Física das redes de computadores
Grupo:
Professor:
Ederson Luis Posselt
Geovane Griesang
Ricardo Cassiano Fagundes
Benhur Borges Rodrigues
Física aplicada a computação
www.caractere13.com.br/fredes
Site
Introdução
Com o crescente uso dos computadores, surgiu a
necessidade do compartilhamento de recursos, tanto
de máquinas quando de programas e base de dados;
A solução para esse problema foi interligar os
microcomputadores em rede, possibilitando a
centralização dos arquivos em apenas um lugar,
consequentemente, a versão mais recente dos
documentos sempre estaria disponível;
Benefícios
“Quando as pessoas trabalham em grupo,
concretizam tarefas em um menor espaço de tempo e
com menos esforço”;
Maior produtividade;
Compartilhamento de recursos;
Custo;
Maior acessibilidade aos dados;
Maior facilidade para realização de backup;
Economia de espaço em disco;
Internet;
Topologias
Em uma rede de computadores, a velocidade com
que os dados circulam na rede é muito importante e
dependem de como os microcomputadores estão
ligados e de como os dados trafegam pela rede;
A topologia física é a maneira como os cabos
conectam fisicamente os micros;
A topologia lógica é a maneira como os sinais
trafegam através dos cabos e placas de rede;
Topologias físicas
Barramento (linear)
Anel
Estrela
Topologia lógica Ethernet
Topologia lógica Token Ring
Topologia lógica Arcnet
O funcionamento lógico de uma rede Arcnet também
se baseia num pacote de Token, a diferença é que ao
invés do pacote ficar circulando pela rede, é eleita
uma estação controladora da rede, que envia o
pacote de Token para uma estação de cada vez;
Não há nenhum motivo especial para uma estação
ser escolhida como controladora, geralmente é
escolhida a estação com o endereço de nó formado
por um número mais baixo;
Wireless
Tecnologia de redes sem fio;
Flexibilidade e mobilidade;
Roaming;
Cabeamento
"Cabo é cabo, não é mesmo?", Um Novato perguntava;
"Não", Willy respondia pacientemente. "Você não pode
simplesmente ignorar as leis da física. Segundo estas leis, há
muitas diferenças entre cabos, por causa dos condutores, do
tipo de isolamento entre eles, de sua organização dentro da
tubulação, de sua capacidade de neutralizar o ruído
externo“;
Derfley, J.F. e Freed, L.- Tudo sobre Cabeamento de Redes;
Cabo coaxial
Características em relação ao par trançado:
Maior imunidade a ruídos;
Mais caro;
Menor maleabilidade;
Utilização:
Redes locais, TV a cabo e cabos submarinos;
Par trançado
Características:
Constituído de 4 pares com dois fios que são enrolados
em espiral de forma a reduzir o ruído e manter constantes
as propriedades elétricas do meio;
Podem ser blindados;
Mais baratos e comuns;
Utilização:
Redes locais;
Gigabit ethernet: Backbones, nos provedores de internet,
em redes corporativas e em redes de usuários que
necessitam de grande largura (CAT 5e, CAT6 e CAT7);
Fibra óptica
Composição:
Um núcleo (core) de vidro: trafega a informação;
Uma casca (cladding): confina o raio de luz de
modo que ele fique dentro do núcleo
Uma ou várias camadas de material amortecedor
de impacto e resistente à tensão mecânica
(buffer), para proteger fisicamente a fibra e evitar
interferências externas.
Fibra óptica
São constituídas de vidro transparente e alto grau de pureza;
Uma vidraça feita com esse vidro poderia ter até 1 km de
espessura e ser perfeitamente transparente;
A interface núcleo-revestimento funciona como um espelho,
refletindo a luz continuamente;
A luz penetra numa das extremidades da fibra, passa por
dentro dela e atinge a outra extremidade, mesmo que a fibra
forme curvas;
As fibras ópticas levam informações de uma parte à outra,
quase instantaneamente (velocidade da luz);
Reflexão
O fenômeno da reflexão ocorre quando os raios
que incidem sobre uma superfície voltam para o
meio no qual ocorreu a incidência;
A reflexibilidade é a tendência dos raios de
voltarem para o mesmo meio de onde vieram;
Reflexão espetacular
Se diante de um espelho uma pessoa não ficar em
uma determinada posição, não vai conseguir
enxergar a sua imagem, pois os raios são
refletidos em uma única direção (são paralelos
entre si, reflexão regular);
Esse tipo de reflexão ocorre em superfícies
polidas tais como espelhos, metais, a água parada
de um lago;
Reflexão difusa
Quando uma está enxergando uma mesa, ela pode
ficar em qualquer posição ao redor da mesa que
continua a enxergando. Isso acontece porque os
raios estão sendo refletidos em todas as direções.
Esse tipo de reflexão ocorre em superfícies
irregulares;
A grande maioria dos objetos reflete a luz de uma
maneira difusa. Isso permite que uma pessoa veja
um objeto de qualquer posição que ela esteja em
relação a ele.
Leis de reflexão
Lei 01: O raio incidente, o raio refletido e a
normal à superfície refletora pertencem a um
mesmo plano (estão emitidos no mesmo plano).
Lei 02: O ângulo de incidência é igual ao ângulo
de reflexão.
