo; 19
OS PADRÕES DO MEIO FÍSICO DE COBRE SÃO DEFINIDOS POR: Tipo de cabeamento de cobre utilizado; Largura de banda da comunicação; Tipo de conectores utilizados; Códigos de cor das conexões do meio físico; Distância máxima do meio físico; 20
MEIO FÍSICO DE COBRE O meio físico mais utilizado para a comunicação de dados é o cabeamento que usa fios de cobre para sinalizar dados e controlar bits entre os dispositivos de rede 21
CABO DE PAR TRANÇADO -UTP O cabeamento UTP (Unshielded twisted-pair), conforme utilizado nas LANs Ethernet, consiste em quatro pares de fios coloridos codificados que foram trançados juntos e envolvidos em um revestimento de plástico flexível. Cada um dos 8 fios individuais de cobre no cabo UTP é coberto por material isolante. Além disso, cada par de fios étrançadoem voltade si. Esse tipo de cabo usa apenas o efeito de cancelamento, produzido pelos pares de fios trançados para limitar a degradação do sinal causada poremierfi. O trançado dos fios visa cancelar os sinais não desejados. Quando dois fios de um circuito elétrico são colocados juntos, os campos eletromagnéticos externos criam a mesma interferência em cada fio. Os pares são trançados para manter os fios fisicamente o mais próximos possível. 22
CABO DE PAR TRANÇADO -UTP 23
VANTAGENS Ele é fácil de ser instalado e mais barato que outros tipos de meios de rede. O UTP custa menos por metro do que qualquer outro tipo de cabeamento de redes locais. Tem o diâmetro externo pequeno, Não enche os dutos de cabeamento tão rapidamente quanto outros tipos de cabo. O UTP é instalado usando-se um conector RJ, fontes potenciais de ruído na rede são muito reduzidas e uma conexão bem sólida é praticamente garantida. 24
DESVANTAGENS O cabo UTP é mais propenso a ruído e a interferência elétrica do que outros tipos de meios físicos de rede; A distância entre amplificações dos sinais é menor no UTP do que nos cabos coaxiais e de fibra óptica. 25
CABO DE PAR TRANÇADO -UTP As características elétricas do cabeamento de cobre são definidas pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). OIEEE avalia o cabeamento UTP de acordo com o desempenho. Os cabos são colocados em categorias de acordo com a capacidade de transportar taxas mais elevadas de largura de banda. Por exemplo, o cabo Category 5 (Cat5) é mais utilizado nas instalações 100BASE-TX FastEthernet. Outras categorias incluem o cabo Enhanced Category 5 (Cat5e) e Category 6 (Cat6). 26
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TIPOS DE CABO UTP Cabo Direto (Ethernet) Cabo Cruzado ou Crossover (Ethernet) Cabo Rollover ou de Console 28
CATEGORIAS DOS CABOS 29
CABO STP O cabo de par trançado blindado (STP) combina as técnicas de blindagem, cancelamento e trançamento de fios. Cada par de fios é envolvido por uma malha metálica. Os dois pares de fios são totalmente envolvidos por uma malha ou folha metálica. Geralmente é um cabo de 150 Ohm. Conforme especificado para utilização nas instalações de rede Token Ring, o STP reduz o ruído elétrico dentro dos cabos como ligação dos pares e diafonia. 30
CABO STP O STP reduz também ruídos eletrônicos externos dos cabos, por exemplo a interferência eletromagnética (EMI) e interferência da freqüência de rádio(rfi). O cabo de par trançado blindado compartilha muitas das vantagens e desvantagens do cabo de par trançado não blindado (UTP). O STP oferece maior proteção contra todos os tipos de interferência externa, mas é mais caro e difícil de instalar do que o UTP. 31
CABO STP 32
CABO SCTP Um novo híbrido do UTP como o STP tradicional é o Screened UTP (ScTP), também conhecido como Foil Twisted Pair (FTP). O ScTP é basicamente o UTP envolvido em uma blindagem de folha ou malha metálica. ScTP, como o UTP, também é um cabo de 100 Ohm. É altamente improvável que o verdadeiro cabo STP seja usado em um trabalho de instalação de cabos. 33
CABO SCTP 34
CONSIDERAÇÕES SOBRE O STP E O SCTP Os materiais da blindagem metálica no STP e no ScTP precisam estar aterrados nas duas extremidades. Se o aterramento for feito incorretamente ou se houver qualquer discontinuidade no comprimento inteiro do material blindado, o STP e o ScTP podem se tornar suscetíveis a grandes problemas de ruído. 35
