Aula 2: Conectividade em Nível Físico

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Aula 2: Conectividade em Nível Físico

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Conteúdo desta Aula

AULA 2: Conectividade em Nivel Físico e os meios de transmissão

1. Camada Física e os meios de transmissão de Dados;

2. Meios físicos de transmissão;

3. Os principais componentes da Comunicação de Dados;

4. Limites e limitações do meio físico;

5. Meios físicos das Redes Locais;

6. Resumo da Camada Física.

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Objetivos

1. Compreender como a camada física interage com os meios de transmissão e assegura a conectividade entre componentes da rede;

2. Diferenciar os meios físicos de transmissão usados na comunicação de dados;

3. Caracterizar as limitações e melhores indicações de uso para cada tipo de meio físico;

4. Identificar os avanços dos meios físicos e os benefícios na utilização do cabeamento estruturado.

Ao final desta aula você deverá ser capaz de:

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Camada Física e seus elementos

• Fornece os requisitos para transportar pelo meio físico de rede os bits que formam o quadro da camada de Enlace de Dados;

• Codifica o quadro em sinais que serão transmitidos no meio físico.

Camada Física e os Meios de Transmissão de Dados

A entrega de quadros pelo meio físico local exige os seguintes elementos da camada física:

• Meio físico e conectores ligados;

• Representação de bits no meio físico;

• Codificação de dados e informações de controle;

• Circuito transmissor e receptor nos dispositivos de rede.

O objetivo da camada Física é criar o sinal elétrico, óptico ou micro-ondas que representa os bits em cada quadro.

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Camada Física e os Meios de Transmissão de Dados

Processo de Encapsulamento–PDU da Camada Física

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Camada Física e os Meios de Transmissão de Dados

Operação da Camada Física

• O meio físico transporta sinais, um por vez, para representar os bits que formam o quadro

• Meio de cobre - pulsos elétricos; Fibra – luz; Meio físico –transmissões de rádio.

Fonte: ( Cisco Systems ,2009)

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Semelhante às tecnologias associadas a camada de Enlace de Dados, as Tecnologias da camada Física são desenvolvidas por organizações como:

• A international Organization for Standardization (ISO)

• O Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

• O American National Standards Institute (ANSI)

• A International Telecommunication Union (ITU)

• A Electronics Industry Association (EIA/TIA)

• Autoridades de telecomunicações nacionais, como a Federal Communication Commission (FCC) nos EUA.

Padrões da Camada Física

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• As tecnologias desenvolvidas por essas organizações incluem quatro áreas dos padrões da camada Física:

– Propriedades físicas e elétricas do meio físico;

– Propriedades mecânicas (materiais, dimensões, pinouts) dos conectores;

– Representação de bit por sinais (codificação);

– Definição dos sinais de informações de controle.

• Os componentes de hardware (adaptadores de rede (NICs), interfaces e conectores, materiais e projeto de cabo) estão especificados nos padrões associados à camada Física.

Os Principais Componentes da Comunicação de Dados

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•

Componentes físicos

–

São os dispositivos de hardware, meio físico e conectores que transmitem e transportam os sinais para representar os bits.

•

Codificação de dados

–

Método de converter um fluxo de bits de dados em um código predefinido;

–

Os códigos são grupos de bits utilizados para fornecer um padrão previsível e reconhecível pelo remetente e pelo receptor.

•

Sinalização

–

Os sinais elétricos, ópticos ou sem fio que representam o "1" e "0" no meio físico;

Os Principais Componentes da Comunicação de Dados

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Os Principais Componentes da Comunicação de Dados

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Bits de Sinalização

• Toda a comunicação da rede se transforma em dígitos binários;

• A transmissão do quadro pelo meio físico ocorre como um fluxo de bits enviados um de cada vez;

• Como cada bit é um sinal, cada sinal colocado no meio tem um tempo para ocupar o meio físico –tempo de bit;

• Os bits são examinados pelos padrões de bit de início e fim do quadro para determinar que um quadro completo foi recebido;

• A sincronizaçãogarante que os bits serão enviados em tempos específicos durante o tempo de bit;

• A sincronização é feita utilizando o clock, que é fornecida através de métodos de sinalização entre dispositivos de TX e RX.

Os Principais Componentes da Comunicação de Dados

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Símbolos que representam os tipos de Meios Físicos

Círculo

Dois círculos concêntricos

Linha Reta

Raio Camada 1 (Física) – Modelo OSI

Meios Físicos de Transmissão

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

Cabos separados para cada sistema de comunicação – Cabeamento Dedicado, ex: cabo de telefonia e outros de dados;



Diversidade de Meios Físicos Instalados: UTP, STP, Coaxial e Fibra Óptica;



Redes sob o controle de diferentes divisões da empresa, ex: Telefonia (resp.

administrativo), Dados (resp. Adm. de rede);



Informações sobre a Rede Física em uma grande diversidade de fontes (desenhos arquitetônicos, diagramas de fiação etc.);



Dificuldade na evolução e extensão das redes;



Pouca ou nenhuma segurança.

