UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
PROJETO A VEZ DO MESTRE
REDES ÓPTICAS COM APLICAÇÃO DE HIERARQUIA DIGITAL
SÍNCRONA
Por: Renata de Figueiredo Ramoa Machado
Orientador
Prof. Luiz Cláudio Lopes Alves D.S.C.
Rio de Janeiro
2008
UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
PROJETO A VEZ DO MESTRE
REDES ÓPTICAS COM APLICAÇÃO DE HIERARQUIA DIGITAL
SÍNCRONA
Apresentação
Candido
de
Mendes
monografia
como
à
requisito
Universidade
parcial
para
obtenção do grau de especialista em Gestão de
Projetos.
Por: Renata de Figueiredo Ramoa Machado
2
AGRADECIMENTOS
A realização do presente trabalho só foi
possível graças a Deus, a colaboração dos meus pais e
do Professor Luiz Claudio Lopes Alves D.S.C.
3
DEDICATÓRIA
Este trabalho é dedicado à minha
família, que sempre esteve ao meu
lado, sendo meu verdadeiro alicerce,
propiciando momentos memoráveis
que só poderiam ser possíveis ao
lado das pessoas que amo.
4
RESUMO
O presente estudo intitulado “Redes Ópticas na Hierarquia Digital
Síncrona” apresenta material sobre as redes ópticas, suas vantagens e
desvantagens, tendo ênfase na hierarquia digital síncrona, diferenciando dos
demais
sistemas
de
transmissão
de dados,
possibilitando saber
as
características de cada uma e realçando as vantagens da transmissão
síncrona.
5
METODOLOGIA
A metodologia utilizada foi a pesquisa bibliográfica e a consulta a sites
especializados no assunto.
6
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
08
CAPÍTULO I - Cabo de fibra óptica
09
CAPÍTULO II - Rede
25
CAPÍTULO III – Hierarquia digital síncrona
36
CAPÍTULO IV – Planejamento da rede óptica
48
CAPÍTULO V – Projeto da rede óptica
51
CAPÍTULO VI – Dimensionamento da rede óptica
55
CONCLUSÃO
62
BIBLIOGRAFIA
63
ÍNDICE
65
ÍNDICE DE FIGURAS
66
7
INTRODUÇÃO
Com as mudanças tecnológicas, as empresas ficam perdidas na
imensidão de “esforços” das empresas cativarem seus clientes (empresas e
usuários comuns) para as novas tendências.
As pequenas empresas, já adotam o uso de rede de computadores nas
suas instalações, viabilizando e agilizando as informações para que haja um
controle de informações, bem como atender da melhor forma possível o
consumidor.
Atualmente, as empresas que souberem utilizar-se da melhor forma as
informações, terão uma grande vantagem frente aos inúmeros concorrentes.
Neste trabalho iremos estudar sobre Redes Ópticas com aplicação de
Hierarquia Digital Síncrona, no qual, obviamente, será necessário um estudo
acerca das redes óticas, comparando e mostrando as tendências acerca dessa
tecnologia. Lembrando que o cabeamento óptico é do período de 1980, ainda
está enfoque, pois é a tecnologia mais pura em transmissão de dados, é o que
sustenta a ligação de dados de comunicação entre os continentes, que estão
ligados por cabos ópticos de enorme capacidade, cabos esses com tecnologia
diferenciada dos cabos ópticos convencionais.
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CAPÍTULO I
CABO DE FIBRA ÓPTICA
Enquanto os fios de cobre transportam elétrons, os cabos de fibra
óptica transportam luz. Dentre as vantagens dos cabos de fibra óptica estão a
imunidade total contra diafonia e contra interferências eletromagnéticas e de
radiofreqüência. A falta de ruídos internos e externos significa que os sinais
têm um alcance maior e se movem mais rápido, o que proporciona uma
velocidade e uma distância maiores do que as obtidas com cabos de cobre.
Como não transporta eletricidade, a fibra é o meio mais adequado para
conectar prédios com diferentes aterramentos elétricos. Além disso, os cabos
de fibra não atraem raios como cabos de cobre. Por fim, um cabo de duas
fibras, no qual cada uma transporta um raio de luz em uma direção, tem
aproximadamente o mesmo tamanho que o UTP: mais ou menos 0,21
polegadas ou 5,3 mm. Por serem planos como os fios de iluminação, você
pode colocar muitos cabos de fibra óptica em um único conduíte.
Como o nome já diz, a fibra óptica transmite informações através de
sinais luminosos, em vez de sinais elétricos. A idéia é simples, luz transmitida
indica um valor “1” e luz não transmitida indica um valor “0”. (TORRES, 2001).
Se o cabo de fibra óptica oferece tantas vantagens, por que ainda
usamos o de cobre? A resposta está nos dispositivos de interface e no custo
das conexões. Por ser uma interface óptica, um conector de fibra ótica deve
criar um ângulo reto preciso em relação à extremidade do cabo, estabelecendo
com ela uma conexão perfeita, o que dificulta a instalação. Em geral, as
pessoas responsáveis pela instalação freqüentam um curso de um dia, mas a
única maneira de aprender é através da prática, e cada conexão estabelecida
durante o treinamento custa de oito a dez dólares, o que torna seu custo muito
alto. São necessários vários minutos para que um instalador treinado
estabeleça uma conexão. Portanto, o custo da mão-de-obra é alto, e o
9
responsável pela instalação necessita de um conjunto de ferramentas muito
caro, mesmo que seja necessário estabelecer apenas uma conexão.
Por fim, os transceptores de fibra óptica localizados em cada
extremidade do cabo são muito caros. Uma placa de fibra ótica para rede local
custa de cinco a sete vezes mais que uma placa Ethernet para cabos de cobre.
Portanto, apesar de ser muito interessante, é difícil justificar o custo da
utilização de fibra ótica em todas as mesas de trabalho. Em instalações
modernas, os cabos de fibra óptica formam a unidade central existente entre os
hubs de fiação e os prédios. Há interfaces de fibra disponíveis para hubs de
fiação ARCnet, Ethernet e token-ring.
A comunicação com fibra óptica tem suas raízes nas invenções do
século XIX. Um dispositivo denominado Fotpfen convertia sinais de voz em
sinais ópticos utilizando a luz do sol e lentes montadas em um transdutor que
vibrava ao entrar em contato com o som. A fibra ótica se tornou mais prática
durante os anos 60 com o surgimento das fontes de luz de estado sólido —
raios laser e os LEDs — e das fibras de vidro de alta qualidade livres de
impurezas. As companhias telefônicas foram as primeiras a se beneficiar do
uso das técnicas de fibra óptica em conexões de longa distância.
10
Figura 1.1 – Cabos de fibra óptica (Torres, 2001)
Um cabo de fibra óptica para rede local, tem duas fibras que terminam
em dois conectores separados. Alguns cabos combinam fibras e fios de cobre
trançado dentro da mesma cobertura. Os cabos com várias fibras são muito
comuns, mas a ligação entre um nó e um hub de cabo sempre é feita através
de duas fibras e cada uma transporta a luz em uma determinada direção.
Cada metade do cabo de fibra óptica é composta de camadas de
material. Na parte externa, uma cobertura plástica deve obedecer às normas
de construção do prédio e aos códigos de proteção contra incêndio para que o
cabo inteiro fique protegido. Sob a cobertura, uma camada de fibras Kevlar
(também usadas em coletes à prova de bala) amortece impactos e proporciona
maior robustez. Sob as fibras Kevlar, outra camada de plástico, denominada
capa, dá proteção e amortecem impactos. Alguns cabos de fibra óptica
projetados para entrarem em contato com o solo devem conter fios de aço
inoxidável ou de outro material que proporcione maior robustez. Todos esses
11
materiais protegem o fio de fibra de vidro, que é tão fino quanto um fio de
cabelo.
Os dados percorrem o centro de cada fio de fibra de vidro, denominado
núcleo. A luz de um diodo ou laser entra no núcleo através de uma das
extremidades do cabo e é absorvida por suas "paredes" — um fenômeno
denominado reflexão total interna. O tamanho do núcleo é medido em micra.
Dois padrões de tamanho para o núcleo são 62,5 e 100 micra, o que equivale a
0,002 polegada.
O núcleo é envolvido por uma capa plástica ou de fibra de vidro,
denominada revestimento, cuja densidade ótica é diferente da do núcleo. O
limite entre o revestimento e o núcleo reflete a luz de volta para o núcleo. Em
geral, o revestimento tem 125 ou 140 micra de espessura — aproximadamente
0,003 polegada.
Nos próximos capítulos, mostraremos mais detalhes a respeito da
seleção e do uso de cabos de fibra óptica, mas por ora fique sabendo que eles
são econômicos para determinadas aplicações, como a conexão de centros de
fiação/ e recomendados para outras, como a conexão de prédios. No entanto,
usá-los em todas as mesas de trabalho é uma alternativa muito cara.
1.1 Luz através do túnel
Um trecho de cabo de fibra óptica comercial contém dois canais que
transportam luz. Cada um deles transporta a luz em uma direção; portanto, um
cabo a ser usado para comunicações digitais necessita de dois canais
separados. Uma fonte de luz, normalmente um raio laser em uma das
extremidades do canal de fibra de vidro, gera o raio de luz que é rapidamente
ativado e desativado. Esses pulsos de luz representam os zeros e uns de um
sinal digital. Um receptor na extremidade oposta à fonte de luz decodifica os
sinais.
12
A fibra óptica é muito eficiente, pois a luz fica muito bem armazenada
dentro dela. A luz não pode entrar ou sair. Portanto, ao contrário dos pulsos
elétricos dos cabos de cobre, os pulsos de luz ficam completamente isolados
do ambiente externo. Você pode utilizar as fibras óticas sem qualquer problema
perto de linhas de alta voltagem, de transmissores de rádio, de máquinas de
soldar e de outros ambientes que adulterariam os sinais dos cabos de cobre.
O centro de cada canal de fibra de vidro, chamado de núcleo, é o
conduíte da luz. A luz de um diodo ou laser entra no núcleo através de uma das
extremidades do cabo e é interceptada por suas paredes — um fenômeno
denominado reflexão interna total.
O núcleo é envolto por uma cobertura plástica ou de vidro, denominada
revestimento, que tem uma densidade ótica diferente da do núcleo. A
"fronteira" entre o revestimento e o núcleo reflete a luz de volta para o núcleo.
1.2 Cabos monomodais e multimodais
Logo essa descrição poderia se tornar muito complexa. Portanto,
evitaremos nos aprofundar demais. Em vez disso, só informaremos o que você
precisa saber para estar seguro. No uso comercial, você encontrará duas
categorias de cabos de fibra óptica: os monomodais e os multimodais. Essas
categorias são definidas de acordo com a forma como a luz se move dentro do
cabo, que é o aspecto que iremos evitar.
A diferença prática entre esses tipos de fibras é que a fibra monomodal transportará sinais por distâncias maiores e em velocidades mais altas,
porém é mais cara e mais difícil de instalar. A fibra mono-modal também é mais
fina do que a fibra multimodal, o que a torna ainda mais difícil de manusear. Se
estiver pensando em termos de dezenas de quilômetros, você poderá e deverá
usar cabos multimodais. Se realmente precisar cobrir distâncias como essas,
13
entre em contato com a companhia telefônica e a emissora de televisão local
para contratar uma equipe de instalação experiente.
