Capítulo 2: Introdução às Redes de Computadores – Camada...

Capítulo 2: Introdução às Redes de Computadores – Camada Física

Redes para Automação IndustrialLuiz Affonso Henderson Guedes

Camada FísicaTrata 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

Camada FísicaA 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.

Modos de Transmissão

Full Duplex e Half Duplex: Depende do HardwareSerial e Paralela Síncrona e AssíncronaRedes mais comum: half duplex e serial

Camada de Enlace

Camada Física

Meio Físico de TransmissãoVolts

100100110 Quadro - bits

Multiplexação e Características dos Meios de Transmissão

MultiplexaçãoDomínio da Freqüência (FDM)Domínio do Tempo (TDM)

• Síncrona ou Assíncrona.

Características dos Meios de Transmissão

1/T1/T 2/T

Banda

f(Hz)

0dB-3dB

0dB-3dB

f(Hz)f1 f2

f(Hz) f(Hz)

S(f) S(f)ON/OFF Manchester

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:

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.

Capacidade de Transmissão de um Canal

Como um canal de N bauds de capacidade máximo pode transmitir mais que N bps?

Resp. : MODULAÇÃO

Codificação e Modulação

Modulação Digital de SinaisVariar 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

Codificador1011010

Capacidade de Transmissão de um Canal

- Via teorema de Nyquist, um canal livre de ruídos com largura de banda Btransmitindo um sinal com V diferentes níveis possui uma taxa de transmissão T(em bps) dada por:

• T ≤ 2 B log2 V

Meios de TransmissãoPar 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.

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: 75Ω e 50Ω.

Meios de Transmissão50Ω são denominados de cabos banda básica: um freqüência de transmissão, ou duas se for utilizada modulação FSK.75Ω 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.

Meios de TransmissãoFibra Ótica:

- Um sistema de transmissão ótico tem três componentes:- A fonte de luz

- Luz policromático de comprimento de onda centrado em 0.8 µm.

- 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 1ηs 1Gbps

Meios de TransmissãoPrincípio de funcionamentoTipos 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.

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

Meios de Transmissão- Transmissão Sem Fio (Wireless)

- Como interligar usuários móveis?

- Resp.: WirelessWireless e Fibra Ótica serão o futuro!!

Wireless X Fibra ÓticaInstalação geografiaBanda de transmissão

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.

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).

Meios de TransmissãoComunicação 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)

Meios de Transmissão

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 modemO 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.

C - controle

R - recepção

I - indicação

S - sinal

B – byte timing

Ga – retorno comum do DTE

G - terra

R - recepção

T - transporte

DTE DCE

Comunicação Local AssíncronaPadrão RS-232

Start bit (zero lógico)Stop bit (1 lógico)

Comunicação Local AssíncronaComunicação Assíncrona Full Duplex

Limitações do Hardware RealA amostragem não pode ser instantânea.

Devido às distorções no sinal.• Função da distância e da freqüência.

Comunicação de Longa Distância

PortadorasSinais SenoidaisMenor atenuação do que pulsos retangulares.

ModulaçãoEm amplitudeEm freqüênciaEm Fase

Modem- MOdulação e DEModulação

Modem- MOdulação e DEModulação