Redes de Computadores Meios de Transmissão

1. Redes de ComputadoresMeios de Transmissão Ely Edison Matos ely.matos@ufjf.edu.br ago2003

2. Meios de Transmissão • Investimentos em cabeamento e estruturação do meio de transmissão são permanentes enquanto os softwares estão em constante evolução • Necessidade de critério para alcançar qualidade • O mais sofisticado hardware, a estação RISC mais potente, a workstation SUN mais cara e até o mais humilde dos 386 ficarão em pé de igualdade se um simples fio estiver com mal contato

3. Características • Sinais eletromagnéticos • Banda passante (bandwidth) • Conexão ponto a ponto ou multiponto • Limitação geográfica devido à atenuação típica do meio • Imunidade a ruído (interferências) • Custo • Disponibilidade de componentes • Confiabilidade

4. Classificação • Qualquer meio físico é passível de ser usado em uma rede. • Transmissão com cabos • Par trançado (TP – Twisted Pair) • blindado ou não • Cabo coaxial • Fibra ótica • múltiplas fibras ou uma fibra por cabo • Transmissão sem cabos (wireless) • Radiodifusão • Infravermelho • Enlaces de satélite e microondas

5. Par Trançado (TP) • Tipos • UTP (UnTwisted Pair): sem blindagem • STP (Shielded Twisted Pair): com blindagem • Composto de pares de fios trançados entre si • cada par é isolado de outro par (se existirem múltiplos pares juntos em um único cabo) • a trança reduz a diafonia (crosstalk) por auto-indução • mantém as propriedades elétricas constantes em toda a extensão do fio • Cobertura externa dá maior resistência de tração aos elementos • A proteção é obtida através do cancelamento de indução

6. Par Trançado (TP) • Vantagens • permitem transmissão analógica ou digital • baixo custo e facilidade de instalação • menor dimensão permitindo maior número de pares em uma tubulação • banda passante até 10 Mbits em boas condições de instalação podendo chegar atualmente a 100 Mbits • é adequado até freqüências de 100Mhz no máximo • usa conectores RJ-45 (UTP) e conectores Delco blindados (STP) • integra-se à filosofia de hubs • menos sujeito a CrossTalk (somente STP)

7. UTP • Cabeamento com 2 ou mais pares • Versão para voz e dados • Especificação IBM tipo 3 e tipo 4 • Categorias de cabos UTP • cabo 100 ohms c/ condutor de corpo sólido 24 AWG • Distância máxima de 100m • Suporta redes Ethernet, Token Ring, ARCNet • Conexão ponto a ponto

8. Categorias de cabos UTP Categoria 1 cabeamento telefônico, não pode ser usada para dados Categoria 2 Transmissão em redes até 4 Mbps (atualmente não é usado) Categoria 3 Especificação EIA/TIA-568. Cabos e hardware com características de transmissão até 16 MHz. Utilização típica em taxas até 10 Mbps Categoria 4 Cabos e hardware com características de transmissão até 20 MHz. Utilização típica em taxas até 16 Mbps Categoria 5 Cabos e hardware com características de transmissão até 100 MHz. Utilização típica em taxas até 100 Mbps Baixa capacitância podendo ser usado em ATM, CDDI, FastEthernet Categoria 6 Cabos e hardware com características de transmissão até 250 MHz

9. STP • Possuem blindagem de folha ou malha de fios de cobre envolvendo cada par • Segundo as especificações IBM temos os seguintes tipos • Tipo 1: 2 pares para dados, 16 Mbps • Tipo 2: 2 pares para dados e 4 pares para voz • Tipo 6: 2 pares para dados • Tipo 9: 2 pares para dados, a prova de fogo

10. STP • A blindagem reduz a indução e emissão de EMI (Interferência eletromagnética gerada por cabos adjacentes) e RFI (Interferência de radiofrequência - ondas de rádio ambientes) • Sem EMI e RFI temos maiores taxas de dados • Podemos alcançar distâncias maiores com boa tolerância