Os cabos de fibra óptica multimodais são comumente usados em redes
locais e em campus universitários. Você descobrirá que o cabo multimodal está
disponível em catálogos com dois diferentes tamanhos de núcleo: 62,5 micra e
100 micra. Atualmente, o material de 100 micra só é usado em alguns casos,
como em instalações IBM Token-Ring, ao passo que o material de 62,5 micra é
o mais difundido. Com o núcleo menor, o tamanho da fibra é de
aproximadamente 0,005 mm, e o revestimento tem de 125 a 140 micra de
espessura — aproximadamente 0,007. Portanto, a fibra que você usar talvez
esteja listada em catálogos como uma guia de onda de fibra óptica multimodal
com níveis de índice cujo diâmetro de núcleo/revestimento é de 62,5/125 micra.
1.3 Opções de cabo de fibra óptica
Ao adquirir um cabo de fibra óptica, você enfrentará outras
considerações práticas. Os mesmos fatores que se aplicam a cabos de fibra
ótica em relação às características de proteção contra incêndio da cobertura
dos cabos de cobre também se aplicam aos cabos de fibra óptica. Sempre use
cabos com a classificação Plenum caso possa prever sua necessidade. Os
produtos para cabos de fibra óptica são vendidos em versões com coberturas
reforçadas projetadas para serem enterradas e em versões com várias fibras.
Ao contrário dos cabos UTP, não há desvantagens operacionais em relação à
inclusão de várias fibras dentro da mesma cobertura externa. Se você tiver que
instalar cabos de fibra óptica entre prédios, fará mais sentido comprar aqueles
que contiverem mais fibras do que você precisa. Assim, no futuro você
atenderá rapidamente a qualquer necessidade de expansão.
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1.4 Conectores
Nenhum livro irá ensinar a você como instalar conectores de fibra
óptica. Amp, Mod-Tap e outras empresas oferecem cursos, normalmente de
um ou dois dias, nos quais você aprenderá como fazê-lo. Os cursos tratam dos
métodos de corte do cabo e de diversas técnicas para reduzir a perda de luz
através da abertura em sua extremidade. O curso é basicamente voltado para
atividades práticas. Portanto, há um custo relativamente alto para o material de
treinamento.
Todos os conectores de fibra óptica tentam transmitir luz da forma mais
eficiente possível. Para isso, as extremidades das fibras deverão ser cortadas
em um ângulo reto perfeito, deverão ser devidamente lixadas para que
rebarbas sejam removidas e deverão ser conectadas de forma que o plugue e
a tomada tenham um alinhamento perfeito. Trata-se de uma tarefa meticulosa
que exige habilidade física e paciência.
Se você contratar um técnico externo, irá querer alguém que tenha
experiência com a colocação de conectores em cabos de fibra óptica. Deixe-os
aprender e adquirir prática com outra pessoa; você deverá contratar alguém
experiente para executar esse trabalho. Se estiver treinando os seus próprios
técnicos, dê a eles incentivo para permanecer na empresa depois do
treinamento, e esteja preparado para gastar mais de US$ 1.000 pelo
equipamento necessário para cada técnico que estiver sendo treinado. Além
disso, o investimento em dispositivos como termostatos e microscópios pode
agilizar o trabalho de uma equipe de instalação.
Existem pelo menos oito tipos de conectores de fibra óptica comumente
usados, mas você só precisará conhecer quatro deles: ST, SMA, MIC e SC.
O conector ST, mostrado na Figura 1.2, é o conector mais comumente
usado em instalações comerciais. Originalmente projetado pela AT&T, ele foi
adotado por muitas empresas. A maioria dos cursos ensina as técnicas de
instalação de conectores ST.
15
O centro do conector ST é uma ponteira de ferro de 2,5 mm que é
colada à fibra. A própria fibra aparece na extremidade da ponteira de ferro.
Para transmitir o maior volume possível de luz, a fibra deverá ser lixada
manualmente ou com uma máquina até que fique sem rebarbas. O invólucro
externo do conector ST é semelhante ao invólucro do conector coaxial BNC no
sentido de que a conexão do plugue à tomada é feita da mesma forma nos
dois.
Alguns equipamentos, particularmente de fabricantes europeus,
utilizam um conector SMA que é semelhante ao ST, mas têm um invólucro
externo aparafusado. Esse tipo de conexão é mais resistente principalmente
sob grandes vibrações. O conector SMA, desenvolvido pela AMP, foi
padronizado pela NATO e pelas forças armadas americanas. Existem dois
estilos de conector SMA, um com uma ponta grossa, como o conector ST e
outro com uma ponta mais fina, que permite um melhor alinhamento. Se você
tiver equipamentos que utilizem esses conectores, certifique-se de que o
técnico em instalação sabe exatamente qual estilo de plugue SMA é necessário
para você.
Figura 1.2 – Conector ST (Torres, 2001)
Como explicamos anteriormente, os cabos de fibra óptica utilizam dois
canais de fibra, sendo que cada um transporta a luz em uma direção. Os
16
sistemas com conectores ST e SMA utilizam um único conector para cada
canal. Apesar de a cobertura externa de uma das fibras de cada par ter uma
marcação específica, a maioria dos problemas durante instalações e
modificações de configuração resulta da conexão da fibra errada à tomada
errada.
O MIC (Médium Interface Connector), adotado pelo ANSI (American
National Standards Institute) como parte da arquitetura FDDI (Fiber Distributed
Data Interface) elimina esse problema. Ao contrário do que acontece com os
conectores ST e SMA, um único conector MIC, mostrado na Figura 1.3, contém
duas fibras; ele é projetado de modo que o plugue e o soquete só possam ser
conectados de uma forma específica. Além de serem usados em sistemas
FDDI, os conectores MIC também fazem parte de muitas marcas de hubs de
fiação e de adaptadores de rede local.
Figura 1.3 – Conector MIC (Torres, 2001)
Em algumas aplicações, talvez você encontre um conector denominado
conector do tipo SC. O conector SC proporciona uma conexão "à prova de
puxões" que às vezes é usada em cabos onde há divisões. A exemplo do SMA,
o conector SC pode conter duas fibras e garante uma conexão adequada entre
17
elas. No entanto, trata-se de um conector de difícil instalação. A melhor opção
é usar cabos inteiros, sem divisões.
Não há uma desvantagem significativa em relação ao esquema de
conexão de dois cabos nos conectores MIC e SC. Se o técnico em instalação
estabelecer uma boa conexão e fizer um corte malfeito ou não tiver cuidado ao
colar a segunda conexão, ele deverá desfazer o trabalho e começar tudo outra
vez. Essa desvantagem explica a popularidade dos conectores ST e SMA
simples e comprova a necessidade de você recorrer a técnicos experientes e
cuidadosos caso utilize conectores MIC e SC.
Apesar de ser muito provável que o equipamento que você irá adquirir
venha equipado com conectores ST, sempre vale a pena verificar. É possível
misturar equipamentos e conectores em uma instalação – os conectores de
uma extremidade do cabo não o obrigam a utilizar um determinado tipo de
conector na outra extremidade – mas o técnico deverá saber o que fazer. Os
conectores MIC estão se tornando cada vez mais populares, e você deve
considerar sua utilização, especialmente se o técnico cobrar bem pelo trabalho.
1.5 Padrões de sinalização e conexão
Você já deve estar familiarizado com três padrões de sinalização e de
conexão em cabos de fibra óptica: o FDDI, o FOIRL (Fiber-Optic Inter Repeater
Link) e o l0Base-F, que faz parte das especificações IEEE 802.3 (Ethernet).
Primeiramente, você deverá conhecer esses padrões para se certificar de que
está adquirindo equipamentos que possam funcionar juntos. Além disso, a
operação do equipamento de acordo com esses padrões é invisível para você.
18
1.5.1 Fddi
A FDDI é complexa. A especificação completa abrange dois anéis de
cabo de fibra óptica que enviam dados em direções opostas. Se um cabo for
interrompido no anel principal, os dados completam o percurso no anel
secundário. Os equipamentos FDDI são altamente rápidos e confiáveis, e
utilizam uma sinalização de 100 megabits por segundo. Mas pouca gente
precisa de todos os recursos da FDDI, e achamos que ela será suplantada por
outros esquemas como o modo de transferência assíncrona — uma rápida
tecnologia de sinalização que está surgindo e que utiliza cabos UTP. Devido a
essas e outras "questões, o conceito original de FDDI está mudando
rapidamente.
Até mesmo a letra "F" da sigla FDDI está deixando de significar "fibra".
Sob a última definição do ANSI, o termo FDDI pode abranger cabos de fibra
óptica, cabos de pares trançados blindados e cabos trançados sem blindagem.
Portanto, o termo não mais necessariamente implica a utilização de fibra
óptica.
A FDDI é um esquema de rede que ganha mais confiabilidade ainda
através do uso de protocolos de tratamento de dados sofisticados. A alternativa
de utilizar cabos de fibra óptica na FDDI proporciona uma sinalização capaz de
abranger uma distância de 2 quilômetros, mas os altos custos da fibra limitaram
sua popularidade. Os protocolos FDDI podem ser usados em cabos de cobre
em uma distância de no máximo 100 metros e exigem uma instalação UTP de
nível 5.
Um comitê do ANSI aprovou um plano para sinalização que utiliza dois
pares de UTP de nível 5. Esse plano utiliza um esquema de transmissão
denominado Multi-Level Transmission-3 (MLT-3), que reduz as emissões de
dados e especifica um método de equilibrar os níveis de sinal.
Ao mesmo tempo, a IBM e outros fornecedores estão o incentivando a
utilização de protocolos FDDI em fios de pares trançados blindados, uma
proposta que tem o nome de SDDI. A IBM, a Network Peripherals e a
19
SynOptics estão entre as empresas que fornecem módulos SDDI para seus
hubs de fiação de chassi.
A Crescendo Communications utiliza o termo Copper Distributed Data
Interface (CDDI) para descrever seus produtos que utilizam as técnicas FDDI
em pares de fios trançados sem blindagem. Outras empresas como a Network
Peripherals utilizam o termo FDDI para descrever seus produtos que utilizam
cabos UTP e que obedecem ao padrão do ANSI.
Nesse momento, a CDDI e a SDDI não são capazes de dar prioridade
de transmissão a determinados dados, a exemplo do que acontece com o
vídeo de movimentação integral. Outro comitê do ANSI está incluindo nessas
interfaces um recurso de prioridade para a transmissão de determinados
pacotes especiais.
O ANSI está desenvolvendo um padrão denominado LCF (Low Cost
Fiber) que oferece reduções de custo e é mais fácil de instalar. A fibra LCF em
si não custa menos — na verdade, o cabo é o mesmo —, mas as
especificações para transceptores e conectores foram ampliadas. Por sua vez,
a distância máxima foi reduzida para l quilômetro, mas esse não é um fator
restritivo na maioria das instalações. O LCF reduz o custo de uma instalação
de fibra óptica em um percentual de 25 a 35 por cento.
1.5.2 Foirl e 10 base-f
Enquanto a FDDI se beneficia da qualidade do sinal que percorre uma
ligação de fibra óptica, aumentando a velocidade de sinalização para 100
megabits por segundo, os outros padrões se limitam (pelo menos até agora) a
ampliar a distância ou os recursos operacionais.
