Camada Física Eletrônica e Sinais

CNAP - Cisco Network Academy Program CCNA - Módulo I

Academia Local Núcleo de Computação Eletrônica da UFRJ 1

Capítulo 4

Camada FísicaEletrônica e Sinais

Núcleo deComputaçãoEletrônica

Universidade Federal do Rio de Janeiro

OBJETIVO

? Introduzir fundamentos de eletricidade básica;? Prover o entendimento da camada física do modelo

OSI;? Entender a transmissão de dados nos meios de

transmissão;? Apresentar diferentes fatores que afetam a

transmissão de dados;? Compreender os modelos de codificação de dados.





SUMÁRIO

? 4.1 - Fundamentos de Eletricidade;? 4.2 - Fundamentos de Multímetros Digitais;? 4.3 - Fundamentos de Sinais e Ruído em

Sistemas de Comunicações;? 4.4 - Fundamentos de Codificação de Sinais.



4.1 - Fundamentos de Eletricidade

? Objetivo– Relacionar fundamentos de eletricidade ao estudo

básico de sinais elétricos;– Compreender a composição da eletricidade.

? Estrutura– 4.1.1 - Um Átomo de Hélio;– 4.1.2 - Como Criar Átomos Estáveis;– 4.1.3 - Eletricidade Estática;– 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes,

Condutores e Semicondutores;






? Estrutura– 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas;– 4.1.6 - Analogia para Voltagem, Corrente e

Resistência;– 4.1.7 - Como Desenhar Gráficos de Voltagem AC e

DC;– 4.1.8 - Como Construir uma Corrente em Série

Simples;– 4.1.9 - Finalidade do Aterramento de Equipamento

de Rede.




? 4.1.1 - Um Átomo de Hélio– Toda matéria é composta de átomos;

– Tabela periódica dos elementos lista todos os tipos conhecidos de átomos e suas propriedades;

– Nomes das partes do átomo são: ? núcleo - parte central do átomo, formada de prótons e nêutrons; ? prótons - partículas que têm carga positiva e, junto com os

nêutrons, formam o núcleo; ? nêutrons - partículas que não têm carga (neutras) e,

junto com os prótons, formam o núcleo; ? elétrons - partículas que têm carga negativa e ficam em órbita

em torno do núcleo.






? 4.1.1 - Um Átomo de Hélio– Na tabela periódica vemos que o "hélio”:

? Tem um número atômico de 2, o que significa que tem 2 prótons e 2 elétrons;

? Tem um peso atômico de 4;

? Subtraindo-se o número atômico (2) do peso atômico (4), conclui-se que ele tem 2 nêutrons.

– Exemplo: Número atômico do hélio = 2 2 prótons+ 2 elétrons

4 = peso atômico- 2 = número atômico2 = nêutrons




? 4.1.1 - Um Átomo de Hélio– Físico dinamarquês Niels Bohr desenvolveu um

modelo simplificado para ilustrar os átomos;– Observe o modelo para o átomo de hélio;






? 4.1.1 - Um átomo de Hélio– Exercício:

? Identifique o átomo de Hélio (He) ou Cobre (Cu) na tabela periódica e verifique sua eletronegatividade;

? Calcule o número de nêutrons de um átomo qualquer;




? 4.1.2 - Como Criar Átomos Estáveis– Lei da força elétrica de Coulomb estabelece que cargas

opostas reagem entre si com uma força que as leva a se atraírem;

– Cargas semelhantes reagem entre si com uma força que as leva a se repelirem;

– Força é um movimento de puxar ou empurrar;

– No caso de cargas opostas ou idênticas, força aumenta na medida em que as cargas se aproximam.






? 4.1.2 - Como Criar Átomos Estáveis– Analise modelo de Bohr do átomo de hélio e lei de

Coulomb e examine as perguntas abaixo:– Pergunta 1: Por que elétrons não voam na direção dos prótons?

– Lei de Coulomb - Cargas idênticas se repelem;

– Modelo de Bohr - Prótons são cargas positivas. Há mais de um próton no núcleo.

– Pergunta 2: Por que prótons não se afastam uns dos outros?




? 4.1.2 - Como Criar Átomos Estáveis– Respostas à essas perguntas devem considerar

outras leis da natureza;– Resposta 1: Elétrons permanecem em órbita, mesmo

atraídos pelos prótons, porque têm velocidade suficiente para se manter em órbita (como a lua ao redor da Terra), e para não permitir que sejam puxados para o núcleo;

– Resposta 2: Prótons não se afastam uns dos outros devido à força nuclear associada aos nêutrons. Força nuclear é uma força incrivelmente potente que age como um tipo de cola para manter os prótons juntos.






? 4.1.2 - Como Criar Átomos Estáveis– Prótons e nêutrons estão ligados por uma força

muito poderosa;

– Entretanto, elétrons estão ligados à sua órbita em volta do núcleo por uma força menor;

– Possível liberar elétrons de alguns átomos;

– Isso é eletricidade - um "fluxo livre de elétrons".




? 4.1.2 - Como Criar Átomos Estáveis






? 4.1.3 - Eletricidade estática– Elétrons desprendidos que permanecem em um

lugar, sem movimento e com carga negativa;

– Se esses elétrons tiverem oportunidade de passar para um condutor, isso pode gerar uma descarga eletrostática (ESD);

– Descarga eletrostática pode criar sérios problemas em equipamentos eletrônicos sensíveis, a menos que manipulados corretamente;




? 4.1.3 - Eletricidade estática– Ao andar em um tapete, em um cômodo seco e frio,

uma fagulha pode sair das pontas dos dedos no próximo objeto que for tocado;

– Isso causa um pequeno choque elétrico;

– Sabe-se, por experiência própria, que descarga eletrostática pode ser desconfortável, mas é inofensiva;

– Entretanto, quando computador recebe uma ESD, resultado pode ser desastroso;

– Descarga estática pode danificar aleatoriamente chips e/ou dados do computador.






? 4.1.3 - Eletricidade estática– Exercício:

? Utilize uma caneta BIC e papel picado em pequena quantidade;

? Espalhe o papel picado sobre a mesa, de forma que os alunos vejam;

? Esfregue a caneta sobre os cabelos e então passe a caneta sobre o papel;

? Alunos devem ver os pedaços de papel “grudar” na caneta;

– Leitura adicional: “Static Electricity” means “High Voltage”http://www.amasci.com/emotor/voltmeas.html




? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores– Átomos, ou grupos de átomos chamados

moléculas, podem ser considerados materiais;

– Materiais são classificados em três grupos, segundo facilidade que oferecem ao fluxo de eletricidade ou de elétrons livres:? Isolantes ? Forte resistência ao fluxo elétrico;? Condutores ? Baixa resistência ao fluxo elétrico;? Semicondutores ? Fluxo elétrico pode ser controlado;






? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores– Isolantes elétricos (ou isolantes)

?Materiais que permitem fluxo de elétrons com grande dificuldade ou não permitem tal fluxo de forma alguma;

? Exemplos de isolantes elétricos incluem plástico, vidro, ar, madeira seca, papel, borracha e gás hélio;

? Têm estruturas químicas muito estáveis, com elétrons em órbita firmemente presos aos átomos.




? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores– Condutores elétricos (ou condutores)

? Materiais que permitem fluxo de elétrons com grande facilidade;

? Fluem facilmente porque elétrons nas órbitas periféricas não estão fortemente ligados ao núcleo e são liberados com facilidade;

? À temperatura ambiente, esses materiais têm um grande número de elétrons livres que podem oferecer condução;

? Introdução de voltagem faz com que elétrons livres se desloquem, causando passagem da corrente.






? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores– Tabela periódica categoriza alguns grupos de átomos,

listando-os em colunas;

– Átomos em cada coluna pertencem à famílias químicas determinadas;

– Embora possam ter números diferentes de prótons, nêutrons e elétrons, seus elétrons da camada externa têm órbitas similares e comportam-se de maneira semelhante ao interagirem com outros átomos e moléculas;




? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores– Melhores condutores são metais, como cobre (Cu),

prata (Ag) e ouro (Au);

– Esses metais estão localizados em uma coluna da tabela periódica e têm elétrons que são facilmente liberados, tornando-os excelentes materiais para condução de correntes;

– Outros condutores incluem a solda (uma mistura de chumbo (Pb), estanho (Sn) e a água com íons;






? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores– Íon é um átomo que tem mais ou menos elétrons

que um átomo neutro;

– Corpo humano é composto de aproximadamente 70% de água com íons, o que significa que ele também é um condutor.




? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores– Semicondutores elétricos

?Materiais onde quantidade de eletricidade conduzida pode ser controlada precisamente;

? Listados juntos em uma coluna da tabela periódica;

? Exemplos incluem carbono (C), germânio (Ge) e liga arsenieto de gálio (GaAs);

? Silício (Si) é mais importante semicondutor, que faz os melhores circuitos eletrônicos microscópicos.






? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores– Silício é muito comum e pode ser encontrado na

areia, no vidro e em muitos tipos de rochas;

– Região de San Jose (Califórnia) é conhecida como Vale do Silício porque indústria de computação, que depende de microchips de silício, começou nessa área;

– Base para todos dispositivos eletrônicos é conhecer como materiais controlam fluxo de elétrons e como eles agem em combinações variadas.




? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores

carbono (C), germânio (Ge),

silício (Si)

elétron pode ser controlado com precisão

Semicondutores

cobre (cu), prata (Ag), ouro (Au),

solda, água com íons

elétrons fluem bemCondutores

plástico, borracha, ar, madeira seca, papel, vidro

elétrons fluem mal

Isolantes






? 4.1.4 - Corrente Elétrica Incluindo Isolantes, Condutores e Semicondutores– Exercício:

? Usar pilha elétrica de 6V e uma lâmpada, e construir circuitos elétricos com fios elétricos, papel e clips de papel;

? Observar em que tipos de circuitos a lâmpada acendeu;

– Exercício 2:? Utilizar multímetro digital/analógico para verificar resistência

de cada elemento que compõe o circuito, determinando isolantes e condutores (mostrar semicondutores é mais difícil);

– Leitura adicional: Formas de Energiahttp://easyweb.easynet.co.uk/~jesus.heals/java/basic/basic.htm




? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Termos que descrevem os meios de rede são:

? Voltagem;

? Corrente;

? Resistência;

? Corrente Alternada (AC);

? Corrente Contínua (DC):

? Impedância.






? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Voltagem

? Às vezes chamada de força eletromotriz (EMF), é uma força elétrica ou pressão, que ocorre quando elétrons e prótons são separados;

? Força criada empurra em direção à carga oposta e afasta em direção contrária da carga semelhante;

? Processo acontece em uma bateria, onde ação química faz com que elétrons sejam liberados do terminal negativo e passem para o terminal oposto, ou positivo;




? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Voltagem

? Separação das cargas resulta em voltagem, que também pode ser criada por fricção (eletricidade estática), por magnetismo (gerador elétrico) ou pela luz (célula solar);

? Representada pela letra "V" e às vezes pela letra "E", de força eletromotriz;

? Unidade de medida da voltagem é o volt (v), definido como quantidade de trabalho necessária, por unidade de carga, para separar as cargas .






? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Corrente

? Fluxo de cargas criado quando elétrons se movem;

? Em circuitos elétricos, é criada pelo fluxo de elétrons livres;

? Se voltagem (pressão elétrica) é aplicada e há passagem para corrente, elétrons deslocam-se do terminal negativo (que os repele) através da passagem até o terminal positivo (que os atrai).

– Representada pela letra "I”;

– Unidade de medida é o ampère (A), definido como número de cargas que passam por um ponto em uma trajetória por segundo.




? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Resistência

?Materiais (através dos quais flui a corrente) oferecem graus variáveis de oposição, ou resistência, ao movimento dos elétrons;

?Materiais que oferecem pouca ou nenhuma resistência são chamados condutores;

? Aqueles que não permitem fluxo da corrente, ou o restringem muito, são chamados isolantes;

?Quantidade de resistência depende da composição química dos materiais.






? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Resistência

? Representada pela letra "R”;? Unidade de medida é ohm (? ). Símbolo vem da letra

maiúscula grega "? " - ômega.




? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Corrente alternada (AC)

? Um dos dois modos pelos quais flui a corrente;? Corrente alternada (AC) e voltagens variam com o tempo,

mudando sua polaridade ou direção;? AC flui em uma direção, depois inverte essa direção e

repete o processo;? Voltagem da AC é positiva em um terminal e negativa em

outro e depois inverte sua polaridade, de modo que terminal positivo torna-se negativo e terminal negativo torna-se positivo;

? Esse processo se repete continuamente.






? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Corrente contínua (DC)

?Outro modo pelo qual flui a corrente;

? Corrente contínua (DC) flui sempre na mesma direção e voltagens da DC têm sempre a mesma polaridade;

? Um terminal é sempre positivo e outro sempre negativo;

? Eles não se modificam nem invertem a polaridade.




? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Impedância

?Oposição total ao fluxo da corrente (devido à voltagens AC e DC);

? Termo geralmente empregado ao nos referirmos à voltagens AC;

? Termo geral e medida de quanto fluxo de elétrons é resistido ou dificultado;

? Representada pela letra "Z”;

? Unidade de medida, como a da resistência, é o ohm (? ).






? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Relacionamento entre voltagem, corrente e

resistência? Correntes fluem apenas em loops fechados chamados

circuitos;

? Circuitos devem ser compostos por materiais condutores e ter fontes de voltagem;

? Voltagem faz com que corrente flua, enquanto resistência e impedância se opõem a isso;

? Conhecer esses fatos permite que pessoas controlem um fluxo de corrente.




? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Terra

? Pode ser um conceito difícil de entender, por ser usado com diversos propósitos:

1) Pode referir-se ao lugar no solo que toca sua casa (provavelmente através dos canos de água subterrâneos), eventualmente fazendo uma conexão indireta com suas tomadas elétricas;

– Quando se usa um aparelho elétrico com uma tomada de três pinos, o terceiro pino é o terra;

– Ele dá aos elétrons um condutor extra - que não o seu corpo - por onde podem fluir para a terra.






? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Terra

? Pode ser um conceito difícil de entender, por ser usado com diversos propósitos:

2) Pode significar também ponto de referência, ou o nível 0 volts, nas medições elétricas;

– Voltagem é criada pela separação de cargas, o que significa que medições de voltagem devem ser realizadas entre dois pontos;

– Multímetro (que mede voltagem, corrente e resistência) tem dois fios por essa razão. Fio preto é chamado de terra ou terra de referência;

– Terminal negativo em uma bateria é também chamado de 0 volts, ou terra de referência.




? 4.1.5 - Termos de Medidas Elétricas– Obs.: Multímetro é equipamento de teste usado

para medir voltagem, corrente, resistência e, possivelmente, outras quantidades elétricas, exibindo o valor de forma numérica.

– Leitura adicional: Eletricity Fundamentalshttp://zebu.uoregon.edu/1997/ph161/I2.html






? 4.1.6 - Analogia para Voltagem, Corrente e Resistência– Analogia com a água ajuda a explicar conceitos de

eletricidade;

– Quanto maior o nível de água e pressão, mais água fluirá;

– Corrente de água depende de quanto válvula for aberta;

– Da mesma forma, quanto maior a voltagem e a pressão elétrica, mais corrente será produzida;




? 4.1.6 - Analogia para Voltagem, Corrente e Resistência– Corrente elétrica, então, encontra resistência que,

como a válvula de água, reduz o fluxo;

– Se ela estiver em um circuito AC, quantidade de corrente vai depender de quanta impedância (resistência) existir;

– Bomba é como uma bateria, que fornece pressão para manter o fluxo em movimento.






? 4.1.6 - Analogia para Voltagem, Corrente e Resistência




? 4.1.7 - Como Desenhar Gráficos de Voltagem AC e DC– Osciloscópio é dispositivo eletrônico importante e

sofisticado, usado para estudar sinais elétricos;– Como é possível controlar a eletricidade com

precisão, padrões elétricos deliberados, chamados de ondas, podem ser criados;

– Osciloscópio representa em gráfico ondas, pulsos e padrões elétricos;

– Ele tem um eixo x que representa tempo e um eixo yque representa voltagem;






? 4.1.7 - Como Desenhar Gráficos de Voltagem AC e DC– Geralmente, há duas entradas de voltagem no eixo y

para que duas ondas sejam observadas e medidas ao mesmo tempo;

– Eletricidade chega à sua casa, escola e escritório por linhas de energia, que levam eletricidade na forma de AC;

– Outro tipo de corrente (DC), pode ser encontrada em pilhas de lanternas, baterias de carros e como energia para microchips na placa mãe de um computador;




? 4.1.7 - Como Desenhar Gráficos de Voltagem AC e DC– Importante saber a diferença entre esses dois tipos

de corrente;

– Exercício:? Usar um osciloscópio com o auxílio de um gerador de

sinais;? Explicar sua operação mostrando as entradas referentes

aos eixos X e Y.






? 4.1.8 - Como Construir uma Corrente Elétrica em Série Simples– Lanterna




? 4.1.8 - Como Construir uma Corrente Elétrica em Série Simples– Exercício:

? Construir pequeno circuito em série utilizando pilha de 6V, fios elétricos, lâmpada elétrica e um interruptor;

– Verificar:? pilha que provê energia para o circuito;? chaveamento efetuado pelo interruptor;? e, principalmente, como lâmpada impõe resistência e

transforma energia em luz.






? 4.1.9 - Finalidade do Aterramento de Equipamento de Rede– Nos sistemas elétricos DC e AC, fluxo de elétrons é

sempre da carga negativa para a carga positiva;– Para que haja controle do fluxo de elétrons, exige-se

um circuito completo;– Geralmente, corrente elétrica percorre caminho de

menor resistência;– Metais que oferecem pouca resistência (p.ex. cobre),

são freqüentemente usados como condutores de corrente elétrica;




? 4.1.9 - Finalidade do Aterramento de Equipamento de Rede– Materiais como vidro, borracha e plástico oferecem maior

resistência ? não constituem bons condutores elétricos;

– São freqüentemente usados como isolantes nos condutores, para evitar choque, incêndios e curto-circuitos;

– Geralmente, energia elétrica é fornecida a um transformador pole-mounted;

– Transformador reduz altas voltagens, usadas na transmissão, para 120 ou 240 volts usados pelos eletrodomésticos convencionais.






? 4.1.9 - Finalidade do Aterramento de Equipamento de Rede– Forma como eletricidade é fornecida através de tomadas

de parede de 3 pinos;– Dois conectores superiores

fornecem energia;– Conector redondo (conector

terra de segurança), embaixo, protege pessoas e equipamentoscontra choques e curto-circuitos;




? 4.1.9 - Finalidade do Aterramento de Equipamento de Rede– Fio terra de segurança está conectado à todas as

peças metálicas expostas do equipamento elétrico em que isso é usado;

– Placas mãe e circuitos de computação do equipamento de computação são eletricamente conectados ao chassis;

– Isso também os conecta ao fio terra de segurança, usado para dissipar eletricidade estática;






? 4.1.9 - Finalidade do Aterramento de Equipamento de Rede– Finalidade de conectar terra de segurança às peças

metálicas expostas do equipamento de computação:? Impedir que se tornem energizadas com uma voltagem

perigosa, resultado de falha na fiação dentro do dispositivo;

– Conexão acidental entre fio quente (fase) e chassis é exemplo de falha na fiação que pode ocorrer em um dispositivo de rede;

– Ocorrendo tal falha, fio terra de segurança conectado ao dispositivo serve como caminho de baixa resistência para a terra;




? 4.1.9 - Finalidade do Aterramento de Equipamento de Rede– Conector terra de segurança oferece caminho de

resistência mais baixa que o corpo;

– Se instalado adequadamente, caminho oferece resistência baixa suficiente e capacidade de corrente para impedir acúmulo de altas voltagens perigosas;

– Circuito liga diretamente a conexão quente à terra;






? 4.1.9 - Finalidade do Aterramento de Equipamento de Rede– Se corrente elétrica passa por esse caminho para a

terra, aciona dispositivos de proteção como disjuntores e Interruptores de circuito de falha de terra (GFCIs);

– Ao interromper o circuito, disjuntores e GFCIs param fluxo de elétrons e reduzem risco de choque elétrico, protegendo a fiação em uma casa;

– Equipamentos de rede e computadores necessitam de proteção maior, e para isso são usados protetores de surto de tensão e fontes de alimentação contínua (UPS).



4.2 - Fundamentos de Multímetros Digitais

? Objetivo– Laboratórios para uso do multímetro, construção de

circuitos seriais e para construção/especificação de sistemas de comunicação.

? Estrutura– 4.2.1 - Manuseio e Uso Seguros do Multímetro;– 4.2.2 - Como Usar o Multímetro para Medir Resistências;– 4.2.3 - Como Usar um Multímetro para Medir Voltagem;– 4.2.4 - Como Medir um Circuitos em Série Simples;– 4.2.5 - Como Construir um Sistema de Comunicação

Elétrica Simples.






? 4.2.1 - Manuseio e Uso Seguros do Multímetro– Multímetro pode executar medições de voltagem, de

resistência e de continuidade, que são importantes em rede;

– Pode-se aprender sobre multímetro em duas fontes diferentes - manual impresso (papel) e versão on-linedo manual (site da Web do fabricante).