11. Cabo Coaxial • É formado por um condutor interno envolvido por um isolante (dielétrico) e um condutor externo que atua como blindagem contra ruído eletromagnético • Mantém uma capacitância constante permitindo altas taxas de transmissão sem necessidade de regenerar o sinal em curtas distâncias (repetidores) e sem ecos ou distorções • A maioria dos sistemas de banda base usam os cabos de 50 ohms com blindagem de malha de fios de cobre, muito diferentes dos cabos de CATV que tem uma impedância de 75 ohms (a malha de blindagem é composta de uma capa de alumínio)

12. Cabo Coaxial • RG 58 C/U • R = radio freqüência • G = governamental • 58 = sistema numérico de identificação • C = qual a revisão do sistema de codificação • /U = qualificação Universal para todas as áreas militares

13. Cabo Coaxial • Cabo coaxial thickwire (grosso) • tipo RG-8/11 • suporta padrão Ethernet 10Base5 • segmentos de até 500 metros • conexão por transceivers e cabos transceptores • 10 Mbps

14. Cabo Coaxial • Cabo coaxial ThinWire (fino) • Tipo RG-58 • Suporta o padrão Ethernet 10Base2 • Segmentos de até 185 metros (200 m) • Conexão por BNC • a conexão é multiponto através de conectores tipo T (chamados TAPS) • Bastante usada em redes ponto a ponto

15. Cabo Coaxial • É necessário um terminador com a mesma impedância do cabo para evitar eco • O grande inconveniente para as conexões com cabo coaxial tipo ponto a ponto é que uma falha ou desconexão em um ponto qualquer da rede provoca a queda de toda a rede • As tendências mostram a preferência pelos cabos UTP e STP em detrimento dos coaxiais

16. cobertura casca núcleo Fibra Ótica • Enquanto os fios de cobre transmitem elétrons, a fibra ótica transmite sinais de luz dentro do espectro do infravermelho (1012 e 1014 GHz) • A fibra ótica usa o fenômeno da refração em um material de sílica bastante puro

17. Refração no ponto de entrada Luz 900 Reflexão na casca (cladding) Fibra ótica Material: Vidros (para telecomunicação) e plásticos (somente para curtas distâncias pois tem alta impedância ótica)

18. n2 q/n1 n1 q Fibra ótica • Transmissão de luz • Um feixe de luz incide exatamente a 90 graus da superfície do fio • Este fio esta coberto por um material com índice de refração superior • A luz incidente irá se refletir ao longo da linha praticamente sem perdas. • Existe uma faixa de ângulos de incidência de luz na fibra de acordo com o “modo”

19. Fibra Ótica • Vantagens • Grandes distâncias sem repetidores - 25 km • Imune a EMI e RFI, não existe crosstalk (diafonia) • Banda passante na faixa de 1,0 teraHz • Baixa atenuação (0,2 dB por 100 km) • Isolação elétrica perfeita (o vidro como isolante) • Desvantagens • Raio de curvas 4x diâmetro • Conectores e repetidores muito caros • Mão de obra e laboratório portátil altamente especializados

20. Fibra Ótica • Fontes emissoras de luz • Diodos emissores de luz (LED) • são mais baratos e se acomodam melhor à temperatura ambiente, além de terem um ciclo de vida maior • Laser semicondutor • mais eficientes em termos de potência e tem menor largura espectral reduzindo os efeitos de dispersão na fibra ótica • A recepção é feita através de um diodo fotoreceptor (fotodiodo PIN) que irá converter o sinal ótico em eletricidade