A especificação FOIRL (Fiber-Optic Interrepeater Link) foi criada para
descrever a forma como os repetidores Ethernet deverão se comunicar através
de cabos de fibra ótica. O objetivo do projeto FOIRL é integrar fibras óticas a
20
determinados pontos críticos de uma rede Ethernet a fim de aumentar a
distância coberta pêlos cabos e de permitir a operação em ambientes com altos
níveis de ruído elétrico.
A FOIRL é uma especificação antiga, mas muitos transceptores
(dispositivos externos que são conectados à porta AUI de uma placa
adaptadora Ethernet) obedecem ao padrão FOIRL. O padrão FOIRL permite a
conexão de repetidores em uma distância de pelo menos 2 km. Em geral, os
dispositivos FOIRL utilizam conectores ST.
O único problema em relação à utilização da FOIRL é que você deverá
ter dispositivos compatíveis nas duas extremidades da ligação. Os hubs de
fiação têm portas FOIRL para conexão com outros hubs, mas em geral as
conexões às placas adaptadoras de rede local utilizam um esquema diferente.
A FOIRL foi projetada para complementar os cabos de cobre e não para
substituí-los.
A estratégia de substituição de cabos de cobre por cabos de fibra
óptica é descrita em um novo padrão denominado 10Base-F. Esse padrão, que
abrange duas variações denominadas 10Base-FB e 10Base-FL, são produtos
do mesmo comitê IEEE que liberou o 10Base-T. O padrão 10Base-FL descreve
as conexões existentes entre nós de rede local e um hub de cabos, ao passo
que o 10Base-FB descreve uma conexão central entre hubs de cabos. A
diferença entre os dois está na sinalização, e ambos os padrões permitem a
utilização de cabos com até 2 quilômetros.
Apesar de os produtos que obedecem a esse padrão normalmente
utilizarem a sinalização Ethernet de 10 megabits por segundo, não há uma
razão técnica para essa limitação. O padrão Ethernet pode facilmente suportar
velocidades de sinalização de 100 megabits por segundo ou mais, e esses
padrões certamente seguirão por esse caminho.
E relativamente fácil adquirir placas adaptadoras de rede local e hubs
de fiação com portas 10Base-FB ou 10Base-FL. Em geral, você irá incluir
tantos cabos de fibra quantos forem necessários para ampliar a rede ou para
fazê-la funcionar em áreas com alto nível de ruído elétrico. E você poderá fazer
21
tudo isso mantendo os adaptadores de cobre mais baratos em outras partes da
rede.
1.6 Instalações práticas
Afinal de contas, o uso de cabos de fibra óptica multimodais pode ser
tão fácil quanto mostramos aqui. Mas para isso, você deverá adquirir os
conectores e equipamentos corretos, e manter as distâncias a 2 quilômetros ou
menos. Dessa forma, eles deverão funcionar sem maiores problemas.
Instalações maiores exigem o uso de calculadoras, para definir a intensidade
de luz necessária no cabo para que o receptor possa detectá-la, e de outros
fatores. Portanto, deixe essa tarefa para profissionais experientes.
A seguir, algumas dicas com base em experiências:
• Adquira produtos do mesmo fabricante. Se puder,
compre placas adaptadoras de rede local e hubs de
cabos da mesma empresa. Faça o mesmo em relação a
cabos, conectores e ferramentas. Dessa forma, tudo
funcionará melhor.
• Como os cabos de fibra óptica são pequenos e
flexíveis, é fácil esquecer que há um pedaço de fibra
dentro deles. Tenha cuidado particularmente em relação
ao raio de curvatura do cabo ao passá-lo por paredes e
por outros lugares apertados. Como regra prática, nunca
dobre em um círculo um cabo com um raio menor que 5
centímetros e, se houver qualquer peso sobre o cabo,
mantenha o raio de curvatura maior ou igual a 15
centímetros.
• Como o cabo de fibra óptica é pequeno e flexível, fica
fácil colocá-lo em conduítes juntamente com outros
cabos. Eletricamente, isso não representa um problema,
mas o peso dos cabos de cobre pode rasgar o
22
revestimento do cabo de fibra óptica e fazê-lo perder luz.
Mantenha a fibra longe de elementos pesados.
• Até
mesmo
pequenas
dobras,
denominadas
microdobras, podem fazer com que a luz vaze pela
cobertura do cabo. Evite aplicar muita força ao puxar um
cabo de fibra óptica, pois você poderá criar uma
microdobra que inutilizará parte dele.
• Evite dividir os cabos sempre que possível. As novas
instalações de cabos só deverão utilizar cabos inteiros.
Se um cabo tiver que ser dividido por alguma razão, o
técnico deverá escolher um kit apropriado para a tarefa;
há muitos desses kits no mercado. O tipo de kit não fica
restrito ao tipo dos conectores usados nas extremidades
do cabo. Cortar, colar e lixar as extremidades do cabo
dentro de uma parede não é uma atividade muito
agradável.
• Utilize cabos de fibra óptica para ampliar redes de
cabos de cobre sempre que possível. Uma boa instalação
de cabos UTP pode transportar muitos dados e tem um
custo bastante baixo. Portanto, tire proveito do uso de
cabos de fibra ótica e UTP. (DERFLER & FREED, 1996)
1.7 Vantagens e desvantagens dos cabos de fibra óptica
Vantagens:
•
Perdas de transmissão baixa e banda grande: mais
dados podem ser enviados a distâncias mais longas, e
desse modo reduz-se o número de fios e repetidores
23
necessários nessa extensão, reduzindo o custo do
sistema e complexidade;
•
Pequeno tamanho e peso;
•
Imunidade a interferências: por serem compostas de
materiais dielétricos asseguram imunidade a pulsos
eletromagnéticos;
•
Isolação elétrica: não há necessidade de aterramento,
uma vez que é constituída de vidro ou plástico, que são
materiais isolantes;
•
Segurança do sinal: não irradiam significativamente a
luz propagada;
•
Matéria-prima abundante.
Desvantagens:
•
Fragilidade das fibras ópticas sem encapsulamento:
quebram com facilidade;
•
Dificuldades de conexão: exigem procedimentos e
dispositivos de alta precisão na realização das conexões
e junções devido a sua dimensão reduzida;
•
Acopladores tipo T com perdas muito grandes:
dificultam a utilização em sistemas multiponto;
•
Impossibilidade de alimentação remota de repetidores:
requerem alimentação elétrica independente para cada
repetidor;
•
Falta de padronização dos componentes ópticos;
•
Alto custo de instalação e manutenção. (PROENÇA,
2008)
24
CAPÍTULO II
REDE
Independente do tipo de conexão que façam, seja entre computadores
ou entre terminais e computadores, as redes de comunicação dividem-se em
dois tipos básicos: de comutação de circuitos (também conhecidas como redes
baseadas em conexões) e de comutação de pacotes (conhecidas, ainda, como
redes sem conexão).
•
A comutação por circuitos opera formando uma conexão dedicada entre
duas pontas. O sistema telefônico dos Estados Unidos utiliza uma
tecnologia de comutação de circuitos – uma chamada telefônica estabelece
um circuito da linha de quem telefona, através de uma central de
comutação local, passando por linhas do tronco, até uma central de
comutação remota e, finalmente, ao destinatário da chamada. Enquanto
um circuito estiver aberto, o equipamento telefônico testa o microfone
várias vezes, converte os sinais para o formato digital e os transmite
através do circuito para o receptor. O transmissor tem a garantia de que os
sinais serão distribuídos e reproduzidos, pois o circuito oferece um
percurso de dados seguro, de 64 kpbs (mil bits por segundo), o mínimo
necessário para o envio de voz digitalizada. A vantagem da comutação de
circuitos reside na sua capacidade segura: uma vez que um circuito é
estabelecido, nenhuma outra atividade de rede poderá reduzir a
capacidade do circuito. A desvantagem da comutação de circuitos é o alto
custo: o preço é fixo, independente do tráfego. Por exemplo, o preço de
uma ligação telefônica é o mesmo, ainda quando as duas pontas não se
comunicam.
•
Nas redes de comutação de pacotes, as mensagens a serem transmitidas
através das estações da rede são divididas em pequenas unidades
25
chamadas pacotes que são multiplexados por meio de conexões entre
máquinas de alta capacidade. Um pacote que geralmente contém apenas
pequenas unidades de informações transporta uma identificação que
capacita o hardware da rede a enviar as informações a determinado
destino. Por exemplo, a transmissão de um arquivo extenso entre dois
equipamentos deve ser feita a partir da divisão do arquivo em vários
pacotes antes de encaminhá-los à rede. O hardware da rede envia os
pacotes aos seus respectivos destinos onde o software os reúne
novamente em um único arquivo. A grande vantagem da comutação de
pacotes
é
a
possibilidade
de
realizar
simultaneamente
várias
comunicações entre computadores, com conexões entre equipamentos
compartilhados por todos os pares de equipamentos que estão se
comunicando. A desvantagem é que à medida que a atividade se
intensifica, um determinado par de computadores conectados entre si
recebe uma capacidade menor da rede. Ou seja, toda vez que uma rede
de comutação de pacotes estiver sobrecarregada, os computadores
conectados a ela terão que esperar até poderem enviar pacotes adicionais.
2.1 Wans e lans
As tecnologias de comutação de pacotes são freqüentemente divididas
em duas categorias, de acordo com a extensão: redes de longas distâncias
(WANs) e redes locais (LANs). As duas categorias não possuem definições
formais. Ao contrário, os fornecedores utilizam os termos de forma coloquial
para que os consumidores saibam diferenciar as duas tecnologias.
As tecnologias de rede remota ou de redes de longas distâncias
possibilitam a comunicação entre grandes distâncias. A maioria das tecnologias
de rede de longas distâncias não impõe um limite na extensão da distância;
permite que os dois extremos se comuniquem a uma distância arbitrária. Por
exemplo, uma rede de longa distância pode operar em um continente ou
26
conectar computadores de continentes diferentes. Geralmente, as redes de
longas distâncias operam em velocidades mais lentas do que as redes locais, e
necessitam de um retardo de transmissão bem maior entre as conexões. A
velocidade de uma rede de longas distâncias varia de 56 Kbps a 155 Mbps (um
milhão de bits por segundo). O retardo de transmissão pode variar desde
alguns milissegundos até vários décimos de segundo.
As tecnologias de rede local possuem uma velocidade de conexão
entre comutadores bem mais rápida, mas deixam a desejar na capacidade de
operar em longas distâncias. Por exemplo, uma rede local típica abrange uma
área pequena, como um único edifício ou um campus, e funciona entre 10
Mbps e 2 Gbps (bilhões de bits por segundo). Já que essas tecnologias operam
em pequenas áreas, o retardo de transmissão é bem menor do que o das
tecnologias de rede de longas distâncias, o qual pode durar desde alguns
décimos de um milissegundo, até no máximo dez milissegundos.
2.2 A tecnologia ethernet
Ethernet é o nome dado a uma tecnologia de rede local popular, de
comutação de pacotes; a maioria das empresas de médio e grande porte a
utiliza.
Cada cabo da Ethernet possui aproximadamente 0,5 polegadas de
diâmetro e até 500 metros de comprimento.