– Leitura indicada: Como usar o multímetrohttp://www.autospeed.com/A_0072/P_1/article.html




? 4.2.2 - Como Usar o Multímetro para Medir Resistências– Usar multímetro para medir resistência e

continuidade dos objetos (em ohms - ? ?;– Continuidade é o nível de resistência de um

caminho:? Se um caminho for intencionalmente transformado em um

de baixa resistência para ser usado por dois dispositivos elétricos conectados;

? Se um caminho não for intencionalmente transformado em um de baixa resistência, é chamado então de curto-circuito.






? 4.2.2 - Como Usar o Multímetro para Medir Resistências– Com qualquer uma das medidas, multímetro emite

som alto ao detectar caminho de baixa resistência;– Medidas serão feitas para os casos abaixo:

- no cabo CAT 5; - no cabo terminado CAT 5;

- no cabo telefônico; - nos conectores CAT 5;

- nos switches; - nas tomadas de parede.

- Leitura indicada: Como usar o multímetrohttp://www.autospeed.com/A_0072/P_1/article.html




? 4.2.3 - Como Usar o Multímetro para Medir Voltagem– Usar multímetro para medir voltagem;– Dois tipos de medição de voltagem: DC e AC. – Voltagem DC

?Medidor deve estar regulado para DC ao medir voltagens DC;

? Isso inclui: ? baterias;

? saídas de fontes de alimentação de computadores; ? células solares;

? geradores DC.






? 4.2.3 - Como Usar o Multímetro para Medir Voltagem– Voltagem AC

?Medidor deve estar regulado para AC quando voltagens AC forem medidas;

? Se estiver medindo uma tomada de parede, deve-se presumir que voltagem de linha esteja presente;

? Voltagem de linha no Brasil pode ser 110 V AC ou 220 V AC dependendo da cidade (nos EUA é 120 V AC e na maior parte dos outros países é 220 V AC);

? Voltagem de linha pode matar! Lembre-se de tomar muito cuidado ao usar a regulagem correta no multímetro.




? 4.2.3 - Como Usar o Multímetro para Medir Voltagem– Leitura indicada: Como usar o multímetro

http://www.autospeed.com/A_0072/P_1/article .html






? 4.2.4 - Como Medir um Circuito em Série Simples– Construção de um circuito em série e execução de

medições;– Leitura indicada: Como usar o multímetro

http://www.autospeed.com/A_0072/P_1/article .html




? 4.2.5 - Como Construir um Sistema de Comunicação Elétrica Simples– Projetar, construir e demonstrar um sistema de

comunicação elétrico simples.






? 4.2.5 - Como Construir um Sistema de Comunicação Elétrica Simples– Exercício: Especificar características do sistema de

comunicação? Decidir/Definir

– Serviços de redes necessários a uma rede;

– Forma de representação dos dados (ASCII, EBCDIC, MORSE);

– Como abrir e encerrar sessões;

– Janela e se os dados serão enviados ou não com confirmações e retransmissões;




? 4.2.5 - Como Construir um Sistema de Comunicação Elétrica Simples– Exercício (cont.): Especificar as características do

sistema de comunicação? Decidir/Definir

– Não é necessário se preocupar com endereçamento da camada 3, já que ligação é ponto-a-ponto;

– Se existirem diversas estações pode-se considerar endereçamento.

– Formato de quadro;– Especificações de sinais e de meios.





4.3 - Fundamentos de Sinais e Ruído em Sistemas de Comunicações

? Objetivo– Estudar características do sinal digital e analógico;– Apresentar a representação de bit em um meio;– Mostrar propagação de sinal em uma rede;– Mostrar efeito da atenuação de sinal;– Introduzir conceitos de reflexão, ruído, dispersão,

jitter, latência e colisão;– Mostrar mensagens em termos de bits;– Apresentar exemplos de codificação.




? Estrutura– 4.3.1 – Como Comparar Sinais Analógicos e

Digitais;– 4.3.2 – Como Usar Sinais Digitais para Criar Sinais

Analógicos;

– 4.3.3 – Como Representar um Bit em um Meio Físico;

– 4.3.4 – Propagação de Sinais de Rede;– 4.3.5 – Atenuação de Rede;– 4.3.6 – Reflexão de Rede;






? Estrutura– 4.3.7 – Ruído;– 4.3.8 – Dispersão, Jitter e Latência;– 4.3.9 – Colisão;

– 4.3.10 – Mensagem em termos de bits.




? 4.3.1 - Como Comparar Sinais Analógicos e Digitais– Sinais são uma voltagem elétrica, um padrão de luz

ou uma onda eletromagnética modulada desejados;

– Tudo isso pode carregar dados de rede;

– Dois tipos de sinais:? Analógico;

? Digital.






? 4.3.1 - Como Comparar Sinais Analógicos e Digitais– Um tipo de sinal é o analógico, possuindo as

seguintes características: ? forma de onda;

? tem uma curva de voltagem x tempo continuamente variável;

? típico das coisas na natureza;

? tem sido amplamente usado em telecomunicações há mais de 100 anos.




? 4.3.1 - Como Comparar Sinais Analógicos e Digitais– Duas características importantes de uma onda

senoidal são:? amplitude (A) - sua altura e

profundidade;? período (T) - extensão de tempo

para completar 1 ciclo;? Pode-se calcular a freqüência (f) -

ondulação - da onda com a fórmula f = 1/T.






? 4.3.1 - Como Comparar Sinais Analógicos e Digitais– Outro tipo de sinal é o digital, possuindo as

seguintes características: ? tem uma curva de voltagem x tempo aos pulos;

? típico de tecnologia, e não da natureza.




? 4.3.1 - Como Comparar Sinais Analógicos e Digitais– Sinais digitais têm amplitude fixa, embora largura do

pulso (T) e freqüência possam ser alterados;

– Sinais digitais de fontes modernas podem ser aproximados à uma onda quadrada;

– Aparentemente, onda quadrada tem transições instantâneas de estados de baixa para alta voltagem, sem ondulação;

– Embora seja uma aproximação, ela é razoável e será usada em todos os diagramas futuros.






? 4.3.1 - Como Comparar Sinais Analógicos e Digitais




? 4.3.2 - Como Usar Sinais Digitais para Criar Sinais Analógicos– Fourier provou que uma quantidade especial de

ondas senoidais poderia ser agrupada para criar qualquer padrão de onda;

– Dispositivos de reconhecimento de voz e marca-passos funcionam assim;

– Ondas complexas podem ser criadas a partir de ondas simples;

– Onda quadrada, ou pulso quadrado, pode ser criada usando a combinação certa de ondas senoidais;






? 4.3.2 - Como Usar Sinais Digitais para Criar Sinais Analógicos– Onda quadrada (sinal digital) pode ser criada com

ondas senoidais (sinais analógicos);

– Importante lembrar-se disso ao examinar o que acontece a um pulso digital quando se propaga pelos meios de rede.




