Princípios de comunicação de dados Prof. Tiago Semprebom Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Santa Catarina - Campus São José tisemp@ifsc.edu.br 16 de Março de 2010 Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 1 / 24
Sistema de comunicação típico Qualquer sistema de comunicação pode ser caracterizado como a composição de um transmissor, um caminho físico de comunicação (ou meio de transmissão) e um receptor. Transmissor mensagem Receptor meio de comunicação Figura: Modelo básico de comunicação de dados. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 2 / 24
Sistema de comunicação Um sistema de comunicação de dados pode se apresentar de formas diferentes dependendo do tipo da aplicação, mas sempre mantendo sua função básica: transportar informação. Importante: A principal função de um sistema de comunicação de dados é levar a informação de um ponto a outro, independente da quantidade de interferências ou ruídos que o meio de transmissão possa sofrer no decorrer do trajeto. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 3 / 24
Transmissores e Receptores São classificados em: Data Terminal Equipament (DTE) Atua como fonte de informação de um sistema de comunicação e pode transmitir/receber dados através de um canal de comunicação. Ex. Computadores, terminal, roteadores, etc. Data Communication Equipament (DCE) Equipamento que converte sinais para serem transmitidos no meio físico. Ex. um modem. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 4 / 24
Transmissores e Receptores Um equipamento pode ter a função de DTE em um circuito e DCE em outro ou ainda DTE/DCE simultaneamente. Ex.: roteador, normalmente DTE, mas em determinadas situações atua como DCE. Placas de rede: seus tranceivers internos atuam como DTE/DCE pois estão integrados em um mesmo CI. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 5 / 24
Meios de comunicação Em qualquer sistema de comunicação, o sinal se propaga em um meio de transmissão (meio físico) cuja função principal é servir como um canal para que a informação trafegue. Os sistemas de comunicação utilizam quatro meios de transmissão: par trançado (blindado ou não), fibra óptica, cabos coaxiais, rádio. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 6 / 24
Capacidade de transmissão de um canal - MHz Todo sinal transmitido em um sistema de comunicação possui uma característica importante: Banda Passante A banda passante de um sinal é o intervalo de frequências que compõem este sinal. Um sinal de voz, por exemplo, tem uma banda passante de 400 a 4.400 HZ. A banda passante deste sinal é: 4KHz (4.400 Hz - 400 Hz). A taxa de transmissão ou capacidade física de uma canal transmitir é chamada Largura de Banda. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 7 / 24
Sinais Importante: Quanto maior a frequência de um sinal, maior terá que ser a largura de banda do meio para passar este sinal. Largura de banda de um canal é o intervalo de frequências que esta canal tem possibilidade de suportar. Qualquer informação para ser transmitida precisa ser transformada em sinal eletromagnético. Um sinal é a representação elétrica da informação. Podendo ser analógico ou digital. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 8 / 24
Sinais Analógicos Baseia-se em estados continuamente variáveis das ondas eletromagnéticas permitidas pelo meio de comunicação. Entre dois valores quaisques, um sinal analógico pode ter variações infinitas. Exemplos: Ponteiros de um relógio, tensão retirada de uma tomada elétrica. Figura: Sinal analógico. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 9 / 24
Sinais Digitais Um sinal digital varia de forma discreta e possui somente dois valores elétricos, 0 e 1 Exemplos: relógio digital, tensão retirada da saída serial de um PC, comunicação em um computador, etc Figura: Sinal digital. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 10 / 24
Conversão de sinais Sinais digitais consomem grande quantida de largura de banda, enquanto sinais analógico reduzida. Dispositivos que convertem sinais digitais em em sinais analógicos (MODENS). Figura: Conversão de sinal digital para analógico. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 11 / 24
Conversão de sinais Para converter um sinal analógico para digital, utilizamos um dispositivo chamado CODEC (COder/DECoder) Figura: Conversão de sinal analógico para digital. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 12 / 24