Para oferecer o máximo de
proteção contra interferência elétrica de dispositivos como motores elétricos, o
cabo possui uma forte proteção que o torna difícil de ser dobrado. O esquema
de fiação funciona perfeitamente quando vários computadores ocupam um
mesmo compartimento. O cabo percorre o trajeto diretamente de um
computador a outro. Para incluir um novo computador, basta conectá-lo à
cadeia.
27
CABO DA ETHERNET
Figura 2.1 – Conexão física entre dois computadores (ROCHOL, 1999)
Com o avanço da tecnologia foi possível construir redes Ethernets que
não necessitam da proteção elétrica de um cabo coaxial. Chamada de Ethernet
de pares trançados, essa tecnologia permite que um computador acesse uma
rede Ethernet utilizando um par de fios de cobre normais sem proteção,
semelhantes aos utilizados para fazer conexões entre equipamentos
telefônicos. A vantagem desse tipo de tecnologia é que, além de reduzir os
custos, oferece proteção a outros computadores da rede no caso de um
usuário desconectar um único computador. Em alguns casos, uma tecnologia
de pares trançados possibilita que uma instituição utilize a Ethernet com a
fiação telefônica já existente, sem a adição de novos cabos. Conhecido
tecnicamente como 10Base-T, o esquema de fiação de pares trançados
conecta cada computador a um HUB da Ethernet, como ilustra a Figura 2.2.
CONEXÕES DE PARES TRANÇADOS PARA O
HUB
HUB
Figura 2.2 – Cada computador conecta-se a um HUB por cima de um par de
fios. (ROCHOL, 1999)
28
O HUB é um dispositivo eletrônico que estimula os sinais num cabo
Ethernet. Fisicamente, o HUB é formado por uma pequena caixa que
geralmente é alojada em um gabinete de fiação; uma conexão entre um HUB e
um computador deve ter menos de cem metros de extensão. Um HUB
necessita de energia elétrica e, talvez, de pessoal qualificado para fazer o
monitoramento e o controle de sua operação na rede. Para a interface com um
computador, a conexão a um HUB parece funcionar do mesmo modo que a
conexão direta com coaxial.
A Ethernet é uma tecnologia de barramento de difusão de 10 Mbps
com método de entrega sem garantia e controle de acesso distribuído. É um
barramento porque todas as estações compartilham um único canal de
comunicação; é de difusão (broadcast) porque todos os transceptores recebem
cada uma das transmissões. O controle de acesso é distribuído porque, ao
contrário de algumas tecnologias de rede, a Ethernet não possui nenhuma
autoridade central para permitir o acesso, vários equipamentos podem acessar
a Ethernet simultaneamente e cada um deles estabelece se o meio está ou não
livre, detectando a presença ou não de sinal. Quando uma interface do host
tem um pacote para transmitir, ela verifica o meio para saber se há alguma
mensagem sendo transmitida. Se nenhuma transmissão for detectada, a
interface do host inicializa a transmissão. Cada uma das transmissões possui
um limite de duração (porque há um tamanho máximo de pacote). Além do
mais, o hardware deve observar um intervalo mínimo de tempo entre as
transmissões, o que significa que nenhum par de equipamentos comunicantes
pode utilizar a rede sem oferecer aos demais equipamentos uma oportunidade
de acesso.
Apesar de um cabo da Ethernet possuir um comprimento máximo, a
rede pode ser aumentada de duas maneiras: com o auxílio de repetidores e de
pontes.
•
O repetidor pode ser utilizado para transmitir sinais elétricos de um cabo a
outro. Entretanto, no máximo dois repetidores podem ser colocados entre
29
duas máquinas, de modo que o comprimento total de uma única Ethernet
continua muito pequeno (três segmentos de 500 metros cada).
•
As pontes são melhores do que os repetidores porque não repercutem os
ruídos, as falhas ou os quadrosψ com má formação; um quadro
inteiramente válido deve ser recebido antes que a ponte o aceite e o
transmita para outro segmento.
De acordo com a visão do TCP/IP, as Ethernets ligadas por pontes são
simplesmente uma outra forma de conexão física de rede. O importante é que:
Em virtude de a conexão entre cabos físicos, fornecida pelas pontes e pelos
repetidores, ser transparente para os equipamentos conectados à Ethernet, um
sistema único de rede física.
2.3 Fddi (fiber distributed data interconnect)
A FDDI é uma conhecida tecnologia de rede que opera em pequenas
áreas geográficas e oferece uma largura de banda maior do que a Ethernet. Ao
contrário da Ethernet e de outras tecnologias de redes locais que utilizam
cabos para transportar os sinais elétricos, a FDDI utiliza fibras de vidro e
transmite as informações, convertendo-as em feixes de luz.
A fibra óptica possui duas vantagens a mais do que o fio de cobre:
•
São imunes à interferência eletromagnética, podendo ficar próximas a
dispositivos elétricos potentes;
•
Como utilizam luz, a quantidade de informação transportadas por um único
canal de fibra óptica é significativamente maior do que a dos cabos que
transportam sinais elétricos.
ψ
O termo quadro deriva-se da comunicação por linhas seriais, nas quais o transmissor “configura” a
informação, acrescentando sinais especiais antes e após a transmissão das informações.
30
A FDDI é uma rede token ring de 100 Mbps dotada de um recurso de
auto-reparo É uma rede em anel porque forma um circuito fechado, iniciando
em um computador, passando por todos os outros, e novamente retornando ao
computador de origem.
Trata-se de uma rede de tecnologia token ring porque utiliza um token
como forma de controlar a transmissão. Quando a rede está inativa, um quadro
especial denominado token passa de estação a estação. Sempre que uma
estação tiver que enviar um pacote, ela terá que esperar a chegada de um
token, enviar o pacote e depois passar o token à estação seguinte. O token que
está sendo utilizado garante o equilíbrio: concede a todas as estações a
oportunidade de enviar um pacote antes que outra estação envie um segundo
pacote.
REDE FDDI EM ANEL
Figura 2.3 – Rede FDDI com fibras ópticas fazendo a conexão de seis
computadores. (ROCHOL, 1999)
31
Para oferecer um recurso de recuperação automática de falhas, o
hardware da FDDI utiliza dois anéis independentes que se conectam a cada
computador. Quando a interface percebe que não pode comunicar-se com o
computador ao lado, o anel de garantia é utilizado para contornar a falha.
A falha talvez seja decorrente da desconexão da fibra (p. ex., um corte
acidental). Se as fibras de ambos os anéis seguirem o mesmo percurso físico,
é muito provável que a Segunda fibra também seja desconectada. O hardware
da FDDI automaticamente utiliza o anel de rotação oposta para formar o circulo
fechado na direção em que ele ainda está operando. Com isso, os outros
computadores podem continuar se comunicando, mesmo com a ocorrência da
falha.
2.4 Atm (asynchronous transfer mode)
O ATM é o nome dado a uma tecnologia de rede de alta velocidade,
baseada em conexão, que vem sendo usada tanto nas redes que operam em
pequenas como em grandes áreas geográficas. Pelos padrões correntes, as
redes de alta velocidade são aquelas que operam a uma velocidade de, no
mínimo, 100 Mbps; o ATM pode intercambiar informações com velocidades de
gigabit/segundo. É claro que para se obterem velocidades tão altas é
necessário um equipamento complexo de última geração. Conseqüentemente,
as redes ATM possuem um custo mais alto do que as demais tecnologias.
Uma rede ATM utiliza técnicas de hardware e software especiais:
•
Uma rede ATM é formada por um ou mais comutadores de alta velocidade
que são conectados aos computadores host e a outros comutadores ATM.
•
O ATM utiliza fibras ópticas para fazer conexões, inclusive conexões entre
um computador host e um comutador ATM. As fibras ópticas possuem uma
velocidade de transferência maior do que a dos fios de cobre;
32
normalmente, a conexão entre um host e um comutador ATM opera a uma
velocidade de 100 ou 155 Mbps.
•
As camadas mais baixas de uma rede ATM utilizam quadros de tamanhos
fixos chamados células. Como as células possuem exatamente o mesmo
tamanho, o hardware do comutador ATM pode processá-la rapidamente.
A rede ATM difere das redes de comutação de pacotes porque oferece
um serviço baseado em conexão. Antes de um computador host conectado a
um ATM enviar células, ele deve primeiramente interagir com o comutador para
especificar o endereço do destinatário. A interação é análoga a uma ligação
telefônicaψ. O host especifica o endereço do computador remoto e espera o
comutador ATM entrar em contato com o sistema remoto e estabelecer um
caminho (rota fixa). Se o computador remoto não aceitar o pedido, não
responder ou se o comutador não puder alcançar o computador remoto, o
pedido para estabelecer a comunicação falha.
Quando uma conexão é feita, o comutador ATM local escolhe um
identificador da conexão e passa-o para o host, juntamente com uma
mensagem informando o sucesso da conexão. O host utiliza o identificador da
conexão ao enviar ou receber células.
Ao terminar a conexão, o host comunica-se novamente com o
comutador para que a conexão seja desfeita. O comutador desconecta os dois
computadores. A desconexão equivale a tirar um telefone do gancho no final de
uma ligação telefônica; após a desconexão, o comutador pode novamente
utilizar o identificador da conexão.
ψ
Em virtude de a rede ATM ter sido idealizada para transportar voz, assim como dados, há uma forte
relação entre o ATM e a comutação telefônica.
33
2.5 Interligação de redes
Fisicamente, duas redes só podem ser conectadas por um computador que
esteja ligado às duas. No entanto, uma ligação física não fornece a
interconexão que imaginamos, porque tal ligação não garante que o
computador vai cooperar com outras máquinas que desejam se comunicar.
Para se ter uma interconexão de rede viável, necessitamos de computadores
que queiram repassar pacotes de uma rede para outra. Os computadores que
conectam entre si duas redes e repassam pacotes de um para o outro são
chamados de gateways de interligação em redes ou roteadores de interligação
em redes. Considere um exemplo que consista de duas redes físicas
mostradas na Figura 2.4, o roteador R está conectado às redes 1 e 2. Para R
atuar como um roteador, precisa capturar pacotes na rede 1 que são
destinados às máquinas na rede 2 e transferi-los e vice-versa.
REDE
"1"
R
REDE
"2"
Figura 2.4 – Duas redes físicas conectadas entre si por um roteador.
(ROCHOL, 1999)
Na figura acima, são usadas nuvens para demonstrar redes físicas,
porque o hardware específico não tem importância. Cada rede pode ser uma
rede local ou uma rede de longa distância, e cada uma pode ter muitos ou
poucos hosts acoplados.
Quando conexões de interligação em redes se tornam mais complexas,
os roteadores necessitam saber sobre a topologia da interligação em redes,
além das redes às quais estão conectados.
34
REDE
"1"
R1
REDE
"2"
R2
REDE
"3"
Figura 2.5 – Três redes interconectadas por dois roteadores. (ROCHOL, 1999)
Neste exemplo, o roteador R1 deve transferir da rede 1 para a rede 2
todos os pacotes destinados a máquinas em qualquer das redes 2 e 3. Para
uma grande interligação em redes composta de muitas redes, a tarefa do
roteador de tomar decisões sobre por onde enviar pacotes se torna mais
complexa.