? 4.3.3 - Como Representar um Bit em um Meio Físico– Redes de dados tornaram-se cada vez mais

dependentes dos sistemas digitais (binário, de dois estados);

– Componente básico de informações é o dígito binário 1, conhecido como bit ou pulso;

– Bit em um meio elétrico, é o sinal elétrico que corresponde ao binário 0 ou ao binário 1;






? 4.3.3 - Como Representar um Bit em um Meio Físico– Pode ser simples quanto 0 volts para o binário 0 e +5

volts para o binário 1, ou uma codificação mais complexa;

– Sinal terra de referência é um importante conceito relativo a todos os meios de rede que usam voltagens para transportar mensagens;

– Para que funcione corretamente, um sinal terra de referência deve estar próximo aos circuitos digitais de um computador;




? 4.3.3 - Como Representar um Bit em um Meio Físico– Engenheiros concluíram isso, projetando planos

de aterramento em placas de circuito;

– Gabinetes dos computadores são usados como ponto comum de conexão para que planos de aterramento dos painéis de circuitos estabeleçam sinal terra de referência;

– Sinal terra de referência estabelece a linha de 0 volts nos gráficos do sinal;






? 4.3.3 - Como Representar um Bit em um Meio Físico– Com sinais óticos:

? binário 0 seria codificado como intensidade baixa, ou sem luz (escuridão);

? binário 1 como uma intensidade de luz mais alta (brilho);? padrões mais complexos poderiam ser adotados;

– Com sinais sem fio:? binário 0 seria uma curta seqüência de ondas;? binário 1 uma seqüência mais longa de ondas;? outro padrão mais complexo poderia ser adotado.




? 4.3.3 - Como Representar um Bit em um Meio Físico– Examinaremos seis coisas que podem acontecer

a um bit:? propagação;

? atenuação;

? reflexão;? ruído;

? problema de temporização;

? colisões.






? 4.3.3 - Como Representar um Bit em um Meio Físico– Exercício:

? Em um osciloscópio de traço duplo, mostre um pulso quadrado em um cabo coaxial (ouCat 5).




? 4.3.4 - Propagação de Sinais de Rede– Propagação significa trafegar;– Se uma placa de rede coloca um pulso de voltagem

ou de luz em um meio físico, esse pulso quadrado composto de ondas se propaga ao longo do meio;

– Propagação significa que uma quantidade de energia, representando um bit, trafega de um lugar a outro;

– Velocidade na qual se propaga depende do material real usado no meio, da geometria (estrutura) do meio e da freqüência dos pulsos;






? 4.3.4 - Propagação de Sinais de Rede– Tempo que um bit leva para trafegar de uma

extremidade do meio e voltar é conhecido como round trip time (RTT);

– Supondo que não exista nenhum outro atraso, tempo que um bit leva para trafegar por um meio até a extremidade é RTT/2;

– Fato do bit levar pouco tempo para trafegar por um meio não causa, normalmente, problemas de rede;




? 4.3.4 - Propagação de Sinais de Rede– Porém, com taxas de transmissão de dados sempre

crescentes das redes, às vezes deve-se estar atento ao tempo que sinal leva para trafegar;

– Duas situações extremas a serem consideradas:? Bit leva tempo "0" para trafegar, significando que trafega

instantaneamente ? errado de acordo com Einstein ?significa que bit leva pelo menos um pequeno intervalo de tempo para trafegar ;

?Ou leva uma "eternidade” ? errado, porque com equipamento apropriado, na verdade, pode-se controlar tempo do pulso;






? 4.3.4 - Propagação de Sinais de Rede– Falta de conhecimento do tempo de propagação é

problema porque pode-se supor que um bit chega ao seu destino cedo ou tarde demais;

– Se tempo de propagação for longo demais, deverá ser reavaliado como restante da rede lidará com esse atraso;

– Caso contrário, poderá ser necessário armazenar os bits (bufferização), para que eles não cheguem aos equipamentos de rede cedo ou tarde demais;




? 4.3.4 - Propagação de Sinais de Rede






? 4.3.4 - Propagação de Sinais de Rede– Exercício:

? Discutir conseqüências da falta de conhecimento do tempo de propagação ;

? Usar uma mola mágica para fazer uma analogia à uma propagação de onda e cronometrar seu tempo.




? 4.3.5 - Atenuação de Rede– Atenuação é a perda de força do sinal, p. ex.,

quando cabos excedem a extensão máxima;

– Significa que sinal com voltagem de um bit perde amplitude à medida que energia passa do sinal para o cabo;

– Embora escolha cuidadosa dos materiais e geometria possa reduzir atenuação elétrica, alguma perda será inevitável quando resistência elétrica estiver presente;






? 4.3.5 - Atenuação de Rede– Também acontece com sinais óticos; – Fibra óptica absorve e dispersa alguma energia da

luz quando pulso de luz, um bit, trafega pela fibra;– Isso pode ser minimizado pelo:

? Comprimento de onda, ou cor, da luz escolhida;

? Uso ou não de uma fibra de modo único ou multimodo;

? Vidro real usado para a fibra;

– Mesmo com essas opções, alguma perda de sinal é inevitável;




? 4.3.5 - Atenuação de Rede– Ocorre também em ondas de rádio e microondas,

quando absorvidas e dispersadas por moléculas específicas na atmosfera;

– Atenuação pode afetar a rede, uma vez que limita comprimento dos cabos da rede pelos quais a mensagem pode ser enviada;

– Se cabo for longo ou atenuante demais, um bit 1 enviado de uma origem pode parecer um bit 0 quando chegar ao seu destino;






? 4.3.5 - Atenuação de Rede– Pode-se resolver esse problema através da escolha

dos meios de rede e de estruturas projetadas para ter pouca atenuação;

– Forma de resolver o problema é mudar o meio;

– Outra forma é usar um repetidor após uma certa distância;

– Existem repetidores para bits elétricos, óticos e sem fio.




? 4.3.5 - Atenuação de Rede






? 4.3.5 - Atenuação de Rede– Exercício:

? Use um corredor longo para mostrar a propagação de ondas sonoras;

? Alunos dispostos ao longo do corredor podem observar a diminuição da intensidade da voz ao longo da propagação.

– Exercício 2:? Utilize um osciloscópio de traço duplo e um gerador de

função, meça o sinal em dois pontos do cabo longo e veja a atenuação.




? 4.3.6 - Reflexão de Rede– Para entender reflexão, imagine que se tenha uma

mola mágica ou uma corda de pular esticada, com um amigo segurando na outra extremidade;

– Imagine que vá enviar um pulso ou uma mensagem de bit 1. Se prestar atenção, verá que uma pequena onda (pulso) volta (reflete) a você;

– Reflexão ocorre em sinais elétricos;

– Quando pulsos de voltagem, ou bits, atingem uma descontinuidade, alguma energia pode ser refletida;






? 4.3.6 - Reflexão de Rede– Se não for controlada com cuidado, essa energia

pode interferir em bits posteriores;– Lembre-se que aqui está sendo enfocado um bit

de cada vez;

– Em redes reais deseja -se enviar milhões e bilhões de bits por segundo, exigindo que essa energia de pulso refletida seja rastreada;

– Dependendo do cabeamento e das conexões usadas pela rede, reflexões podem ou não ser um problema;




? 4.3.6 - Reflexão de Rede– Reflexão também ocorre com sinais óticos;– Sinais óticos são refletidos sempre que atingem

uma descontinuidade na fibra de vidro, como quando um conector está ligado a um dispositivo;

– Pode-se ver esse efeito, à noite, se olhar pela janela:? possível ver seu reflexo na janela, mesmo ela não sendo

um espelho;

? luz refletida do seu corpo reflete-se na janela;






? 4.3.6 - Reflexão de Rede– Isso também acontece com ondas de rádio e

microondas, quando encontram camadas diferentes na atmosfera;

– Pode causar problemas na sua rede;

– Para otimizar o desempenho da rede, importante que meios tenham impedância específica, para coincidir com componentes elétricos nas placas de rede;




? 4.3.6 - Reflexão de Rede– A menos que os meios da rede tenham a impedância

correta, sinal irá sofrer reflexão e pode-se criar interferência;

– Então vários pulsos de reflexão podem ocorrer;

– Sendo sistema elétrico, ótico ou sem fio, incompatibilidades de impedância causam reflexões;






? 4.3.6 - Reflexão de Rede– Se energia suficiente for refletida, sistema binário, de

dois estados, poderá tornar-se confuso devido a toda energia extra que está repercutindo em volta;

– Isso pode ser resolvido assegurando-se de que todos os componentes da rede tenham impedâncias cuidadosamente combinadas.