Conversão de um sinal analógico para digital Pulse Amplitide Modulation (PAM): Primeira etapa do processo de conversão. Amostragem do sinal analógico Pulse Code Modulation (PCM): Sinal completamente digital, criado apartir da Quantização Amplitude Amplitude Tempo Tempo Sinal analógico Sinal PAM Figura: Conversão PAM (Amostragem). Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 13 / 24
Conversão de um sinal analógico para digital Pulse Amplitide Modulation (PAM): Primeira etapa do processo de conversão. Amostragem do sinal analógico Pulse Code Modulation (PCM): Sinal completamente digital, criado apartir da Quantização Amplitude Amplitude Tempo Tempo Sinal analógico Sinal PAM Figura: Conversão PAM (Amostragem). Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 13 / 24
Conversão de um sinal analógico para digital Amplitude 127 100 75 50 25 000-25 -50-75 -100-127 +27 +40+45 +43 +32-61 -76-69 +86 +127 +110 +65 +58+61 +60+58 +52+30 +13 Tempo Figura: Conversão PCM (Quantização). Quantização Cada amostra PAM é aproximada a um número inteiro de n bits. Exemplo. Amostra +27 = 00011000, nesse caso cada valor é convertido em 8 bits. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 14 / 24
Conversão de um sinal analógico para digital A conversão completa de um sinal analógico para digital através do processo PCM é composta de quatro etapas: PAM, quantização, codificação binária e codificação digital-digital. O processo PCM é realizado pelo CODEC de telefonia para efetuar a conversão analógica para digital de um sinal de voz. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 15 / 24
Conversão de um sinal analógico para digital A conversão completa de um sinal analógico para digital através do processo PCM é composta de quatro etapas: PAM, quantização, codificação binária e codificação digital-digital. O processo PCM é realizado pelo CODEC de telefonia para efetuar a conversão analógica para digital de um sinal de voz. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 15 / 24
Codificação dos sinais transmitidos Para que a informação seja transportada pelo meio físico, ela precisa ser codificada. A função principala da codificação otimizar o uso do canal, Resistir mais aos ruídos, Facilitar a sicronização entre o transmissões e o receptor, Diminui a taxa de erros, utilizar a menor banda passante possível, permitindo o uso de cabos mais simples. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 16 / 24
Codificação dos sinais transmitidos Para que a informação seja transportada pelo meio físico, ela precisa ser codificada. A função principala da codificação otimizar o uso do canal, Resistir mais aos ruídos, Facilitar a sicronização entre o transmissões e o receptor, Diminui a taxa de erros, utilizar a menor banda passante possível, permitindo o uso de cabos mais simples. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 16 / 24
Codificação dos sinais transmitidos Para que a informação seja transportada pelo meio físico, ela precisa ser codificada. A função principala da codificação otimizar o uso do canal, Resistir mais aos ruídos, Facilitar a sicronização entre o transmissões e o receptor, Diminui a taxa de erros, utilizar a menor banda passante possível, permitindo o uso de cabos mais simples. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 16 / 24
Codificação dos sinais transmitidos Para que a informação seja transportada pelo meio físico, ela precisa ser codificada. A função principala da codificação otimizar o uso do canal, Resistir mais aos ruídos, Facilitar a sicronização entre o transmissões e o receptor, Diminui a taxa de erros, utilizar a menor banda passante possível, permitindo o uso de cabos mais simples. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 16 / 24
Codificação dos sinais transmitidos Para que a informação seja transportada pelo meio físico, ela precisa ser codificada. A função principala da codificação otimizar o uso do canal, Resistir mais aos ruídos, Facilitar a sicronização entre o transmissões e o receptor, Diminui a taxa de erros, utilizar a menor banda passante possível, permitindo o uso de cabos mais simples. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 16 / 24