Limites e Limitações do meio físico

O que encontramos no dia a dia

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1990 Ethernet^® 10BASE-T

1994 Fast Ethernet

100BASE-T

1999 1 Gigabit Ethernet

1000BASE-T

2002 10 Gigabit

Ethernet Over fiber

10GBASE-SR

2006 10 Gigabit

Ethernet Over UTP

10GBASE-T

1991 TSB-36

Cat 3

1994 TSB-40A

Cat 5 1999

TSB-95 Cat 5e

10 Gbps

2002 568-B.2-1

Cat 6

2006 568-B.2-10

Cat 6 Evolução da Velocidade das Redes

Limites e Limitações do meio físico

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Tecnologia adotada por período

Velocidade Padrão Tecnologia desenvolvida /

utilizada

1992-1996 10Mbps IEEE 802.3 (1985)

(10BASE-T)

Categoria 3/5

1996-2002 100Mbps IEEE 802.3u

(100BASE-Tx)

Categoria 5/5e

2002-2006 1,000Mbps IEEE 802.3ab

(1000BASE-T)

Categoria 5e/6

2006-2010 10,000Mbps IEEE 802.3an

(10GBASE-T)

Categoria 6(FTP)/6a/7

Limites e Limitações do meio físico

Incremento de performance a cada 4 –6 anos

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É a disposição organizada e padronizada de conectores e meios de transmissão para redes de dados e voz (telefonia), de modo a tornar a infraestrutura de cabos independente do tipo de aplicação e do layout.

Infraestrutura de cabeamento independente do fabricante (sistema aberto) que permite a transmissão de qualquer serviço de comunicação através de um único sistema de cabeamento universal.

Limites e Limitações do meio físico Cabeamento Estruturado

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Por que investir no cabeamento estruturado?

Fonte: (LAN Technology,2009)

70% 30% Cabeamento Outros

Falhas nas redes

Limites e Limitações do meio físico

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Essas redes sem normas de

instalação trazem sérios fatores de risco, pois, torna-se quase

impossível localizar:

• Um cabo com defeito;

• Um conector com mau contato;

• Um problema físico na rede.

Limites e Limitações do meio físico

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Estrutura de Cabeamento sem ferir as normas.

Rack com Patch Panel com conexão Cruzada para organização da rede cabeada.

Limites e Limitações do meio físico

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Limites e Limitações do meio físico

Conexão estruturada através de guia de cabo lateral do rack para o switch.

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Limites e Limitações do meio físico

Interconexão no Patch Panel por um guia e cabo frontal.

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Limites e Limitações do meio físico

Conexão atrás do Patch Panel. Cabos organizados com lacre, hoje já se usa velcro para melhor normatização.

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

Suporte a Diversos Padrões de Comunicação através de Meio Físico Padronizado;



Permitir Flexibilidade na Mudança de Layout através de Interface de Conexão Padronizada;



Possuir Arquitetura Aberta possibilitando a conectividade entre Produtos de Diversos Fabricantes;



Aderência aos Padrões Internacionais.

Limites e Limitações do meio físico

Os benefícios

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Limites e Limitações do meio físico

Permitir flexibilidade na mudança de Layout:

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Limites e Limitações do meio físico

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Meios de Transmissão

❖ Para haver comunicação de dados é necessário que exista um meio de transmissão.

• Wired–com fio – Metálicos – Ópticos

• Wireless– sem fio

– Infravermelho, micro-ondas, radiodifusão.

Limites e Limitações do meio físico

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– Cabo Coaxial

• fio de cobre

• já é considerado obsoleto.

– Cabo de Par Trançado

• fio de cobre

• é a solução mais comum.

– Fibra Ótica

• fibra de vidro ou acrílico

• usada atualmente para backbone (Coluna Vertebral) e crescendo no acesso residencial.

Meios Físicos das Redes Locais

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Cabo Coaxial

–

Surgiu com as TVs a cabo;

–

Largura de banda;

–

10 Mbps a 100 Mbps

–

Cabos Thinnet (fino) e Thicknet (grosso);

–

RG-58 Impedância 50 Ώ

–

RG-59 ou RG- 6 Impedância 75 Ώ

–

Conectores BNC (dados) e Tipo F

(imagens-TV)

Meios Físicos das Redes Locais

• Velocidade e throughput: 10 a 100 Mbps

• Custo: barato

• Meios físicos e tamanho do conector:

Médio

• Comprimento máximo do cabo: 500m

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THINNET, 10BASE2, THICKNET, 10BASE5, CARACTERÍSTICA CHEAPERNET, FINO YELLOW CABLE, GROSSO

IMUNIDADE À (BOA) (ÓTIMA)

INTERFERÊNCIA 1 MALHA 5 MALHAS

ALCANCE 185 M 500 M

CONEXÃO CONECTORES BNC,F PRESAS VAMPIRO

PRINCIPAIS CUSTO, MANUSEIO ALCANCE E IMUNIDADE VANTAGENS E CONECTORIZAÇÃO À INTERFERÊNCIAS

Meios Físicos das Redes Locais – Cabo Coaxial

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–

Surgiu com as linhas telefônicas (é mais antigo que o coaxial);

–

Espiral (trançado do cabo)



imunidade;

–

Conector RJ – 45 (Macho e Fêmea);

–

Taxas de até 10000 Mbps;

–

Cabos para projetos Giga.