? 4.3.6 - Reflexão de Rede






? 4.3.6 - Reflexão de Rede– Exercício:

? Coloque um dos alunos em frente à uma janela pouco iluminada. Será possível observar a imagem refletida no vidro;

? Utilize uma corda presa a um ponto. Será possível emitir um pulso e ver uma reflexão na extremidade;

? Use osciloscópio de traço duplo e um gerador de função, meça o sinal em dois pontos do cabo longo e veja a reflexão de um circuito aberto e de um curto-circuito na extremidade do cabo coaxial ou do par trançado.




? 4.3.7 - Ruído– Ruído define-se por adições não desejadas a sinais

eletromagnéticos, óticos e de voltagem;– Nenhum sinal elétrico é sem ruído, mas é importante

manter a razão sinal-ruído (S/R) a mais alta possível;– Em outras palavras, cada bit recebe sinais adicionais

indesejáveis de várias origens;– Ruídos em demasia podem corromper um bit,

transformando um binário 1 em 0, ou 0 em 1, destruindo a mensagem;






? 4.3.7 - Ruído– Cinco fontes de ruídos podem afetar um bit em um

fio:? Next-A e Next-B;

? Ruído Térmico;

? Energia AC/Ruído Terra de Referência;

? Interferência Eletromagnética/Interferência de Rádio-frequência;




? 4.3.7 - Ruído– NEXT-A e NEXT-B

? Diafonia ? ruído elétrico no cabo é originado de sinais em outros fios do cabo;

? NEXT significa diafonia próxima;

? Se dois fios estão próximos e não estão trançados, energia de um fio pode acabar em um fio adjacente e vice-versa;

? Isso pode causar ruído nas duas extremidades de um cabo terminado;

? Existem várias formas de diafonia que devem ser consideradas na criação de redes.






? 4.3.7 - Ruído– NEXT pode ser tratado com:

? tecnologia de terminação;? observância rigorosa aos procedimentos padrão de

terminação;

? e uso de cabos de par trançado de qualidade.




? 4.3.7 - Ruído– Ruído térmico

? Devido ao movimento aleatório dos elétrons, é inevitável, mas é, em geral, relativamente pequeno comparado aos nossos sinais.






? 4.3.7 - Ruído– Energia AC/Ruído terra de referência

? Energia AC e ruídos terra de referência são problemas cruciais na rede;

? Ruído da linha AC cria problemas nas nossas casas, escolas e escritórios;

? Eletricidade é levada a aparelhos e máquinas através de fios embutidos em paredes, pisos e tetos;

? Portanto, dentro desses prédios, ruído da linha de energia AC está sempre à nossa volta.





? Idealmente, sinal de terra de referência deveria ser completamente isolado do terra elétrico;

? Isolamento manteria vazamento de corrente AC e picos de voltagem fora do sinal de terra de referência;

?Mas chassis de um dispositivo de computação serve como sinal terra de referência e como terra da linha de alimentação AC;

? Como há uma ligação entre o sinal terra de referência e o terra da energia, problemas no segundo podem causar interferência no sistema de dados;







? Essa interferência pode ser difícil de ser detectada e rastreada;

?Geralmente, ela se origina no fato dos eletricistas e instaladores não se importarem com comprimento dos fios terra e neutro que são levados à cada tomada elétrica;

? Se fios são longos, podem agir como antena para ruído elétrico;

? Esse ruído interfere nos sinais digitais (bits) que um computador deve ser capaz de reconhecer e processar;





? Ruído de linha AC vindo de um monitor de vídeo ou de uma unidade de disco rígido próxima pode ser suficiente para gerar erros em um sistema de computador;

? Ele interfere (alterando forma e nível de voltagem) nos sinais desejados e evita que gates lógicos do computador detectem início e fim das ondas quadradas;

? Esse problema pode ser maior quando um computador tiver uma conexão de terra ruim.






? 4.3.7 - Ruído– Interferência eletromagnética/Interferência de

Rádio-freqüência? Fontes externas de impulsos elétricos que podem prejudicar

a qualidade de sinais elétricos no cabo: relâmpagos, motores elétricos e sistemas de rádio;

? Esses tipos de interferência são chamados interferência eletromagnética (EMI) e interferência de rádio-freqüência (RFI);

? Cada fio em um cabo pode agir como uma antena;

?Quando isso acontece, fio na verdade, absorve sinais elétricos de outros fios do cabo e de fontes elétricas fora do cabo;





Rádio-freqüência? Se ruído elétrico resultante alcançar um nível suficientemente

alto, pode se tornar difícil para placas de rede distinguir ruído do sinal de dados;

? Problema ? maioria das LANs usa freqüências entre 1 e 100 megahertz (MHz), que vêm a ser também freqüências operacionais dos sinais de rádio FM, de TV e de muitos aparelhos;







Rádio-freqüência? Para entender como ruído elétrico, independente da fonte,

afeta sinais digitais, imagine que se deseje enviar dados, representados pelo número binário 1011001001101, pela rede;

? Seu computador converte número binário em sinal digital;

? Sinal digital trafega pelos meios da rede até o destino;

? Destino está perto de uma tomada elétrica que é alimentada por fios longos, neutro e terra;





Rádio-freqüência? Esses fios agem como possíveis antenas para ruído elétrico;

? Como chassis do computador de destino é usado para aterramento e para o sinal terra de referência, ruído gerado interfere no sinal digital que computador recebe;

? Ao invés de ler o sinal como 1011001001101, computador o lê como 1011000101101, tornando os dados não confiáveis (corrompidos);






? 4.3.7 - Ruído– Ao contrário de fios de cobre, sistemas óticos e sem

fio sofrem algumas dessas formas de ruído, mas são imunes à outras;

– Por ex.:? fibra óptica é imune a NEXT e ao ruído terra de

referência/corrente AC;? sistemas sem fio são particularmente propensos às interferências

eletromagnéticas/interferências de rádio-freqüência;

– Ênfase aqui tem sido no ruído em sistemas de cabeamento baseados em cobre;




? 4.3.7 - Ruído– Problema com NEXT pode ser tratado com

tecnologia de terminação, observância rigorosa aos procedimentos padrão de terminação e uso de cabos de par trançado de qualidade;

– Nada pode ser feito a respeito do ruído térmico, além de dar aos sinais amplitude grande o suficiente para que ruído não tenha importância;

– Para evitar problema do terra de referência/AC como descrito acima, importante acompanhar de perto o trabalho do eletricista e da companhia elétrica;






? 4.3.7 - Ruído– Isso possibilitará obter o melhor e mais curto terra

elétrico;– Forma de fazê-lo é pesquisar custo da instalação de

um transformador de energia exclusivo, dedicado à área de instalação da LAN;

– Se tiver recursos para usar essa opção, pode-se controlar a ligação de outros dispositivos ao circuito elétrico;




? 4.3.7 - Ruído– Restringir como e onde dispositivos (motores ou

aquecedores elétricos com corrente de alta intensidade), são ligados pode eliminar grande parte do ruído elétrico gerado por eles.