Codificação dos sinais transmitidos Para que a informação seja transportada pelo meio físico, ela precisa ser codificada. A função principala da codificação otimizar o uso do canal, Resistir mais aos ruídos, Facilitar a sicronização entre o transmissões e o receptor, Diminui a taxa de erros, utilizar a menor banda passante possível, permitindo o uso de cabos mais simples. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 16 / 24
Codificação Unipolar Método de codificação muito simples e primitivo. Neste tipo de codificação, os bits 1 são representados por um nível de tensão DC e os bits 0 pela ausência de tensão. Apresenta problema de componente DC e sincronização. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 17 / 24
Codificação Unipolar Método de codificação muito simples e primitivo. Neste tipo de codificação, os bits 1 são representados por um nível de tensão DC e os bits 0 pela ausência de tensão. Apresenta problema de componente DC e sincronização. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 17 / 24
Codificação Unipolar Método de codificação muito simples e primitivo. Neste tipo de codificação, os bits 1 são representados por um nível de tensão DC e os bits 0 pela ausência de tensão. Apresenta problema de componente DC e sincronização. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 17 / 24
Codificação Non Return to Zero (NRZ) Figura: código de linha NRZ-L. NRZ-L: Um nível de tensão associada a cada bit. Tensão elevada (bit 1) e baixa tensão (bit 0). NRZ-I: Mantém constante o pulso de tensão com a duração de 1 bit time. A transição 1-0 ou 0-1 no início de cada bit time significa o binário 1, enquanto nenhuma transição significa binário 0. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 18 / 24
Codificação Return to Zero (NRZ) A frequência máxima gerada pela codificação NRZ é igual a metade da taxa de transmissão (2 bits/hz). O nível de tensão retorna sempre ao nível zero após uma transição provocada pelos dados transmitidos (no meio da transmissão do bit). Geralmente um bit 1 é representado por um nível elevado, mas no meio da transição do bit, o nível retorna para zero. Devido a este fato a frequência máxima gerada é o dobro da NRZ, sendo igual a taxa de transmissão (1 bit/hz). Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 19 / 24
Codificação bifásica - Manchester Figura: código de linha Manchester. Bits 1 - Transição de nível alto para baixo no meio do bit. Bits 0 - Transições de nível baixo para nível alto também no meio do bit. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 20 / 24
Codificação bifásica - Multi-Level Transition - MLT-3 Figura: código de linha MLT-3. Apresenta três níveis, com o bjetivo de diminuir a banda passante necessária para transmitir sinais digitais com altas taxas de transmissão. Alteração do nível do sinal a cada ocorrência de um bit alto (1). Nos bits baixos não há transição de nível. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 21 / 24
Codificação bifásica - Multi-Level Transition - MLT-3 Utilizado pelas redes IEEE 802.3 de 100 Mbps. Para evitar perda de sincronismo devido a sequência de zeros, antes de iniciar a cod MLT-3, o sinal é embaralhado através do mapeamento de 4 bits em 5 (4B5B). Apesar do embaralhamento aumentar a taxa de transmissão (em um sinal de 100 Mbps a taxa passa para 125 Mbps) o MLT-3 compensa esse aumento. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 22 / 24
Codificação bifásica - Pulse Amplitude Modulation 5 2 2 = 4 níveis rep. do símbolo 1V 0,5 V -0,5 V -1 V 11 10 01 00 1V -1 V -1 +1 11-1 +1 +1-1 -1 +1 2 1 = 2 níveis rep. do símbolo 01-1 +1 +1-1 10 +1-1 00 +1-1 Figura: código de linha PAM-5. Neste código os bits são pareados e cada para é representado por um nível de tensão diferente O padrão Gigabit Ethernet (IEEE 1000BaseT) utiliza código de linha PAM5. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 23 / 24
Categorias do Cabeamento Estruturado Os sistema de cabeamento estruturado são categorizados conforme sua banda passante. Segundo a nomenclatura TIA/EIA 568-B: Categoria 3 4 5 5e 6 7 16 MHz 20 MHz 100 Mhz Banda Passante em 100 m 125 Mhz com restrições elétricas para os componentes 250 Mhz 500 Mhz (Categoria ainda não normalizada) Utilização Redes Ethernet 10BASET. Até 10 Mbits. Redes Token Ring 20 Mbps. Redes Fast Ethernet 100 Mbps. Redes Gigabit Ethernet 1000BASE-T Full-Duplex em 4 pares. Redes Gigabit Ethernet 1 Gpbs Dois pares para transmissão e dois para recepção. Redes 10 Gbps Ethernet de 100m usando fio de cobre. Figura: Categorias da norma EIA/TIA 568-B. Prof. Tiago (IFSC) Cabeamento Estruturado 16 de Março de 2010 24 / 24