21. Fibra Ótica • Fibra tipo multimodo degrau • Modelo mais simples e mais fácil de ser fabricado • Baseia-se no fenômeno de reflexão interna total • A casca da fibra possui um índice de refração diferente e existe uma descontinuidade na mudança do índice de refração de uma superfície para a outra • A qualificação “multimodo” indica que vários feixes de luz em diferentes ângulos de incidência poderem ser transmitidos simultaneamente • Possuem uma largura média de 125 micra (instalações IBM Token-ring) e 62,5 micra (comerciais) • A perda é 2,5 dB /Km (a atenuação é dependente do material componente da fibra) • Taxas de transmissão em torno de 150 a 650 Mbps

22. Fibra Ótica • Fibras multimodo de índice gradual • O índice de refração da borda sofre mudanças graduais permitindo que o feixe sofra mudanças para maior e para menor nos ângulos de refração permitindo maiores distâncias sem repetidoras • Tem custo mais elevado • Fibras monomodo (single-mode) • O núcleo é bastante fino (9 micra) permitindo apenas um feixe de luz (somente laser) • Menor atenuação (0,25 dB/km) devido a menos refrações • Maior taxa de transmissão sem interferências dos outros feixes • São fibras caras, mais difíceis de manusear • Ótima performance acima de 100 Km • Usada em longos links de telecomunicações

23. Fibra Ótica • Exemplos de cabos • Simplex: cabo com 1 fibra • Duplex para instalação padrão: 2 fibras • Duplex p/ instalação de risco: 2 fibra e casca mais grossa de PVC • Plenum: duplex com teflon • Cabo de multidistribuição: para prédios com várias fibras • DUALAN: cabo duplex para FDDI • Undercarpet: cabo fino para passar sobre o piso (serve como cabo de conexão até as estações)

24. Link Ótico • Um link ótico ponto a ponto interligando 2 sistemas baseados em cabo tradicional (UTP,STP ou coaxial) • Circuito de transmissão • conversão do sinal elétrico em pulso de luz • Circuito de recepção • reconverter o pulso de luz para elétrico • Conector ST baioneta (multimodo) 2,5 mm • usado para conexão rápida tipo liga/desliga • Conector FSD para 2 fibras simultaneamente • Conector SC (padrão ANSI/EIA/TIA 568A)

25. Link Ótico • Caixas de emenda para FO • Caixas de parede para emenda de fusão • Permitem distribuir um cabo com várias fibras vindo do centro de distribuição • Usado para derivações secundárias (nos andares) • Emendas (splices) podem ser por • Fusão • Polimento, contato e cola epoxi • Pressão mecânica sem fixação permanente

26. Cabo UTP categoria 5 terminador ótico Cabo ótico terminador ótico Link Ótico

27. Custos Comparativos • Custo do cabo • Em qualquer rede podemos considerar a mão de obra o elemento mais caro • A fibra ótica é várias vezes mais cara que um UTP de 4 pares de 100 Mbps (dependendo do tipo de fibra) • Custo dos conectores • conectores de fibra ótica são acopladores óticos de tecnologia simples e portanto mais baratos do que conectores IBM para cabos STP (Token Ring) • mas são muito mais caros que os conectores plásticos RJ-45 • Custo de Instalação • devemos acrescentar as ferramentas e treinamento especial requerido para junções com conectores e transposições • Pode-se usar fibras óticas apenas entre pontos críticos, entre prédios ou inter-gabinetes de fiação reduzindo sobremaneira o custo final de toda a rede

28. Wireless • Nas redes sem fio os pacotes são transmitidos “através do ar” em canais de freqüência de rádio (de MHz a GHz) ou infravermelho (THz) • Este tipo de rede é uma alternativa viável nos casos onde é difícil ou impossível instalar cabos metálicos ou de fibra ótica • Atualmente é comum a comunicação entre micros portáteis em ambiente de rede local móvel • A radiodifusão também é usada em aplicações onde a confiabilidade do meio de transmissão é requisito indispensável, como nas aplicações militares onde o rompimento de um cabo pode paralisar todo um sistema de segurança