– Se estiver acompanhando trabalho do seu eletricista, deve-se pedir que painéis de distribuição de energia separados (quadros de disjuntores), sejam instalados para cada área do escritório;






? 4.3.7 - Ruído– Como fios neutro e fios terra de cada tomada saem

juntos do quadro de disjuntores, fazendo isso, suas chances de diminuir comprimento do terra de sinal aumentarão;

– Por um lado, instalação de painéis de distribuição de energia individuais para cada cluster de computadores pode aumentar custo inicial da fiação elétrica,

– Por outro reduz comprimento dos fios terra e limita vários tipos de ruídos elétricos que encobrem os sinais;




? 4.3.7 - Ruído– Muitas formas de limitar interferências

eletromagnética e de rádio-freqüência:? aumentar tamanho dos fios condutores;

?melhorar tipo do material de isolamento usado;

– Entretanto, tais mudanças aumentam tamanho e custo do cabo mais rapidamente do que melhoram sua qualidade;






? 4.3.7 - Ruído– Portanto, é mais comum projetistas de rede

especificarem um cabo de boa qualidade e fornecer especificações para comprimento máximo de cabo entre nós recomendado;

– Duas técnicas que projetistas de cabo têm usado para lidar com interferências eletromagnéticas e de rádio-freqüência, com sucesso:? blindagem;

? cancelamento;




? 4.3.7 - Ruído– No cabo que emprega blindagem, uma trança ou

lâmina de metal envolve cada par de fios ou grupo de pares de fios;

– Essa blindagem age como barreira para todos sinais de interferência;

– Entretanto, como ocorre com aumento do tamanho dos condutores, uso da trança ou da cobertura de lâmina aumenta diâmetro do cabo e custo;






? 4.3.7 - Ruído– Portanto, cancelamento é a técnica usada mais

freqüentemente para proteger fio de interferência indesejável;

– Quando uma corrente elétrica passa por um fio, cria um pequeno campo magnético circular em volta dele;

– Direção dessas linhas de força magnéticas é determinada pela direção na qual a corrente flui ao longo do fio;




? 4.3.7 - Ruído– Se dois fios são partes do mesmo circuito elétrico,

elétrons fluem da fonte de voltagem negativa ao destino ao longo de um fio;

– Elétrons, então, fluem do destino para fonte de voltagem positiva ao longo do outro fio;

– Se dois fios de um circuito elétrico são colocados próximos um do outro, seus campos magnéticos serão opostos;






? 4.3.7 - Ruído– Portanto, os dois campos magnéticos irão se anular. ;

– Eles também irão anular todos os campos magnéticos externos;

– Trançar fios pode aumentar esse efeito de cancelamento;

– Com uso do cancelamento, juntamente com fios trançados, projetistas de cabos podem oferecer método eficaz de fornecer autoblindagem para pares de fios dentro de meios de rede.




? 4.3.7 - Ruído






? 4.3.7 - Ruído




? 4.3.7 - Ruído






? 4.3.7 - Ruído




? 4.3.7 - Ruído– Exercício:

? Utilize um osciloscópio de traço duplo e um gerador de função, passe o cabo perto de alguma fonte conhecida de ruído (motores elétricos, iluminação fluorescente, cabos de energia) e veja que ruído o sinal adquire.

– Leitura adicional:Testes sobre ruído elétrico conduzidohttp://epics.aps.anl.gov/techpub/lsnotes/ls232/ls232.html






? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência– Dispersão, jitter e latência são agrupados juntos

porque afetam a mesma coisa - temporização de um bit;

– Para entendermos que problemas podem acontecer à medida que milhões e bilhões de bits trafeguem em um meio, em um segundo, temporização é muito importante;

– Dispersão é quando sinal aumenta em tempo;– Causada pelo tipo de meios envolvidos;




? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência– Se for suficientemente séria, um bit pode interferir no

próximo bit e confundí-lo com bits anteriores e posteriores;

– Caso se queira enviar bilhões de bits por segundo, deve-se ter cuidado para não permitir que sinais se estendam demais;

– Dispersão pode ser resolvida com um projeto de cabo apropriado, limitando comprimento dos cabos e encontrando impedância apropriada;






? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência– Em fibras ópticas, dispersão pode ser controlada pelo

uso do laser de um comprimento de onda muito específico;

– Para comunicações sem fio, dispersão pode ser minimizada pelas freqüências usadas para transmitir;

– Todos sistemas digitais são sincronizados pelo relógio, o que significa que pulsos do relógio fazem tudo acontecer;

– Pulsos do relógio fazem com que CPU calcule, dados sejam armazenados na memória e placa de rede envie bits;




? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência– Se relógio do equipamento de origem não estiver

sincronizado com destino, o que é muito provável, obteremos jitter de temporização;

– Isso significa que bits chegarão um pouco mais cedo ou mais tarde que o esperado;

– Jitter pode ser resolvido com uma série de sincronizações de relógio complicadas, incluindo sincronizações de hardware e software ou protocolo;






? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência– Latência, também conhecida como atraso, tem

duas causas principais: ? Sinais de rede sem fio trafegam a uma velocidade um

pouco menor do que a velocidade da luz no vácuo;

? Sinais de rede em meios de cobre trafegam a uma velocidade no intervalo de 1,9x10^8 m/s a 2,4x10^8 m/s;

– Sinais de rede em fibra óptica trafegam a aproximadamente 2,0x10^8 m/s;




? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência– Então, para trafegar em uma distância, um bit leva

pelo menos um pequeno intervalo de tempo para chegar ao seu destino;

– Além disso, se bit trafegar através de dispositivos, transistores e eletrônicos aumentam a latência.

– Solução para problema da latência é:? uso cuidadoso de dispositivos de interconexão de redes

(internetworking);

? diferentes estratégias de codificação;

? protocolos de várias camadas;






? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência– Redes modernas geralmente funcionam com

velocidades entre 1 Mbps e 155 Mbps ou superiores, que em breve funcionarão com 1 Gbpsou 1 bilhão de bits por segundo;

– Se houver dispersão dos bits, 1s pode ser confundido com 0s e 0s com 1s;




? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência– Se grupos de bits forem roteados de forma

diferente e não levarmos em conta temporização,jitter pode levar a erros quando computador destino tentar reagrupar pacotes em uma mensagem;

– Se grupos de bits estiverem atrasados, dispositivos de rede e outros computadores de destino podem ficar irremediavelmente perdidos e atolados por bilhões de bits por segundo.






? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência




? 4.3.8 - Dispersão, Jitter e Latência– Exercício:

? Utilizar osciloscópio de traço duplo e um gerador de função, e mostrar o pulso original e depois o pulso ampliado se um segmento de cabo suficientemente longo for utilizado.






? 4.3.9 - Colisão– Colisão acontece quando dois bits de dois

computadores diferentes, que estão se comunicando, estão em um meio compartilhado ao mesmo tempo;

– No caso dos meios de cobre, voltagens dos dois sinais binários se somam e causam um terceiro nível de voltagem;

– Essa variação de voltagem não é permitida em um sistema binário, que entende apenas dois níveis de voltagem;




? 4.3.9 - Colisão– Bits são corrompidos (destruídos);– Algumas tecnologias, como Ethernet, lidam com uma

certa quantidade de colisões para negociar de quem é a vez de transmitir nos meios compartilhados;

– Em alguns casos, colisões são uma parte natural do funcionamento da rede;

– Entretanto, colisões excessivas podem diminuir velocidade da rede ou levá-la a uma parada;






? 4.3.9 - Colisão– Portanto, muito do projeto de redes é direcionado

para minimizar e localizar colisões;– Existem muitas formas de lidar com colisões;– Uma forma é detectá-las e simplesmente ter um

conjunto de regras para lidar com elas quando ocorrerem, como na Ethernet;




? 4.3.9 - Colisão– Outra forma é tentar evitá-las, permitindo que

apenas um computador de cada vez, em um ambiente de meios compartilhados, transmita;

– Isso exige que um computador tenha um padrão de bit especial, chamado token, para transmitir, como na token-ring e na FDDI.






? 4.3.9 - Colisão– Exercício:

? Utilize osciloscópio de traço duplo e um gerador de função, coloque um sinal em cada meio, sincronize-os e observe que o nível de voltagem é o dobrodo que deveria ser para o binário zero.




? 4.3.10 - Mensagem em Termos de Bits– Após um bit atingir um meio, ele se propaga e

pode sofrer atenuação, reflexão, ruído, dispersão ou colisão;

– Todos efeitos descritos até aqui que podem acontecer a um bit se aplicam às várias unidades de dados de protocolos (PDUs) do modelo OSI;

– Oito bits se igualam a um byte;

– Vários bytes equivalem a um quadro;






? 4.3.10 - Mensagem em Termos de Bits– Quadros contêm pacotes;

– Pacotes transportam mensagens que se quer enviar;

– Profissionais de rede geralmente falam sobre quadros e pacotes atenuados, refletidos, com ruídos e em colisão.




? 4.3.10 - Mensagem em Termos de Bits





4.4 - Fundamentos da Codificação de Sinais de Rede

? Objetivo– Apresentar exemplos clássicos de codificação;– Explicar modulação de codificação.

? Estrutura– 4.4.1 - Exemplos Clássicos de Codificação;– 4.4.2 - Modulação e Codificação.



4.4 - Fundamentos de Codificação de Sinais de Redes

? 4.4.1 - Exemplos Históricos de Codificação– Sempre que desejar enviar uma mensagem em

longa distância, haverá dois problemas a serem resolvidos:? como expressar a mensagem (codificação ou modulação);

? método usar para transportar a mensagem (portadora).

– Telefones, faxes, AM, FM, rádio de ondas curtas e TV modernos codificam seus sinais eletronicamente, geralmente usando modulação de ondas diferentes, de partes distintas do espectro eletromagnético;






? 4.4.1 - Exemplos Históricos de Codificação– Codificação significa converter dados binários em

uma forma que possa trafegar em um link de comunicações físico;

– Modulação significa usar dados binários para manipular uma onda;

– Computadores usam três tecnologias em particular e todas elas têm suas correspondentes na história;




? 4.4.1 - Exemplos Históricos de Codificação– São elas:

? codificação de mensagens como voltagens em várias formas de fios de cobre;

? codificação de mensagens como pulsos de luz conduzida em fibras óticas;

? codificação de mensagens como ondas eletromagnéticas moduladas e irradiadas.






? 4.4.1 - Exemplos Clássicos de Codificação– sinais de fumaça– telégrafo/código morse– telefone– TV/rádio– pony express– pombo-correio




? 4.4.2 - Modulação e Codificação– Codificação significa converter 1s e 0s em algo

real ou físico, como: ? um pulso elétrico em um fio;

? um pulso de luz em uma fibra ótica;

? um pulso de ondas eletromagnéticas no espaço.

– Dois métodos para conversão são as codificações NRZ e Manchester;

– Codificação NRZ (sem retorno a zero) é a mais simples;






? 4.4.2 - Modulação e Codificação– Caracteriza-se por um sinal alto e um baixo (quase

sempre +5 ou +3,3 V para o binário 1 e 0 V para o binário 0);

– Nas fibras ópticas, binário 1 poderia ser um LED brilhante ou um laser e binário 0, escuro ou sem luz;

– Em redes sem fio, binário 1 pode significar a presença da onda portadora e binário 0, a ausência de portadora;




? 4.4.2 - Modulação e Codificação– Codificação Manchester é mais complexa, mas é mais

imune a ruído e melhor para se manter sincronizada; – Na codificação Manchester, voltagem no fio de cobre,

brilho do LED ou do laser na fibra óptica ou energia da onda EM em redes sem fio codificam bits como transições;

– Observe que codificação Manchester resulta no 0 sendo codificado como transição baixa para alta e 1 sendo codificado como transição alta para baixa;






? 4.4.2 - Modulação e Codificação– Em decorrência de 0s e 1s resultarem em transição

para o sinal, relógio pode ser eficazmente recuperado no receptor;

– Modulação está intimamente relacionada à codificação;

– Modulação significa tomar uma onda e alterá-la, oumodulá-la, para que transporte informações;




? 4.4.2 - Modulação e Codificação– Como exemplo, examine três formas de alterações,

ou modulações, em uma onda portadora para codificar bits:

? AM (modulação de amplitude) - modulação, ou altura, de uma onda senoidal portadora é variada para conduzir a mensagem;

? FM (modulação de freqüência) - freqüência, ou oscilação, de uma onda portadora é variada para transportar a mensagem;

? PM (modulação de fase) - fase, ou início e fim de dado ciclo, da onda é variada para transportar a mensagem.






? 4.4.2 - Modulação e Codificação– Existem também outras formas mais complexas de

modulação:? três formas de como dados binários podem ser

codificados em uma onda portadora pelo processo de modulação:

– Binário 11 (Obs.: ler como um um, não onze!), pode ser comunicado em uma onda por AM (onda/sem onda);

– FM (muitas oscilações de onda para 1s, poucas para 0s);

– PM (um tipo de mudança de fase para 0s, outra para 1s) .




? 4.4.2 - Modulação e Codificação– Mensagens podem ser codificadas de várias

formas:? Como voltagens em cobre. Codificações Manchester e

NRZI são populares nas redes baseadas em cobre;

? Como luz conduzida. Codificações Manchester e 4B/5B são populares nas redes baseadas em fibra;

? Como ondas EM radiadas. Uma abrangente variedade de esquemas de codificação (variações de AM, FM e PM) é usada em redes sem fio.






? 4.4.2 - Modulação e Codificação











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Camada Física Eletrônica e Sinais