Capítulo 2: Introdução às Redes de Computadores – Camada Física

1. Capítulo 2: Introdução às Redes de Computadores – Camada Física Redes para Automação Industrial Luiz Affonso Henderson Guedes

2. Camada Física • Trata da geração de sinais físicos e sua propagação através do meio físico de transmissão. • Natureza de meio físico: sua constituição • Material • Cabo coaxial • Fibra óptica • ... • Impedância: • Características da atenuação do sinal • Dimensões • Extensão

3. Camada Física • A forma como os hosts e IMPs são interconectados ao meio físico . • Codificação do sinal. • Procedimento de multiplexação. • Parâmetros do sinal: • Freqüência - duração de tempo de um bit • Nível do sinal - tensões, correntes, ... • Base teórica para comunicação de dados • Análise de Fourier. • Capacidade de transmissão do meio. • Teorema de Nyquist.

4. Camada de Enlace 100100110 Quadro - bits Camada Física Volts Meio Físico de Transmissão Modos de Transmissão • Full Duplex e Half Duplex: Depende do Hardware • Serial e Paralela • Síncrona e Assíncrona • Redes mais comum: half duplex e serial

5. 0dB 0dB -3dB -3dB Banda f(Hz) f(Hz) f1 f2 S(f) S(f) ON/OFF Manchester f(Hz) f(Hz) Multiplexação e Características dos Meios de Transmissão • Multiplexação • Domínio da Freqüência (FDM) • Domínio do Tempo (TDM) • Síncrona ou Assíncrona. • Características dos Meios de Transmissão 1/T 2/T 1/T

6. Capacidade de Transmissão de um Canal • Baud: a freqüência com que um sinal se propaga no meio de transmissão. • Um canal de 1 Mbaud permite 106 variações do sinal por segundo. • A relação entre baud e bits depende da forma de codificação do sinal:

7. Capacidade de Transmissão de um Canal • Código ON/OFF  um canal com capacidade de N bauds pode transmitir até N bits por segundo. • Código Manchester  um canal com capacidade de N bauds pode transmitir até N/2 bits por segundo.

8. Capacidade de Transmissão de um Canal • Como um canal de N bauds de capacidade máximo pode transmitir mais que N bps? • Resp. : MODULAÇÃO

9. 1011010 Codificador Codificação e Modulação • Modulação Digital de Sinais • Variar a amplitude, a freqüência, ou a fase de um sinal senoidal para representar determinado nível de um sinal digital. • Exemplos: • IEEE 802.3 (CSMA-CD) • Código Manchester (sem modulação): 0 e -2,05 volts • IEEE 802.4 (Token-bus) • modulação FSK

10. Capacidade de Transmissão de um Canal • Via teorema de Nyquist, um canal livre de ruídos com largura de banda B transmitindo um sinal com V diferentes níveis possui uma taxa de transmissão T (em bps) dada por: • T  2 B log2 V

11. Meios de Transmissão • Par Trançado: • Constitui-se de dois fios enrolados de forma helicoidal. • Efeito pelicular: devido às componentes resistivas dos cabos. • Sinais analógicos e digitais. • Baixo custo e facilidade de instalação. • Freqüência máxima de transmissão: comprimento e espessura do cabo. • Longas distâncias (Km): 20 Kbps. • Pequenas distâncias (dezenas de m): 100 Mbps.

12. Meios de Transmissão • Cabo Coaxial: • Constituído de um condutor cilíndrico isolado envolto por uma malha de cobre uma capa plástica de proteção. • Minimizar ruídos perdar em altas freqüências. • Há basicamente dois padrões de cabos coaxiais: 75 e 50.

13. Meios de Transmissão • 50 são denominados de cabos banda básica: um freqüência de transmissão, ou duas se for utilizada modulação FSK. • 75 são denominados de cabos banda larga: permite a multiplexação por divisão de freqüência (FDM) de vários canais. • Aplicações de TV a Cabo. • A atenuação do sinal no cabo coaxial depende: • do comprimento; • das características elétricas; • da freqüência do sinal e • do número de conectores existentes.