Além de roteadores que conectam entre si redes físicas, o software é
necessário em cada host para permitir que programas aplicativos usem a
interligação em redes como se fosse uma única rede realmente física. Do ponto
de vista da interligação em redes, qualquer sistema de comunicação capaz de
transferir pacotes é considerado como uma única rede, independente do
retardo, da vazão, do tamanho máximo do pacote ou da escala geográfica.
O protocolo da interligação em redes do TCP/IP trata todas as redes do
mesmo modo. Uma rede local, como uma Ethernet, uma rede de área maior,
como o backbone de ANSNET, ou uma ligação de ponto a ponto entre duas
máquinas, cada uma conta como uma rede.
35
CAPÍTULO III
HIERARQUIA DIGITAL SÍNCRONA
3.1 Tipos de transmissão de dados
3.1.1 Transmissão Síncrona
Na transmissão Síncrona os bits de um caracter são enviados
imediatamente um após o outro e a transmissão é estabelecida através de uma
cadência fixa para a transmissão dos bits e todo um conjunto de caracteres
(bloco). Antes da transmissão de um bloco, é enviada uma configuração de bits
de sincronização com o objetivo de colocar o equipamento receptor
exatamente em fase com o transmissor.
A transmissão síncrona permite a utilização de técnicas sofisticadas de
detecção de erros calculo de redundância cíclica (CRC, por exemplo). O
aspecto que encarece os equipamentos síncronos é a necessidade dos
mesmos possuírem dispositivos de armazenamento (buffers), já que o fluxo de
caracteres deve ser transmitido à velocidade constante e tipicamente a técnica
usada com a transmissão síncrona é a de verificação de CRC utiliza um
algoritmo para calcular um valor que resuma o valor inteiro de bits de dados.
Esse valor de CRC é anexado ao frame de dados. O receptor usa o mesmo
algoritmo, recalcula o CRC e compara o CRC inserido no frame ao valor que
havia calculado (TAROUCO, 2008).
A sincronização permite que os sistemas utilizem velocidades mais
elevadas e melhorem a detecção de erros. A desvantagem da transmissão
síncrona está principalmente nos custos mais elevados em virtude da maior
complexidade dos componentes necessários no circuito. Conseqüentemente, a
transmissão síncrona é empregada principalmente quando grandes volumes de
36
dados precisam ser transmitidos. A transmissão síncrona é normalmente
utilizada para se atingir altos níveis de eficácia em redes locais. Tanto o padrão
Ethernet como o Token Ring, por exemplo, utilizam transmissão síncrona
(TANENBAUM, 1997).
Neste modo de transmissão, o receptor e o transmissor estão
sincronizados quase que permanentemente (podem ocorrer perdas de
sincronismo durante a transmissão). O receptor conhecendo os intervalos de
tempo representativos dos bits, identifica a seqüência de bits transmitida,
fazendo uma amostragem do sinal recebido em intervalos regulares de T
segundos. Essa temporização básica corresponde à onda de relógio (clock) de
período T segundos que estabelece a taxa ou velocidade de transmissão 1/T,
expressa normalmente em bits por segundo (bps). Para que ocorra a
sincronização e esta amostragem possa ser feita nos instantes apropriados
(mesma cadência de emissão dos bits), ocorre o envio de uma configuração de
bits de sincronização no inicio do bloco a ser transmitido. Contudo, se o bloco é
muito extenso, algumas máquinas costumam ressincronizar seus osciladores,
enviando, no interior do bloco, caracteres de sincronização, principalmente em
mensagens muito longas. Este caracter deve ser precisamente diferenciado
dos demais para não haver ressincronização em momento errado. Neste
sentido são utilizadas técnicas de transparência. Deve-se observar que o modo
de transmissão síncrono é mais utilizado quando as máquinas usadas
transmitem sua informação continuamente na linha, oferecendo uma utilização
mais eficiente desta linha. Neste modo, os bits de um caractere são seguidos
imediatamente pelos próximos, não havendo delimitadores de caracter
(start/stop bits) como na transmissão assíncrona. A montagem desses blocos
de transmissão (com tamanho fixo ou variável) exige o uso de buffers para
acumular as informações e armazená-las antes da transmissão ou na
recepção. A partir das características apresentadas, podemos definir algumas
vantagens e desvantagens do modo de transmissão síncrono (TAROUCO,
2008):
37
1. Vantagens
•
Em relação à transmissão assíncrona, é mais eficiente, pois a
proporção de informação para sinais de controle (sincronização) é
bem maior, não necessitando de sinais de início e fim de caracter
(start/stop bits) .
•
Facilita o uso de algoritmos de compactação devido ao
armazenamento em buffer. Isto permite aumentar a velocidade de
transmissão.
•
A transmissão síncrona oferece melhor proteção contra erros,
pois, como mostrado no formato do bloco, existe no final deste
um conjunto de caracteres para verificação de erros: BCC (Block
Check Character).
2. Desvantagens
•
Se há um erro de sincronização, todo o bloco é perdido, pois até
a ressincronização a amostragem será realizada em instantes
incorretos.
•
Exige o uso de buffers, o que encarece o custo do equipamento,
pois os caracteres devem ser enviados em blocos e não conforme
sua disponibilidade.
A sincronização permite que os sistemas utilizem velocidades mais
elevadas e melhorem a detecção de erros. A desvantagem da transmissão
síncrona está principalmente nos custos mais elevados em virtude da maior
complexidade dos componentes necessários no circuito. Conseqüentemente, a
transmissão síncrona é empregada principalmente quando grandes volumes de
dados precisam ser transmitidos. A transmissão síncrona é normalmente
utilizada para se atingir altos níveis de eficácia em redes locais. Tanto o padrão
Ethernet como o Token Ring, por exemplo, utilizam transmissão síncrona.
Transmissão, os erros ao nível para não serem considerados e por pulsos de
mesma duração (TANENBAUM, 1997).
38
3.1.2 Transmissão Assíncrona
A transmissão assíncrona não utiliza um mecanismo de clock para
manter o dispositivo emissor e receptor sincronizados. Em vez disso, a
sincronização de bits é usada para estabelecer o sincronismo entre os
dispositivos para cada frame que é transmitido. Cada frame começa com um bit
de início que permite ao dispositivo receptor ajustar-se ao tempo, velocidade,
do sinal transmitido. As mensagens são breves para que os dispositivos de
emissão e de recepção não percam o sincronismo no decorrer da mensagem.
A transmissão assíncrona é mais freqüentemente usada para transmitir dados
de caracteres e é ideal para ambientes onde caracteres são transmitidos a
intervalos irregulares, assim como quando usuários digitam dados de
caracteres (TANENBAUM, 1997).
O Clock circuito que gera pulsos usados para sincronizar equipamentos
pulso regulares usado para propósitos de regulagem de tempo ou
sincronização; sinal de relógio que sincroniza todos os componentes em um
sistema; sincronizar sinais ou circuitos com um pulso de relógio. Possibilita ao
receptor sincronizar-se com a mensagem (TAROUCO, 2008).
Bits de dados - consistem de 7 ou 8 bits quando estão sendo
transmitidos dados de caracteres. Um bit de paridade - opcionalmente usado
como um método de detecção de erros. Um ou mais bits de fim sinalizam o fim
do frame de dados. Bit de Paridade A detecção de erros em transmissão
assíncrona utiliza o bit de paridade. Vários esquemas estão implementados
para uso do bit de paridade. Os mais comuns são os seguintes: Paridade par o
bit de paridade é definido para assegurar que seja enviado um número par de
bits 1. Se o campo de dados tiver três bits 1, o bit de paridade será definido em
1, para produzir um número total par de bits 1 (no caso, 4 bits). Paridade ímpar
- o bit de paridade é definido para assegurar que seja enviado um número
ímpar de bits 1. Se o campo de dados tiver três bits 1, o bit de paridade será
39
definido em 0 para produzir um total ímpar de bits 1 (no caso, 3 bits 1). As
técnicas de paridade podem detectar erros que afetam um bit. Elas podem,
contudo, ser incapazes de detectar erros que afetam dois ou mais bits
(TAROUCO, 2008).
A transmissão assíncrona é uma tecnologia simples e barata,
adequada para transmissão de pequenos frames em intervalos irregulares.
Como os bits de início, de fim e de paridade precisam ser acrescentados a
cada caracter a ser transmitido, o desempenho da transmissão assíncrona não
atende de forma satisfatória a troca de grandes quantidades de dados, devido
seu grande acréscimo de dados de controle ao já grande volume de dados
necessários transmissão assíncrona (TANENBAUM, 1997).
Na transmissão assíncrona, para cada caracter transmitido utiliza-se
um elemento de sinalização para indicar o início do caracter (start) e outro para
indicar o término do caracter (stop). O "start" ou bit de partida corresponde a
uma interrupção do sinal na linha, e o "stop" ou bit de parada, à condição de
marca ou repouso (TONIN, 2008).
Pelo bit "start" o receptor será avisado da transmissão de um caractere
com antecedência suficiente para que possa, através do seu próprio clock,
sincronizar para ler cada bit no momento apropriado. O termo assíncrono
refere-se à irregularidade dos instantes de ocorrência dos caracteres, mas
apesar da emissão dos caracteres ser irregular, existe um sincronismo ao nível
dos bits que compõem o caracter (TONIN, 2008).
Devido a possíveis erros de sincronismo, a transmissão assíncrona é
utilizada com taxas abaixo de 2400 bps. A principal desvantagem é a
ineficiência na utilização do canal além do alto overhead. Exemplificando, no
caso do ASCII extendido de 8 bits, acrescentando um bit de "start" e um de
"stop" (sendo que um "stop" é formado por 2 "starts (TONIN, 2008).
40
3.1.3 A Transmissão Isócrona
Contínua, sensível a atraso, a transmissão isócrona aplica um
dispositivo comum que fornece um sinal de clock compartilhado por todos os
dispositivos na rede. O dispositivo de clock cria slots dispositivos com dados a
serem transmitidos monitoram a rede e inserem dados em slots de tempo
abertos, à medida que eles se tornam disponíveis. Um determinado slot de
tempo pode ser preenchido até a sua capacidade com vários frames. A
transmissão isócrona garante taxas de transmissão, é determinista e apresenta
baixo overhead. A técnica, entretanto, apresenta um único ponto de falhas:
torna-se necessário assegurar que o dispositivo de clock é tolerante a falhas. A
informação isócrona é contínua e em tempo real na sua criação, transmissão e
utilização. Os dados numa transmissão isócrona devem ser enviados à taxa a
que estão a ser recebidos. Os dados isócronos devem também ser sensíveis a
atrasos na transmissão. Para canais isócronos a largura de banda requerida é
normalmente baseada nas características de amostragem da função
associada. A latência requerida está relacionada com o buffering disponível em
cada dispositivo de recepção dos dados. Um exemplo típico de transmissão
isócrona é a voz. A entrega de dados de uma transmissão isócrona é
assegurada à custa de perdas nos transitórios dos dados. Por outras palavras,
qualquer erro ocorrido na transmissão elétrica não é prática de informação é
alocada largura de banda suficiente para assegurar que os dados serão
entregues à taxa desejada. (Que se realiza em tempos iguais; isocrônico)
(TONIN, 2008).