Semelhante a colisão de uma bola com a parede;
Reflexão – exemplo prático
É comum ver em filmes que mostram submarinos
o uso de periscópios para observar o que se passa
acima do nível da água. Basicamente o periscópio
funciona por reflexão;
Reflexão interna total
A luz viaja através do núcleo refletindo
constantemente na interface, o que representa o
princípio de reflexão interna total;
O feixe de luz não entra de qualquer jeito na
fibra, ele é enviado para a fibra num ângulo
determinado para ocorrer à reflexão;
Esse ângulo varia conforme o tipo de fibra;
Experimento
Tipos de cabo de fibra óptica
Multimodo (modo múltiplo):
Possuem vários sinais que se movem dentro do cabo;
O sinal viaja batendo continuamente nas paredes do cabo,
tornando-se mais lento e perdendo a intensidade rápido;
Monomodo (modo simples):
Único ângulo para incidência dos raios de luz;
Transmite apenas um sinal de luz;
Dimensões de núcleo pequenas;
Transmitem mais rápido;
A luz viaja em linha reta;
Faz o caminho mais curto;
Materiais complexos;
Refração
Quando a luz passa de um meio para outro (ar
para a água), ela sofre uma determinada refração,
que provoca um desvio em sua trajetória, pelo
aumento da densidade do meio;
A refração altera a forma como nossos sentidos
percebem os objetos;
Refração
Expressão: c=n*v ou n=c/v;
A velocidade da luz no vácuo é a maior que qualquer
objeto pode atingir (c);
Num meio natural qualquer, a velocidade da luz nesse
meio (v) é menor do que c;
O coeficiente n é o índice de refração do meio. É uma das
grandezas físicas que caracterizam o meio (a densidade,
por exemplo, é uma outra grandeza física que caracteriza
um meio);
O índice de refração no vácuo igual a 1, no ar é próximo a
1 (1,00029) e na água é 1,33;
Leis da refração
Análogas às leis da reflexão;
Lei 01: estabelece que o raio
incidente, o raio refratado e a normal
pertencem a um mesmo plano;
Lei 02: Numa refração, o produto do índice de refração do
meio no qual ele se propaga pelo seno do ângulo que o raio
luminoso faz com a normal é constante (Lei de SnellDescartes);
Refração
Quando um meio possui um índice de refração maior que o
meio em que a luz incide, o ângulo de refração atinge o seu
limite de refração. A lei de Snell-Descartes pode ser usada
para determinar o ângulo limite e incidência (maior valor
possível é 90º, com o ângulo limite de incidência);
Se a luz incidir num ângulo superior ao limite, ocorre o que é
a denominada de reflexão total, ou seja, a luz retorna para o
meio do qual ela se originou, não ocorrendo refração;
Portanto, quando o ângulo é menor que o ângulo crítico
(limite), a luz se reflete e se transmite, ao mesmo tempo;
Porém, quando o ângulo é maior que o ângulo crítico, toda a
luz se reflete (reflexão total);
Fonte de luz
LEDs (Light Emition Diode):
Mais comuns, pois emitem luz invisível próxima do
infravermelho. Oferecem melhor emissão de luz, mas as
perdas de acoplamento são maiores nestes emissores;
ILD (Injection LASER Diode):
Apenas o laser semicondutor encontra aplicação prática
em sistemas de comunicação por fibras ópticas devido a
custo, dimensões e tensão de alimentação. É mais
indicado para sistemas de longas distâncias por acoplar
maiores potências em fibras ópticas;
Codificador/decodificador
A luz chegando ao destino, o sinal luminoso é
decodificado em sinais digitais por um segundo circuito
chamado de foto-diodo. O conjunto dos dois circuitos é
chamado de CODEC (codificador/decodificador);
Em longas distâncias (mais de meia milha, ou cerca de um
km), ocorre alguma perda de sinal quando a luz é
transmitida através da fibra. Por isso, é inserido um ou
mais regeneradores ópticos ao longo do cabo;
Multiplexador
Multiplexação: diferentes tipos de sinais podem ser
transportados por um sistema de transmissão óptico, ou
seja, é um meio em que é possível transmitir dois ou mais
canais de informação simultaneamente [35] [66].
Fibra óptica - vantagens
Segurança:
Como não soltam faíscas, usar em ambientes onde existe
perigo de incêndio ou explosões;
O sinal transmitido através é difícil de interceptar;
Transmitem luz:
Isolador elétrico (plástico e vidro);
Maiores distâncias, velocidade alta e com baixa perda de
transmissão;
Tamanho e peso menores (aviões, navios e satélites);
Fibra óptica - desvantagens
Custo (equipamentos e componentes mais caros);
Exige mão de obra especializada;
Ainda, não é usada em redes locais comuns;
Alimentação dedicada para repetidores;
As pequenas dimensões das fibras ópticas exigem
procedimentos e dispositivos de alta precisão na
realização das conexões e junções;
Fibra óptica - Aplicação
Redes de computadores
Sistema de comunicação (rede telefônica: maior
distância e maior transmissão);
Rede digital de serviços integrados (RDSI);
Cabos submarinos (+ 100Kg sem repetidores);
Televisão por cabo (maior qualidade no sinal e
menor número de amplificadores; um cabo para
500 aparelhos domésticos) ;
Redes locais de computadores;
Considerações finais
Um dos maiores benefícios de uma rede é o
compartilhamento de informações entre os
usuários, no entanto, o avanço tecnológico
experimentado pelas redes de computadores
tem exigido dos sistemas de computação a
capacidade de atender aos constantes
aumentos das taxas de transmissão de dados
para os diversos sistemas de informação;
Considerações finais
Nesse quadro, as redes ópticas se apresentam
como a alternativa tecnológica mais viável e
assim, as fibras ópticas vêm substituindo
gradativamente os cabos metálicos na infraestrutura das redes de computadores e
aumentando potencialmente a capacidade e a
confiabilidade dos sistemas de informática
existentes;