CABO COAXIAL O cabo coaxial consiste em um condutor de cobre envolvido por uma camada de isolamento flexível Sobre esse material de isolamento há uma malha de fios de cobre que atua como o segundo fio do circuito e como uma proteção para o condutor interno. Essa segunda camada, ou proteção, também reduz a quantidade de interferência eletromagnética externa. Sobre esta proteção está o revestimento do cabo. 36
CABO COAXIAL O cabo coaxial oferece muitas vantagens às redes locais. Pode cobrir maiores distâncias que o cabo de par trançado blindado (STP), cabo de par trançado não blindado (UTP), e cabo de par trançado "screened" (ScTP) sem a necessidade de repetidores. O cabo coaxial é mais barato do que o cabo de fibra óptica e a tecnologia é bem conhecida. Ele tem sido usado por muitos anos em vários os tipos de comunicação de dados inclusive televisão a cabo. 37
PROPÓSITO DO CABO COAXIAL O projeto do cabo coaxial foi adaptado devido a diferentes propósitos. O coaxial é um tipo de cabo importante utilizado pelas tecnologias de acesso sem fio e a cabo. O cabo coaxial transporta a energia de radiofrequência (RF) entre as antenas e o equipamento de rádio. O coaxial também é o meio físico mais utilizado para transportar sinais de alta frequência por fio, especialmente sinais de TV a cabo. A TV a cabo tradicional, transmitida de forma exclusiva em uma direção, foi completamente forma Os provedores de serviço a cabo estão, atualmente, convertendo os sistemas unidirecionais para bidirecionais para fornecer conexão à Internet aos clientes. Para fornecer esses serviços, partes do cabo coaxial e dos elementos de amplificação de suporte serão substituídos por cabos ópticos multi-fibra. No entanto, a conexão final e a fiação interna no local do cliente ainda é de cabo coaxial. O uso combinado de fibra e coaxial é conhecido como hybrid fiber coax(hfc).da por cabo coaxial. 38
INTERFERÊNCIAS EXTERNAS 39
LIMITANDO A INTERFERFÊNCIA Seleção de tipos de cabo ou categorias mais adequadas à proteção dos sinais de dados em um determinado ambiente de rede Desenvolvimento de uma infra-estrutura de cabos para evitar fontes conhecidas e potenciais de interferência na estrutura do prédio Utilização de técnicas de cabeamento que incluam a correta manipulação e conexão dos cabos 40
MEIO ÓPTICO O cabeamento de fibra óptica utiliza vidro ou fibras de plástico para orientar os pulsos de luz da origem ao destino. Os bits são codificados na fibra como pulsos de luz. O cabeamento de fibra óptica suporta amplas taxas de largura de banda. A maioria dos padrões de transmissão atuais já se aproximam do potencial de largura de banda desse meio físico. 41
COMPONENTES DE UMA FIBRA É composto de 5 partes. As partes são: o núcleo, o revestimento interno, um buffer, um material reforçante, e uma capa externa. O núcleo é o elemento de transmissão de luz no centro da fibra óptica. é feito de vidro com uma combinação de dióxido de silício (sílica) e outros elementos. Ao redor do núcleo está o revestimento interno. O revestimento interno é também feito de sílica, Ajuda na Propagação do Sinal; Envolvendo o revestimento interno existe um material de buffer que geralmente é plástico. O material de buffer ajuda a proteger o núcleo e o revestimento interno contra danos. O material reforçante envolve o buffer, impedindo que o cabo da fibra seja esticado quando os instaladores o puxem. O material freqüentemente usado é Kevlar, o mesmo material usado para produzir coletes a prova de balas. O elemento final é a capa externa. A capa externa envolve o cabo para proteger a fibra contra abrasão, solventes e outros contaminantes. 42