Cujos
movimentos
se
efetuam
com
intervalos
iguais,
ou
simultaneamente A transmissão isócrona é aquela em que o sincronismo é
controlado pela rede, e não pelo DCE ou DTE, como ocorre na transmissão
síncrona e assíncrona. Conector, encaixe, espaço. Espaço de mensagem =
número de bits que representa uma mensagem que circula em uma rede.
Relação entre os fenômenos pela qual estes se acham ligados de modo tão
41
rigoroso que, a um dado momento, todo fenômeno está completamente
condicionado pelos que o precedem e acompanham, e condiciona com o
mesmo rigor os que lhe sucedem. [Se relacionado a fenômenos naturais, o
determinismo constitui o princípio da ciência experimental que fundamenta a
possibilidade de busca de relações constantes entre os fenômenos; se refere a
ações humanas e a decisões da vontade, entra em conflito com a possibilidade
da liberdade. Códigos extras, inseridos na transmissão original a fim de
controle da própria transmissão. "Custo" que um determinado padrão de
codificação gera para ser utilizado (devido a inclusão de bits de controle na
mensagem original). Código extra que tem que ser armazenado e/ou
transmitido para organizar algum dado. Intervalo de tempo entre o momento
em que uma instrução é passada ao computador até a sua execução; retorno
de um resultado; ) Retardamento entre uma solicitação de dados e a
transferência dos dados da memória ou outro tipo de origem de dados. (Buffer termo inglês que significa: área de armazenamento temporário de dados à
espera de processamento; local de armazenamento temporário de dados
recebidos por um dispositivo que ainda não está pronto para processá-los).
Memória intermediária = característica que permite a entrada de instruções ou
dados antes de o dispositivo ter terminado o processamento anterior (TONIN,
2008).
3.2 Hierarquia digital síncrona
Tendo em vista as diferenças entre os diversos sistemas PDH europeu,
americano e japonês, torna-se difícil a interligação desses sistemas num
sistema de comunicação digital mundial unificado. Esse fato, além de outros
fatores, contribuiu para a definição de um novo sistema de comunicação digital,
que desse suporte para a transmissão em altas taxas, além de perfeita
compatibilidade entre as diversas hierarquias de multiplexação digitais
existentes. Também foram fatores decisivos a necessidade de maior
42
flexibilidade e confiabilidade desses sistemas, além de facilidades de
gerenciamento, reconfiguração e supervisão, enfim, um sistema dentro do
conceito de Rede Inteligente (ROCHOL, 1999).
Esse novo sistema é conhecido como Hierarquia Digital Síncrona, SDH
(Synchronous Digital Hierarchy) (europeu), ou SONET (Synchronous Optical
Network) (americano). A principal característica dele, como diz o próprio nome,
é o fato de que é totalmente síncrono baseado em um relógio mestre universal
com precisão atômica (ROESLER, 1998).
Para compatibilização, os canais digitais do sistema PDH, após
passarem por um processo de adaptação, podem trafegar pelos canais
síncronos de alta velocidade do sistema SDH/SONET (ROESLER, 1998).
Por volta de 1985, o comitê T1X1 da ANSI, desenvolveu as primeiras
interfaces para troncos ópticos de alta velocidade baseados em fibra óptica,
conhecidas como SONET. A partir de 1988, muitos dos estudos, interfaces e
propostas da SONET foram acolhidas pelo ITU-T através das recomendações
G.707, G.708, e G.709, tornando-se desta forma um padrão mundial conhecido
como SDH do ITU-T (ROCHOL, 1999).
Na tabela 01 a seguir tem uma comparação entre a Hierarquia Digital
Síncrona SDH européia e o SONET americano equivalente. A principal
diferença entre os dois sistemas é em relação à estrutura do quadro do canal
básico, a partir do qual é estruturada a hierarquia de multiplexação, e à
designação dos diversos canais. Enquanto o SONET inicia com um canal
chamado STS-1, de 51,84 Mbit/s, o sistema SDH começa com um canal
designado de STM-1, de 155,52 Mbit/s (ROESLER, 1998).
43
Tabela 01 – Hierarquia Digital Síncrona SDH/SONET (ROESLER, 1998)
STS: Synchronous Transport Signal
STM: Synchronous Transport Module
ANSI: American National Standards Institute
OC: Optical Carrier
Na figura 3.1 a seguir é apresentada a estrutura genérica de um quadro
STS-n do SONET, em que n indica o número de canais básicos multiplexados
em cada nível da hierarquia de multiplexação digital, conforme é mostrado na
tabela acima. A duração de um quadro STS ou STM é sempre de 125 µs, e seu
tamanho em octetos varia de acordo com o nível de multiplexação. Tanto o
STM como o STS possuem um campo de informação útil chamado de
Synchronous Transport Envelope (SPE), que é inserido de forma variável em
relação ao tempo, dentro da estrutura síncrona do STM/STS (ROESLER,
1998).
44
Figura 3.1 – Estrutura genérica de um quadro STS-n do SONET (ROESLER,
1998)
Além do campo de informação útil (payload), os quadros STM/STS
possuem mais três campos de informação ou cabeçalhos, os quais contêm
informação para cada um dos protocolos dos três níveis da rede síncrona: rota,
linha e seção, e que por isso também são chamados de (ROCHOL, 1999);
♦ section overhead (SOH): informações de sincronismo de quadro, entre
outras;
♦ line overhead (LOH): utilizado para multiplexar e demultiplexar as Unidades
Administrativas (utilizado para compatibilizar SDH e PDH)
♦ path overhead (POH): O POH e o payload formam o campo do SPE, cujo
início pode flutuar em relação à estrutura síncrona fixa do SDH/SONET. Os
cabeçalhos LOH e o SOH estão localizados na parte fixa do quadro STM/STS.
No nível de linha é feita a multiplexação e por isso os ponteiros (bytes H1, H2,
45
H3), que implementam o mecanismo de adaptação entre o relógio do tributário
e o relógio mestre do sistema SDH, estão localizados neste cabeçalho.
O número de bytes associados a um determinado quadro, e o número
de bytes dos diversos campos que o compõem, varia em cada nível de
multiplexação de acordo com o valor de n. Assim, por exemplo, com n=1,
obtemos o quadro STS-1 básico, que é mostrado na figura 3.2 a seguir.
Figura 3.2 – Quadro STS-1 básico (ROESLER, 1998)
3.2.1 Compatibilização entre SONET e SDH
Para que houvesse compatibilização entre o SDH (estruturas STM) e o
SONET (estruturas STS) foi definido o STS-3c que é praticamente equivalente
ao STM-1 do SDH.
Lembramos que o STM-1 é o quadro básico do SDH, como mostra a
figura 3.3 a seguir.
46
Figura 3.3 – STM-1 é o quadro básico do SDH (ROESLER, 1998)
A cada quadro STS-3c está associada uma banda de 155,52 Mbit/s
(cada byte fornece uma banda de 64 kbit/s). O quadro STS-3c é formado por
2430 bytes, destes, 90 são consumidos pelo TOH (Transport Overhead),
constituído pelo SOH e o LOH, o que implica que 2349 bytes são ocupados
pelo SPE (Synchronous Payload Envelope) que é formado pelo POH (9 bytes)
mais o payload propriamente dito (2340 bytes). (A eficiência do STS-3c será,
portanto 2340/2430) 100 = 96,296 %, superior portanto ao STS-3 (ROESLER,
1998).
A compatibilização entre o sistema americano SONET, e o europeu
SDH, se dá através do quadro básico STM-1 do SDH (155,52 Mbit/s) e o
quadro STS-3c do SONET (155,52 Mbit/s). Basicamente as duas estruturas
são idênticas, a menos de diferenças menores referentes à interpretação dos
cabeçalhos SOH e LOH (ROESLER, 1998).
Para saber a composição de um quadro STM-n pode-se usar a
seguinte expressão de equivalência: STM-n = STS-3n
Por exemplo, o quadro STM-1 possui um total de 3x90x9=2430 bytes e
um campo de SPE de 3x87x9=2349 bytes.
47
CAPÍTULO IV
PLANEJAMENTO DA REDE ÓPTICA
Ao necessitar da opção do uso da fibra óptica na instalação de uma
rede local, em lugar de soluções de cabeamento estruturado convencional, há
uma grande vantagem significativa devido à capacidade da fibra em possibilitar
o tráfego das informações com velocidades além do cabeamento convencional.
Entretanto, deve-se escolher o tipo de fibra óptica que se adéqüe a sua
utilização em uma rede de computadores.
A fibra padrão utilizada nas aplicações de redes locais (LAN) é a fibra
óptica multimodo de 62,5mm que possui uma largura de banda virtualmente
ilimitada para as aplicações nas distâncias envolvidas em redes locais (até
aproximadamente 200 metros), sendo suficiente para atender as redes
FastEthernet atuais, bem como as redes Gigabit Ethernet, ATM (até 622Mbps)
e Fibre Channel (até 1Gbps).
Nos casos de distâncias superiores aos 200 metros, os cabos de fibra
óptica monomodo oferecem uma solução mais atraente, pois esse tipo de fibra
apresenta uma capacidade maior de largura de banda em relação à fibra
multimodo. Essa maior largura de banda da fibra monomodo é uma vantagem
importante que deve ser levada em conta no momento de utilizá-la em um novo
projeto de uma rede local. Todavia, um ponto que deve ser considerado é que
o custo dos produtos de conectividade para as fibras monomodo é mais alto
devido aos requisitos mais exigentes de instalação. Entretanto, esse custo
adicional pode ser considerado pequeno em comparação com o custo geral da
rede e com a vantagem adicional de que o sistema estará em condições de
atender às necessidades futuras da rede.
Por sinal, a evolução das tecnologias de redes é outro fator que deve
ser considerado na escolha de um tipo específico de fibra óptica. Com o passar
do tempo, novos padrões e protocolos de aplicação são implementados, com
48
velocidades cada vez mais elevadas e várias características como, por
exemplo, a largura de banda das fibras ópticas, são fatores importantes que
devem ser levados em consideração no projeto de uma rede. Com o uso cada
vez maior de sistemas baseados na tecnologia Gigabit, por exemplo, os
sistemas necessitam usar cada vez mais, maior largura de banda. Uma prova
dessa afirmativa são as velocidades de até 2,5Gbps, realidades para os novos
padrões ATM e Fiber Channel.
Como mencionado, a largura de banda é um fator limitante que
representa a medida da capacidade de trafegar informações de um meio físico.
Para os cabos de pares trançados de cobre em uso atualmente nas redes
locais, a largura de banda depende em grande parte da freqüência na qual se
transmite o sinal. À medida que essa freqüência aumenta, menos largura de
banda ocorrerá na rede.
No caso da fibra óptica, a largura de banda pode ser definida como a
quantidade de informações que uma fibra pode transportar sobre uma distância
especificada, medida em MHz/Km e, ao contrário dos cabos de cobre, outros
fatores afetam a largura de banda na fibra óptica. Por exemplo, um dos fatores
principais é a dispersão (ou espalhamento) que o pulso de luz sofre conforme
trafega pelo núcleo da fibra óptica. Quanto maior o comprimento do cabo,
maior será a dispersão do sinal óptico e, com uma dispersão excessiva, o sinal
poderá não ser reconhecido no ponto de recepção.