14. Meios de Transmissão • Fibra Ótica: • Um sistema de transmissão ótico tem três componentes: • A fonte de luz • Luz policromático de comprimento de onda centrado em 0.8 m. • Sinal produzido por LED ou por laser semicondutor. • O meio de transmissão (fibra) • O detetor  fotodetectores, transforma sinais ótico em sinais elétrico, photodiodos (tempo de resposta em torno de 1s  1Gbps

15. Meios de Transmissão • Princípio de funcionamento • Tipos de fibras: • Multimodo: Possui vários modos, devido ao fenômeno de espalhamento do sinal. • Monomodo: devido a possuírem diâmetros de apenas alguns comprimentos de ondas, elas funcionam como guias de onda. - Fibras monomodos são mais precisas que Fibras multimodos. • Fibras monomodos são mais caras que Fibras multimodos.

16. Comparação entre Fibra e Cabo Metálico: • Banda de Transmissão; • Atenuaçãoutilização de repetidores • Fibra: 30Km • Cabo Metálico: 5Km • Isolamento de ruídos; • Corrosão química, devido ao ar; • Peso; • Robustez; • Característica de instalação; • Comunicação unidirecional X bidirecional; • Sistema de interface dos sinais e • Benefícios de curto prazo e de longo prazo

17. Meios de Transmissão • Transmissão Sem Fio (Wireless) • Como interligar usuários móveis? • Resp.: Wireless • Wireless e Fibra Ótica serão o futuro!! • Wireless X Fibra Ótica • Instalação  geografia • Banda de transmissão

18. Meios de Transmissão • Transmissão via Rádio • Seguindo a curvatura da terra • Utilizando a ionoesfera • Transmissão em Microondas • Comunicação por visada direta • Antenas Parabólicas e • Repetidores distantes até 50Km. • Absorção da água em aproximadamente 8GHz • Largamente utilizada em comunicação de longa distância: telefonia celular e distribuição de TV.

19. Meios de Transmissão • Transmissão Infravermelho e Ondas Milimétricas • Comunicação de curta distância: controle remoto • Transmissão de Luz • Sinalização por luz • Laser: tempo bom e distância curta (500m).

20. Meios de Transmissão • Comunicação por satélites • Altas taxa de transmissão; • Atraso de transmissão; • Sistema broadcast; • Transmissão FDM e • Custo- benefício: • Geografia • Tipo de transmissão  móvel, broadcast, etc. • Custo de instalação e manutenção. • Satélites de baixa orbitas (LEO)

21. Meios de Transmissão

22. Comunicação Local Assíncrona • Há apenas dois componentes: DTE e DCE. • DTE (Data Terminal Equipament): equipamento do usuário conectado à rede computador. • DCE (Data Circuit-terminating Equipament) – equipamento que interconecta o DTE com a rede modem • O padrão de interface X.21 (ITU), muito parecido com a RS-232, é o mais utilizado na interconexão de DTE com DCE em rede públicas de longa distância.

23. T - transporte C - controle R - recepção R - recepção I - indicação DTE DCE S - sinal B – byte timing Ga – retorno comum do DTE G - terra

24. Comunicação Local Assíncrona • Padrão RS-232 • Start bit (zero lógico) • Stop bit (1 lógico)

25. Comunicação Local Assíncrona • Comunicação Assíncrona Full Duplex

26. Limitações do Hardware Real • A amostragem não pode ser instantânea. • Devido às distorções no sinal. • Função da distância e da freqüência.

27. Comunicação de Longa Distância • Portadoras • Sinais Senoidais • Menor atenuação do que pulsos retangulares. • Modulação • Em amplitude • Em freqüência • Em Fase

29. Modem- MOdulação e DEModulação

30. Modem- MOdulação e DEModulação