FIBRA MULTIMODO A parte de uma fibra óptica através da qual os raios de luz se propagam é camada núcleo da fibra; Uma vez que os raios tenham entrado no núcleo da fibra, existe um número limitado de caminhos ópticos que podem ser seguidos pelo raio de luz através da fibra. Estes caminhos ópticos são chamadosmodos. Se o diâmetro do núcleo da fibra for suficientemente grande para que hajam muitos caminhos por onde a luz pode se propagar através da fibra, a fibra é chamada fibra"multimodo". Cada cabo de fibra óptica usado para redes consistem em duas fibras de vidro em revestimentos separados. Uma fibra transporta dados transmitidos do dispositivo A até o dispositivo B. A segunda fibra transporta dados dodispositivobaodispositivoa. Isso proporciona um link de comunicaçãofull-duplex. 43
FIBRA MULTIMODO Um cabo de fibra óptica multimodo padrão usa fibra óptica com um núcleo de 62,5 ou 50 microns e um revestimento interno de 125 microns de diâmetro. Esta é comumente designada como fibra óptica de 62,5/125 ou 50/125 microns. Um micron é um milionésimo de um metro. A fibra multimodo (62,5/125) pode transportar dados a distâncias de até 2000 metros (6.560 ft). 44
FIBRA MONOMODO Consiste nas mesmas partes que o multimodo; A maior diferença entre a fibra multimodo e monomodo é que a monomodo permite que somente um modo de luz se propague através do núcleo menor da fibra óptica; Os núcleos mais comuns são os de nove microns. Uma marcação9/125 no revestimento da fibra monomodo indica que a fibra do núcleo tem um diâmetro de 9 microns e o revestimento interno é de 125 microns em diâmetro; Devido a este desenho, a fibra monomodo é capaz de taxas mais altas de transmissão de dados (largura de banda) e maiores distâncias de lances de cabo que a fibra multimodo. A fibra monomodo pode transportar dados de rede local até 100Km. 45
COMPARAÇÕES 46
FIBRA COMPARADA AO CABEAMENTO DE COBRE Considerando que as fibras utilizadas no meio físico não são condutores elétricos, o meio físico estará imune à interferência eletromagnética e não conduzirá correntes elétricas indesejadas. Pelo fato das fibras ópticas serem finas e terem relativamente uma perda de sinal menor, elas podem operar em distâncias muito maiores do que o meio físico de cobre, sem a necessidade de repetição do sinal. Alguns padrões de fibra óptica permitem distâncias que podem chegar a quilômetros. A implementação do meio físico de fibra óptica inclui: Mais gasto (em geral) do que o meio físico de cobre pela mesma distância (porém, por mais capacidade); Diferentes habilidades e equipamentos exigidos para conectar a infraestrutura dos cabos; Mais cuidado na manipulação do que o meio físico de cobre; 47
MEIOS SEM FIO O meio físico sem fio transmite sinais eletromagnéticos nas frequências de rádio e de microondas que representam os dígitos binários de comunicação de dados. 48
TIPOS DE PADRÕES Padrão IEEE 802.11 - Geralmente conhecido como Wi-Fi, é uma tecnologia Wireless LAN (WLAN) que utiliza a contenção ou sistema não-determinístico com o processo de acesso ao meio físico Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA). Padrão IEEE 802.15 - padrão Wireless Personal Area Network (WPAN), conhecido como "Bluetooth", utiliza um dispositivo de processo em pares para se comunicar a distâncias entre 1 e 100 metros. Padrão IEEE 802.16 - Mais conhecido como WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), utiliza uma topologia ponto-multiponto para fornecer acesso de banda larga sem fio. Global System for Mobile Communications (GSM) - Inclui as especificações da camada Física que permitem a implementação do protocolo Camada 2 General Packet Radio Service (GPRS) para fornecer a transferência de dados pelas redes de telefonia celular móvel. 49
CONECTORES Diferentes padrões da camada Física especificam o uso de diferentes conectores. Esses padrões especificam as dimensões mecânicas dos conectores e as propriedades elétricas aceitáveis de cada tipo para as diferentes implementações nas quais elas serão empregadas. Embora alguns conectores pareçam iguais, eles podem ser conectados de forma diferente, de acordo com a especificação da camada Física para a qual eles foram desenvolvidos. O conector RJ-45 especificado como ISO 8877 é utilizado para várias especificações da camada Física, uma das quais é a Ethernet. Outra especificação, EIA-TIA 568, descreve os códigos de cor dos fios para conectar nos devidos pinos (pinouts) para um cabo direto Ethernet (straight-through) ou um cabo crossover (cruzado). 50