Em toda fibra óptica multimodo há uma correlação direta entre o valor
da largura de banda medida e o espalhamento que ocorre quando os pulsos de
luz se propagam pelo núcleo da fibra. Na medida em que a dispersão cresce, a
largura de banda diminui. Daí conclui-se que qualquer aumento na largura de
banda da fibra estará relacionado com um aumento direto do comprimento que
a fibra suportará a uma dada taxa de transmissão.
A melhor solução para um projeto de rede utilizando fibras ópticas irá
depender de uma série de fatores, dentre eles os mais significativos que irão
determinar a viabilidade futura de um projeto serão o tipo e as características
49
ópticas (largura de banda) da fibra utilizada. Outros fatores que devem ser
considerados são os seguintes:
•
As distâncias envolvidas na rede;
•
Se haverá extensões ópticas na rede;
•
Das aplicações de rede atuais;
•
Dos protocolos futuros que a rede terá de suportar.
Como visto, a escolha correta da fibra óptica para o projeto de uma
rede de computadores irá depender de vários fatores como o padrão de rede
adotado, a limitação das distâncias impostas pelos protocolos da rede, do tipo
de fibra, que irá implicar na escolha dos dispositivos eletrônicos e
conectorização e dos resultados financeiros esperados para o investimento. Na
maior parte dos casos, a fibra óptica multimodo ainda será a melhor opção de
escolha para aplicações em redes locais. Entretanto, as limitações impostas
pelos novos protocolos e aplicações de rede restringem sua utilização em
muitos projetos, o que tem levado muitos usuários a optar pela instalação de
fibras monomodo, consideradas capazes de garantir a capacidade de sua infraestrutura frente a essas novas aplicações de redes.
50
CAPÍTULO V
PROJETO DA REDE ÓPTICA
O projeto de uma rede óptica estruturada tem como objetivo organizar
e unificar as instalações do cabeamento existente e de novos sistemas que
forem adotados, tornando-se assim um padrão preparado para a adoção das
novas tecnologias de redes.
Assim, a fibra óptica tem sido muito utilizada como parte integrante das
soluções, principalmente nos backbones de redes locais e metropolitanas. Com
isso, um Distribuidor Óptico tem a finalidade de acomodar e proteger todas as
conexões ópticas existentes, devendo ser dimensionado levando-se em
consideração as diversas variáveis de um sistema com cabeamento
estruturado.
O projeto de um Distribuidor Óptico deve abranger as funcionalidades
em sua estrutura, que vão desde a chegada dos cabos ópticos da planta
externa, que pode ocorrer tanto pela parte superior, inferior ou traseira de um
rack, como também todas as emendas, terminações e armazenamento da
sobra de cabos e dos cordões ópticos utilizados internamente.
Todos os painéis que compõem um Distribuidor Óptico devem permitir
a acomodação característica como o raio mínimo de curvatura dos cabos
ópticos utilizados, além de possuir campos para identificação de todos os
pontos de conexão e emenda existentes nos painéis.
Os principais aspectos que devem ser considerados na definição de
um distribuidor óptico mais adequado para o projeto de uma rede utilizando
cabeamento estruturado são os seguintes:
•
Densidade do Rack – Os racks são as estruturas utilizadas para o
acondicionamento de equipamentos ativos ou passivos utilizados em
uma rede. Inicialmente o dimensionamento e o posicionamento dos
51
racks
para
abrigar
um
Distribuidor
Óptico
devem
atender
às
necessidades e às partições definidas com base na baixa, média ou alta
densidade de fibras ópticas da rede. Os racks geralmente se
apresentam com a largura efetiva dos painéis de conexão (patch
panels), expressa nos padrões de 19 ou 23 polegadas;
•
Conexão Cruzada e Interconexão – A técnica de conexão cruzada torna
o
sistema
flexível,
principalmente
porque
possibilita
uma
fácil
manipulação das conexões ópticas, permitindo a realização de testes e
monitoramento nas duas direções da conexão. Para essa configuração
são utilizados dois painéis de conexão onde um painel fica vinculado aos
cabos que chegam da planta externa e o outro destinado à conexão dos
equipamentos ópticos ou cabos que darão continuidade ao sinal pela
rede interna. Dessa maneira, a parte frontal de ambos os painéis fica
disponível para as alterações que se façam necessária através dos
cordões ópticos, conhecidos como "cordões de manobra". Já a
Interconexão é uma alternativa à técnica de conexão cruzada que
permite a interconexão dos cabos que chegam da planta externa
diretamente aos equipamentos ópticos ou aos outros cabos da rede
óptica interna, através de painéis de conexão de passagem. É uma
solução utilizada em locais onde se dispõe de pouco espaço físico para
a instalação de painéis e racks;
•
Emendas "On-Frame" & "Off-Frame" – No caso da emenda "on-frame",
os módulos de emenda das fibras ópticas encontram-se dentro do
próprio bastidor de conexão e são interconectados ao módulo de
terminação através de "pigtails". Por definição de projeto ou mesmo por
características de construção da própria rede, na emenda "off-frame" as
fibras ópticas são emendadas em painéis localizados fora do bastidor de
conexão (em outra sala, andar, etc.) ou em caixas de emendas
subterrâneas apropriadas. Neste caso, normalmente os painéis de
conexão são pré-conectorizados e o respectivo cabo da rede interna
conhecido como Intra Facility Cable (IFC), segue diretamente para o
painel remoto de emenda;
52
•
Acesso - A definição do acesso do cabo óptico ao rack depende
principalmente do local onde será instalado o Distribuidor Óptico. Por
exemplo, na configuração para acesso traseiro, pressupõe-se que os
racks não serão instalados contra paredes ou costa-costa. A definição
do acesso depende normalmente do espaço disponível para a
instalação;
•
Conectorização – As terminações ópticas são constituídas basicamente
por conectores, que tem como função realizar a conexão entre as fibras
ópticas e os dispositivos ou equipamentos da rede.
Uma vez definido o tipo de Distribuidor Óptico, será necessário ainda
adicionar alguns componentes extras que irão agregar valor a essa rede. Com
certeza, em algum ponto do sistema de cabeamento será necessário utilizar
divisores, atenuadores, combinadores e mesmo equipamentos ativos como um
comutador óptico. Os Distribuidores Ópticos modernos já possuem integrados
ao seu próprio bastidor módulos preparados para receber tais facilidades que,
em forma de cartões, são inseridos diretamente nos painéis de conexão.
Existem ainda softwares especialmente desenvolvidos e destinados à
administração das redes estruturadas com fibras ópticas ou mistas com
cabeamento metálico.
Uma vez considerados os pontos anteriormente descritos, o projeto da
rede estruturada estará parcialmente definido. A partir desse momento deverá
ser feito um melhor detalhamento, definindo-se como se dará a chegada e a
passagem dos cabos, em qual tipo de piso o sistema será instalado (alvenaria,
piso-falso), quais os conectores ópticos utilizados (SC, FC, E2000, etc.), qual
será a técnica de emenda utilizada (conectorização, mecânica ou fusão),
padronização dos tipos de cordões ópticos utilizados (extensão óptica, cabo
multicordão, etc.).
Podemos concluir que o dimensionamento inadequado ou mesmo a
não utilização de um Distribuidor Óptico poderá reduzir consideravelmente o
tempo de vida, a flexibilidade e a eficiência que uma rede necessita, seja ela
uma rede de TV a cabo, rede de telefonia ou rede de dados. Considerando o
53
seu baixo custo em comparação com as redes de transporte (transmissores,
multiplexadores e sistemas via rádio), a sua utilização trará grandes benefícios
como retorno rápido do investimento e uma boa economia durante sua
operação.
54
CAPÍTULO VI
DIMENSIONAMENTO DA REDE ÓPTICA
Assim, para a construção da rede SDH, cabe alguns dados
informativos, como segue:
Uma rede SDH é composta por:
•
Rede Física: é o meio de transmissão que interliga os equipamentos
SDH. Pode ser composta por: cabos de fibra óptica, enlaces de rádio e
sistemas ópticos de visada direta baseados em feixes de luz
infravermelha.
•
Equipamentos: são os multiplexadores SDH de diversas capacidades
que executam o transporte de informações.
•
Sistema de Gerência: é o sistema responsável pelo gerenciamento da
rede SDH, contendo as funcionalidades de supervisão e controle da
rede, e de configuração de equipamentos e provisionamento de
facilidades.
•
Sistema de Sincronismo: é o sistema responsável pelo fornecimento das
referências de relógio para os equipamentos da rede SDH, e que
garante a propagação desse sinal por toda a rede.
A figura 6.1 a seguir apresenta um exemplo de rede SDH.
55
Figura 6.1 – Rede SDH (TORRES, 2001)
As redes SDH oferecem vários benefícios, quando comparada com
outras tecnologias:
•
O cabeçalho complexo existente no frame SDH permite a gerência
(administração, operação e manutenção) centralizada da rede;
•
A arquitetura de multiplexação síncrona e a padronização tanto em nível
de equipamentos como de interfaces, permite o crescimento para níveis
mais altos de multiplexação e taxas de bits;
•
A estrutura de multiplexação é flexível, permitindo o transporte de sinais
PDH (e até mesmo de células ATM) e o acesso aos tributários de
qualquer hierarquia num único equipamento;
•
A forte padronização do SDH permite maior compatibilidade entre
equipamentos de fabricantes diferentes, tanto através de interfaces
elétricas como ópticas;
•
Os equipamentos possuem mecanismos que permitem implementar
procedimentos de proteção tanto nas interfaces de tributários como na
rede, facilitando a formação de redes em anel ou malha.
56
Custos
Descrição
Valor
Rack
4.200,00
Painel de conexão (2 unidades)
8.300,00
Emendas (Pigtails)
500,00
Conectores diversos
250,00
Distribuidor
3.800,00
Cabo óptico (500 mts)
12.500,00
TOTAL
29.550,00 (*)
* Valor para atender 50 computadores
Assim, para a construção da rede WDM, cabe alguns dados
informativos, como segue:
Atualmente existem vários tipos de fibras ópticas, com características diversas
e que foram desenvolvidas conforme as necessidades de sua aplicação. Para
todas elas, as duas características mais importantes a serem analisadas são:
•
Atenuação: é a perda da intensidade luminosa ao longo da fibra,
causada pelo próprio material da fibra e / ou por eventuais emendas,
físicas ou mecânicas, existentes (medida em dB/Km);
57
•
Dispersão: é o espalhamento da luz ao longo da fibra, causado pela
existência de diferentes comprimentos de onda no feixe de luz (medido
em ps/nm. Km).
As fibras ópticas que vem sendo utilizadas nas redes WDM são:
•
Single Mode (SM - G.652 ITU-T): é o tipo de fibra mais comum
encontrada no mercado. Possui algumas limitações quando usada em
sistemas WDM com maior concentração de comprimentos de ondas,
pois possui elevado fator dispersão cromática. Para compensar essa
limitação torna-se necessário o uso de segmentos de fibras especiais
para correção da dispersão cromática (DCU). Entretanto, como essa
fibra possui um núcleo com área maior do que os outros tipos de fibra
óptica, seu uso se adapta bem a sistemas WDM com grande capacidade
de comprimentos de onda.
