Redes de Computadores
Meios de Transmissão
Ely Edison Matos
[email protected]
ago2003
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
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
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
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
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)
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
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
STP
Possuem blindagem de folha ou malha de
fios de cobre envolvendo cada par
Segundo as especificações IBM temos os
seguintes tipos
Tipo
Tipo
Tipo
Tipo
1:
2:
6:
9:
2
2
2
2
pares
pares
pares
pares
para
para
para
para
dados, 16 Mbps
dados e 4 pares para voz
dados
dados, a prova de fogo
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
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)
Cabo Coaxial
RG 58 C/U
R
G
58
C
/U
áreas
= radio freqüência
= governamental
= sistema numérico de identificação
= qual a revisão do sistema de codificação
= qualificação Universal para todas as
militares
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
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
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
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
cobertura
casca
núcleo
Fibra ótica
Refração no ponto de entrada
Luz
900
Reflexão na casca (cladding)
Material: Vidros (para telecomunicação) e plásticos (somente para
curtas distâncias pois tem alta impedância ótica)
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”
q/n1
n2
n1
q
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
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
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
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
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)
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)
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
Link Ótico
Cabo UTP categoria 5
terminador
ótico
Cabo
ótico
terminador
ótico
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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