Meios Físicos das Redes Locais Cabo de Par Trançado

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– UTP (Unshielded Twisted Pair) –Sem Blindagem

• pares de fios trançados + material isolante.

– STP (Shielded Twisted Pair) –Com Blindagem

• pares de fios trançados + material isolante;

• malha externa metálica;

• necessidade de aterramento.

Meios Físicos das Redes Locais

Cabo de Par Trançado

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Meios Físicos das Redes Locais – Cabo de Par trançado não blindado

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– Por malha metálica –STP (Screened Twisted Pair)

• Apresenta melhor imunidade – Por fita metálica – FPT (Foil Twisted Pair)

➢ OBS1: Em ambos os cabos blindados existe um condutor de aterramento, também chamado de fio de drenagem, ligado a blindagem.

➢ OBS2: Ao usar cabos blindados é importante usar conectores que também possuam blindagem.

Meios Físicos das Redes Locais

Tipos de Blindagem

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Meios Físicos das Redes Locais – STP (Par Trançado Isolado)

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Principais características do cabeamento em par metálico segundo as normas ISO e EIA/TIA:

ISO EIA/TIA Utilização

Cat 1 Serviços telefônicos e dados de baixa velocidade Cat 2 RDSI* e circuitos T1/E1 - 1,536 Mbps/2,048 Mbps Classe C Cat 3 Dados até 16 MHz, incluindo 10Base-T e 100Base-T Classe B Cat 4 Dados até 20 MHz, incluindo Token-Ring e 100B-T (extinto) Classe D Cat 5 Dados até 100 MHz, incluindo 100Base-T4 e 100Base-TX (extinto)

Cat 5e Dados até 100 MHz, incluindo 1000Base-T e 1000Base-TX Classe E Cat 6 Dados até 200/250 MHz, incluindo 1000Base-T e 1000Base-TX

Classe F Cat 7 Dados até 500/600 MHz

Categoria 7 (CAT7): foi criado para permitir a criação de rede 10 gigabit Ethernet de 100m usando fio de cobre

Meios Físicos das Redes Locais – Cabo de Par Trançado

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CABEAMENTO CATEGORIA 7

O conector foi padronizado pela Comissão Eletrotécnica Internacional –IEC, uma interface do tipo não RJ designada por IEC 61076-3-104.

Conector IEC 61076-3-104 –Fonte: Siemon Company

Meios Físicos das Redes Locais

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CABEAMENTO CATEGORIA 7

1. A infraestrutura para atender a Categoria 7 utiliza cabeamento S/FTP (Screened Foil Twisted Pair);

2. São cabos com dupla blindagem, onde cada par individual recebe uma

blindagem do tipo "folha metálica" (foirl) e todos recebem uma blindagem geral tipo malha de blindagem (screened);

3. Os sistemas dessa Categoria somente podem ser implementados utilizando os cabos S/FTP.

Cabo S/FTP –Fonte: Siemon Company

Meios Físicos das Redes Locais

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Conexões– Cabo de Par Trançado – Cabo Direto (default)

• Switch (comutador) ao roteador

• Switch para PC ou servidor

• PC ou Servidor para Hub

• Hub para Hub (cascateamento)

– Cabo crossover

• Comutador para comutador

• Comutador para hub

• Hub para hub (empilhamento)

• Roteador para roteador

• PC para PC

• Roteador para PC

Meios Físicos das Redes Locais

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❖

Uma rede de computador pode ser montada utilizando vários tipos de meios físicos.

❖

A Função dos meios é transportar um fluxo de informações através de uma rede local.

❖

As redes locais sem fio usam a atmosfera, ou o espaço, como meio.

❖

Todos os meios têm vantagens e desvantagens. Algumas comparações entre vantagens e desvantagens estão relacionadas a:

Comprimento do cabo Custo

Facilidade de instalação

Suscetibilidade à interferência

Resumo sobre a Camada Física

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1. Diferenciar a representação de dados analógica e digital;

2. Compreender a representação de sinais analógicos e digitais;

3. Caracterizar sinais analógicos;

4. Caracterizar sinais digitais;

5. Analisar os limites teóricos para a taxa de transmissão de dados;

6. Associar os efeitos de um meio de transmissão imperfeito à ocorrência de atenuação,

distorção e/ou ruídos.