•
Dispersion Shifted (DS - G.653 ITU-T): é o tipo de fibra cuja dispersão
é zero. Acreditava-se, em seu lançamento, que seria a fibra ideal para
ser usada com sistemas WDM e SDH de alta capacidade. Porém, com a
evolução desses sistemas e o conseqüente aumento da quantidade de
comprimentos de onda (Lambdas), verificou-se que esta fibra possui
limitações no tocante à dispersão cromática, o que diminuiu o seu uso.
•
Non Zero Dispersion (NZD - G.655 ITU-T): é tipo de fibra que foi
concebida para corrigir a limitação da fibra tipo DS, e cuja dispersão
para a janela de 1550 nm é muito baixa em relação à fibra SM (18
ps.nm/km), porém não é zero (8 ps.nm/km). Para obter esta redução do
fator de dispersão cromática, o núcleo da fibra foi alterado para ter
menor diâmetro. Sempre se acreditou que estas fibras seriam ideais
para sistemas WDM com grande número de comprimentos de onda,
porém com o passar do tempo e utilização em sistemas reais, verificouse que o fato de ter a área de seu núcleo reduzida, impede sua
utilização em sistemas de grande quantidade de comprimentos de onda
(Lambdas).
58
•
Low Water Peak (LWP - G.652D ITU-T): é tipo de fibra onde os
processos industriais de produção permitem a diminuição ou eliminação
do efeito "pico d'água", permitindo que a faixa de 1400 nm seja utilizada
para tráfego de sistemas ópticos. Isso otimiza o uso de equipamentos
CWDM (descritos adiante), que atuam em toda a faixa, desde 1310nm
até 1625nm, compreendendo as bandas O, E, C e L do espectro de luz.
Multiplexação Óptica
É a característica mais importante a ser definida quando do
planejamento de um sistema WDM. De acordo com as necessidades da
aplicação, identifica-se o qual tipo de sistema WDM a ser implantado definindose o espaçamento entre os canais ópticos, limitando assim a sua capacidade.
Este espaçamento, que pode variar de 200 GHz a 12,5 GHz, é padronizado
pelas normas G.694.1 (DWDM) e G.694.2 (CWDM) do ITU-T.
Os tipos de sistemas WDM mais comuns são:
•
CWDM (Coarse Wave Division Multiplex): sistema cuja multiplexação
óptica possui espaçamento de 200 GHz e pode variar a quantidade de
canais de 4 a 16 dependendo da fibra óptica adotada no projeto. Sua
taxa de transmissão pode variar de E3 (34 Mbit/s) a STM-16 (2,5 Gbit/s).
Possui um melhor desempenho com o uso da fibra óptica tipo LWP.
•
DWDM (Dense Wave Division Multiplex): sistema cuja multiplexação
óptica possui espaçamento que varia de 100 GHz a 25 GHz, e pode
variar a quantidade de canais de 16 a 128. Sua taxa de transmissão
pode variar de STM-1 (155 Mbits/s) a STM-64 (10 Gbits/s). Possui um
melhor desempenho com o uso a fibra óptica tipo SM.
•
UDWDM
(Ultra
Dense
Wave
Division
Multiplex):
sistema
cuja
multiplexação óptica possui espaçamento menor que 25 GHz e possui
59
uma quantidade de canais superior a 128. Este sistema atualmente
ainda encontra-se em desenvolvimento.
•
Potência Luminosa.
A energia luminosa presente nos diversos segmentos da rede WDM
deve ser criteriosamente projetada, para garantir tanto a qualidade de serviço
como a vida útil especificada para o sistema. Desta forma, o cálculo do balanço
de potência representa um fator importante para o projeto de redes WDM.
Para este cálculo torna-se importante ressaltar 2 conceitos definidos
para a rede WDM:
•
"Span", que representa um trecho da rota física entre dois equipamentos
WDM adjacentes na rede;
•
Enlace Óptico, que representa uma rota completa da rede WDM.
•
O balanço de potência é calculado levando-se em consideração os
seguintes dados de projeto da rede WDM:
•
Capacidade de Transmissão do Enlace Óptico;
•
Número de comprimentos de onda (Lambdas), calculado em função da
capacidade de transmissão;
•
Tipo de Fibra Óptica a ser utilizada, considerando suas características
de atenuação e dispersão cromática;
•
Número de "span's" para cada Enlace Óptico;
•
Atenuação de cada "span".
Como normalmente a capacidade de transmissão do Enlace Óptico, o
tipo de fibra óptica e o número de comprimentos de onda (Lambdas) são
prioritariamente definidos, cabe ao projetista trabalhar com o número de
"span's" e a atenuação de cada "span" para garantir que o balanço de potência,
ou seja, a potência óptica disponível no Enlace permita que os diversos sinais
transmitidos possam ter a qualidade esperada.
60
Fatores como atenuação e relação sinal /ruído do sinal óptico
determinam os tipos de equipamentos WDM a serem usados para amplificar ou
regenerar esse sinal.
Como as características dos equipamentos são completamente
dependentes dos seus fornecedores, não existe uma padronização de projeto
para a rede WDM. Os fatores a serem considerados são sempre os mesmos,
mas o número de "span's" por enlace pode variar significativamente,
dependendo do sistema adotado.
Custos
Descrição
Valor
Rack
4.200,00
Painel de conexão (2 unidades)
8.300,00
Emendas (Pigtails)
500,00
Conectores diversos
250,00
Distribuidor
3.800,00
Cabo óptico (500 mts)
28.000,00
TOTAL
45.050,00 (*)
* Valor para atender 50 computadores
61
CONCLUSÃO
Quando se fala em tecnologia de ponta, nos dias atuais, o que existe
de mais moderno são os cabos de fibra óptica, que unem diversas
possibilidades, desde a transmissão de informações entre computadores,
telefonia e aplicabilidade para as empresas de TV a cabo. A transmissão de
dados nesse tipo de rede é realizada pelo envio de um sinal de luz codificado,
dentro da freqüência do infravermelho a uma velocidade de 10 a 15 MHz.
Apesar de possuir preço elevado, os cabos de fibra óptica não sofrem
interferências com ruídos eletromagnéticos e com rádio freqüências e permitem
um total isolamento entre transmissor e receptor. Dessa forma, quem deseja ter
uma rede segura, preservar dados de qualquer tipo de ruído e ter velocidade
na transmissão de dados, os cabos de fibra óptica são a melhor opção do
mercado.
O cabo de fibra óptica pode ser utilizado tanto em ligações ponto a
ponto quanto em ligações multiponto. A exemplo do cabo de par trançado, a
fibra óptica também está sendo muito usada em conjunto com sistemas ATM,
que transmitem os dados em alta velocidade.
Assim, na hierarquia digital síncrona, os cabos ópticos possuem
importante função, dando estabilidade e segurança, fatores importantes para
redes seguras.
Como se pode perceber o custo da Rede Óptica com o Sistema WDM
tem custo elevado, porém a perda de sinal é menor e de maior confiabilidade,
sendo propícia a se adaptar as novas tendências de redes gigabits, diferente
do Sistema SDH que apesar de valor inferior, deixará a desejar na próxima
geração de redes.
62
BIBLIOGRAFIA
ALVES, Luiz. Comunicação de Dados. São Paulo: Makron Books, 1994.
COMER, Douglas E. Interligação em Redes com TCP/IP. São Paulo: Campus,
1998.
DEERING, S. Host Extensions for IP Multicasting, August 1989.
DERFLER, Frank J & FREED, Les. Tudo sobre Cabeamento de Rede. Rio de
Janeiro: Campus, 1996.
HUITEMA, Christian. Routing in the Internet. São Paulo: Prentice Hall, 1995.
KUMAR, V., MBone. Interactive Multimedia on the Internet. Indianapolis:
New Riders, 1996.
O'SULLIVAN, Bryan. The Internet Multicast Backbone. February 1996.
PROENÇA. Curso de Redes. Disponível em: <http://proenca.uel.br/cursoredes-graduacao/1998/trab-01/equipe-05/Comp.html>. Acesso em: 17 julho,
2008.
63
ROCHOL, Juergen. Redes de Computadores – 2a parte. Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, Instituto de Informática. 1999.
ROESLER, Valter. ATM – Asynchronous Transfer Mode. Apostila de curso.
1998.
TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. Rio de Janeiro: Campus,
1997.
TAROUCO, Liane M. R. Fundamentos de Teleprocessamento. Disponível
em: <http://www.dainf.cefetpr.btr/~pelisson/com02a.htm>. Acesso em: 15 julho.
2008.
TONIN, Neilor. Apostila de Telecomunicações e Redes 1. Disponível em:
<http://www.inf.uri.com.br/neilor/tele/apostila.pdf>. Acesso em: 15 julho. 2008.
TORRES, Gabriel. Redes de Computadores. São Paulo: Axcel Books, 2001.
SCHULZINNE, H., CASNER, S., FREDERICK, R., JACOBSON, V. RTP: A
Transport Protocol for Real Time Applications, January 1996.
Sociedade Brasileira para Interconexão de Sistemas Abertos (BRISA),
Arquitetura de Redes de Computadores OSI e TCP/IP. São Paulo: Makron
Books, 1994.
64
ÍNDICE
INTRODUÇÃO
8
CAPÍTULO I – CABO DE FIBRA ÓTICA
1.1 Luz através do túnel
1.2 Cabos monomodias e multimodais
1.3 Opções de cabo de fibra óptica
1.4 Conectores
1.5 Padrões de sinalização e conexão
1.5.1 FDDI
1.5.2 FOIRL e 10 BASE
1.6 Instalações práticas
1.7 Vantagens e desvantagens dos cabos de fibra óptica
9
12
13
14
15
18
19
20
22
23
CAPÍTULO II – REDE
2.1 Wans e Lans
2.2 A tecnologia ethernet
2.3 FDDI (fiber distributed data interconnect)
2.4 ATM (asynchronous transfer mode)
2.5 Interligação em redes
25
26
27
30
32
34
CAPÍTULO III – HIERARQUIA DIGITAL SÍNCRONA
3.1 Tipos de transmissão de dados
3.1.1 Transmissão Síncrona
3.1.2 Transmissão Assíncrona
3.1.3 A Transmissão Isócrona
3.2 Hierarquia digital síncrona
3.2.1 Compatibilização entre SONET e SDH
36
36
36
39
41
42
47
CAPÍTULO IV – PLANEJAMENTO DA REDE ÓPTICA
48
CAPÍTULO V – PROJETO DA REDE ÓPTICA
51
CAPÍTULO VI – DIMENSIONAMENTO DA REDE ÓPTICA
55
CONCLUSÃO
62
BIBLIOGRAFIA
63
ÍNDICE
65
ÍNDICE DE FIGURAS
66
65
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 – Cabos de fibra óptica
11
Figura 1.2 - Conector ST
16
Figura 1.3 – Conector MIC
17
Figura 2.1 – Conexão física entre dois computadores
28
Figura 2.2 – Cada computador conecta-se a um HUB por cima de um
par de fios
28
Figura 2.3 – Rede FDDI com fibras ópticas fazendo a conexão de seis
computadores
31
Figura 2.4 – Duas redes físicas conectadas entre si por um roteador
34
Figura 2.5 – Três redes interconectadas por dois roteadores
35
Figura 3.1 – Estrutura genérica de um quadro STS-n do SONET
45
Figura 3.2 – Quadro STS-1 básico
46
Figura 3.3 – STM-1 é o quadro básico do SDH
47
Figura 6.1 – Rede SDH
56
66