29. Wireless • Três tipos básicos (cenários) • Redes locais • Máquinas na rede local operando sem fios • Redes locais estendidas • Conexão sem fio serve como um backbone entre duas redes locais • Computação móvel • Máquinas móveis se conectam com a rede usando a tecnologia celular ou de satélite

30. Wireless • Este grupo de redes se divide em • Ondas de rádio e infravermelho • Neste grupo o emissor atinge uma área grande em função da sua potência permitindo que os receptores sejam posicionados de forma livre • Microondas e laser (direcional) • Neste grupo o enlace de comunicação é ponto-a-ponto, sendo necessário o perfeito alinhamento entre transmissor e receptor • Em redes locais a radiodifusão também tem um papel relevante, especialmente se as redes estão distantes e o tráfego interrede é elevado • Neste caso circuitos telefônicos são inadequados e a radiodifusão pode fornecer a largura de banda necessária

31. Wireless • Radiodifusão • Spread Spectrum • Na transmissão os dados são modulados na “onda de rádio portadora” e demodulados na recepção • Existem faixas de freqüências liberadas sem que seja necessário uma licença especial • bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) • Exemplos • 902 a 928 MHz • 2,4 a 2,484 GHz • Técnicas • FHSS – salto de freqüência • DSSS – seqüência direta • Microondas • Principal uso é interconectar LAN entre prédios • Uso da faixa de freqüências requer autorização

32. Wireless • Vantagens • Com radiodifusão o sinal transmitido por um dispositivo com potência de 100mW cobre uma área de 500m2 • Sem gastos com lançamento de cabos • Facilidade de instalação e reconfiguração • Permite que os nós da rede sejam móveis • Infravermelho e laser são imunes a interferência eletromagnética • Canais direcionais tem segurança contra acesso não autorizado • Microondas e laser apresentam alta banda de passagem • Tem grandes aplicações em WAN • Redução do custo agregado • Escalabilidade

33. Wireless • Desvantagens • Canais de difusão são inseguros exigindo recursos especiais para garantir privacidade • Criptografia • os dados são transmitidos de forma ilegível se o destinatário não possuir uma chave de decodificação • Salto de freqüência (FHSS) • a banda utilizada é divida em vários canais de 0,5 kHz por exemplo • Durante um determinado intervalo de tempo a transmissão é feita no primeiro canal, saltando automaticamente para o canal seguinte • O padrão que define a seqüência dos canais usados na transmissão é denominado seqüência de saltos - Hopping sequence • Esta seqüência pode ser fixa ou aleatória sendo previamente determinada • Se o receptor não souber a seqüência combinada ele não conseguirá decodificar a transmissão.

34. Wireless • Desvantagens • Microondas, infravermelho e laser são sensíveis a barreiras naturais e turvamento atmosférico • Ondas de rádio e microondas são suscetíveis a interferências eletromagnéticas • Ondas de rádio e microondas apresentam banda de passagem limitada • Infravermelho somente em redes locais

35. Hardware • Conector do meio de transmissão • Conector em forma de T (BNC): cabo coaxial • Conector RJ-45: UTP • Conector de dados IBM: STP • DB-25: Interface RS-232 • DB-15: cabo AUI • V.35 • Placa de interface de rede (adaptador de rede) • Placa instalada no equipamento para conexão à rede • Podem possuir mais de um tipo de conector • Configuradas via jumpers, dips ou software • Geralmente necessitam de software específico (drivers) • Exemplo: NE2000, 3C09B

36. Hardware • Transceiver (transceptor) • Adaptadores de mídia, recebendo sinais em um tipo de conector e convertendo-os para outro tipo de conector • Modem (Modulador/DEModulador) • Analógico • Convertem os sinais digitais do computador para um sinal analógico, usado nas linhas telefônicas públicas (e vice-versa) • Digital (Banda Base) • Não realiza modulação ao transmitir um dado, apenas codificando o sinal digital para adequá-lo à transmissão • Distância limitada