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CONECTOR RJ45 Os padrões EIA/TIA especificam o uso de um conector RJ-45 para cabos UTP. As letras RJ representam Registered Jack, e o número 45 se refere a uma seqüência específica de cabeamento. Um conector transparente RJ-45 mostra oito fios coloridos. Quatro desses fios transportam a voltagem e são denominados "TIP" (T1 a T4). Os outro quatro fios são aterrados e são conhecidos como "RING" (R1 a R4). 52
CONECTORES DE FIBRA ÓPTICA Os conectores de fibra óptica existem em diversas formas. A figura mostra as mais comuns: Straight-Tip (ST) (marca registrada da AT&T) - conector no estilo baioneta muito utilizado com a fibra multimodo. Subscriber Connector (SC) - conector que utiliza o mecanismo pushpull para assegurar a inserção correta. Esse tipo de conector é bastante utilizado com a fibra monomodo. Lucent Connector (LC) - pequeno conector que está se tornando popular para uso com fibras monomodo e também no suporte de fibras multimodo. 53
CONECTORES 54
ESPECIFICAÇÕES DE CABOS Quais são as velocidades para transmissão de dados que podem ser alcançadas quando se usa um determinado tipo de cabo? As transmissões serão digitais ou baseadas em tecnologia analógica? Qual é a distância que um sinal pode percorrer através de um certo tipo de cabo antes que a atenuação desse sinal se torne um problema? 55
ESPECIFICAÇÕES DE CABOS Alguns exemplos de especificações Ethernet relacionadas ao tipo de cabo incluem: 10BASE-T 10BASE5 10BASE2 56
ESPECIFICAÇÕES DE CABOS A 10BASE-T se refere à velocidade de transmissão a 10 Mbps. O tipo de transmissão é banda de base, ou interpretada digitalmente. O T significa par trançado. A 10BASE5-T se refere à velocidade de transmissão a 10 Mbps. O tipo de transmissão é banda de base, ou interpretada digitalmente. O 5 representa a capacidade do cabo de permitir que o sinal transite aproximadamente 500 metros antes que a atenuação venha a interromper a capacidade do receptor de interpretar corretamente o sinal sendo recebido. A 10BASE5 é geralmente conhecida como Thicknet. A Thicknet é na realidade um tipo de rede, enquanto que a 10BASE5 é o cabeamento usado naquela rede. 57
ESPECIFICAÇÕES DE CABOS A 10BASE2 se refere à velocidade de transmissão a 10 Mbps. O tipo de transmissão é banda de base, ou interpretada digitalmente. O 2 em 10BASE2 refere-se ao máximo comprimento aproximado de um segmento ser 200 metros, antes que a atenuação venha a interromper a capacidade do receptor de interpretar corretamente o sinal sendo recebido. O comprimento máximo do segmento é de fato 185 metros. A 10BASE2 é geralmente conhecida como Thicknet. A Thicknet é na realidade um tipo de rede, enquanto que a 10BASE2 é o cabeamento usado naquela rede. 58
SINAIS E RUÍDOS - ATENUAÇÃO A atenuação é a redução da amplitude do sinal ao longo de um link. Longos comprimentos de cabos e altas freqüências de sinais contribuem para uma maior atenuação dos sinais. A atenuação em um cabo é medida por um testador de cabos usando as mais altas freqüências indicadas para o regime do cabo. A atenuação é expressa em decibéis (db) usando números negativos. Os valores db negativos menores indicam um desempenho melhor do link. 59
FONTES DE RUÍDO NOS MEIOS DE COBRE O ruído é qualquer energia elétrica no cabo de transmissão que torna difícil ao receptor a interpretação dos dados enviados pelo transmissor; Diafonia é o efeito pelo qual um sinal transmitido em um circuito ou canal de um fio cria um efeito indesejado em outro circuito ou canal; O cabo de par trançado é desenhado para aproveitar-se dos efeitos da diafonia a fim de minimizar o ruído. Em um cabo de par trançado, um par de fios é usado para transmitir um sinal. O par de fios é trançado para que cada fio sofradiafoniasimilar. Já que um sinal de ruído em um fio aparenta ser idêntico ao do outro fio, o ruído poderá ser facilmente detectado e filtrado no receptor. 60
FLUXO DOS DADOS 61
REFERÊNCIAS Material Cisco Comunicação de Dados e Redes de Computadores - Forouzan 62