Módulo 3 Meios Físicos para Redes

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CCNA 1

Conceitos Básicos de Redes

Módulo 3

Meios Físicos para Redes

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Átomos e electrões

Tabela Periódica

Átomos e electrões

Átomo de Hélio

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Átomos e electrões

Forças no interior do átomo

Voltagem

A Voltagem também é conhecida como Força

Electromotriz (FEM).

Pode ser considerada como uma energia eléctrica ou

pressão que empurra os electrões livres.

Pode ser gerado por:

fricção (electricidade estática); magnetismo, num gerador eléctrico; luz solar.

É representada pela letra V e tem o Volt como

unidade de medida.

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Isolantes, condutores e semicondutores

Os materiais através dos quais flúi a corrente oferecem

graus variáveis de oposição ou resistência ao movimento

dos electrões.

Condutores - materiais que oferecem pouca ou nenhuma resistência.

Isolantes - não permitem o fluxo da corrente ou o restringem muito.

A resistência é representa pela letra R e tem o ohm (Ω) como unidade de medida.

Corrente

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Analogia da água com a electricidade

Osciloscópio

Corrente Alterna

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Especificações de Cabos

Os cabos possuem diferentes especificações e

expectativas em relação ao seu desempenho:

Quais são as velocidades para transmissão de dados

de um determinado tipo de cabo?

Qual é o tipo de transmissão?

Digital ou banda base;

Analógica, Banda Larga ou Broaband.

Qual é a distância que um sinal pode percorrer

através de um certo tipo de cabo?

Especificações de Cabos

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Especificações de Cabos

10BASE-T

10 Mbps

Transmissão em Banda Base Utiliza par entrançado

10BASE2

10 Mbps

Transmissão em Banda Base

Comprimento máximo do cabo 185 metros Conhecida por thinnet

10BASE5

10 Mbps, Banda Base, comprimento máximo 500 metros

Conhecida por thicknet

Cabo Coaxial

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Cabo Coaxial

Possui a capacidade de transmitir sinais com ritmos de

transmissão elevados a distâncias relativamente

A sua estrutura, um condutor central com uma blindagem à

sua volta, faz com que este seja bastante imune a fontes de

ruído.

Vantagens:

Grande largura de banda

Pode ser utilizado tanto em banda base como em banda larga. Cobre maiores distâncias que o cabo de par trançado. É mais barato do que o cabo de fibra óptica.

Desvantagens:

Mais caro e mais difícil de instalar do que os cabos de pares entrançados.

Problemas com ligações defeituosas.

Cabo de Pares Entrançados Blindado

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Cabo de Pares Entrançados Blindado

Screened Twisted Pair (ScTP) ou Foil Twiested

Pair (FTP)

Cabo de Pares Entrançados sem blidagem

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Cabo de Pares Entrançados

Cabo directo Cabo cruzado Rollover

Cabo de Pares Entrançados

Cabo directo

Host ou Router Hub ou Switch

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Cabo de Pares Entrançados

Cabo cruzado

Cabo de Pares Entrançados

Cabo rollover

Os PCs necessitam de um adaptador de RJ-45 para

DB-9 ou DB-25.

Configurações da porta série: 9600 bps, 8 bits, sem

paridade, 1 stop bit, sem controlo de fluxo.

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Cabo de Pares Entrançados

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O Espectro Electromagnético

A luz utilizada nas redes de fibra óptica é um tipo de energia electromagnética.

Esta energia na forma de ondas pode deslocar-se através de um vácuo, o ar, e através de alguns materiais como vidro.

Uma propriedade importante de qualquer onda energia é o seu comprimento de onda

As ondas de rádio, as microondas, o radar, as luzes visíveis, os raios-x e os raios gama são todas ondas electromagnéticas.

Todas as ondas se deslocam à mesma velocidade no vácuo, aproximadamente 300.000 Km/s.

O Espectro Electromagnético

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O Espectro Electromagnético

Os olhos humanos só podem perceber energia

electromagnética com comprimentos de ondas

entre 700 e 400 nanómetros (nm).

Os comprimentos de onda de luz utilizados nas fibras

ópticas são: 850 nm, 1310 nm ou 1550 nm.

Estes comprimentos de onda foram seleccionados por

se propagarem melhor pelas fibras ópticas do que

outros comprimentos de onda.

Modelo dos Raios de Luz

As ondas electromagnéticas propagam-se em linha recta.

Através de outros materiais como o ar, a água e o vidro a

velocidade de propagação da luz é menor.

Reflexão

Quando um raio cruza o limite entre um material e outro, parte da luz é reflectida.

A energia da luz no raio incidente que não é reflectida entrará no vidro.

Refracção

O raio que entra será desviado a um ângulo a partir de seu caminho original.

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Modelo dos Raios de Luz

Refracção

A quantidade de raio de luz incidente que é desviada

depende do ângulo no qual o raio incidente atinge a

superfície do vidro e a diferentes taxas de velocidade

com que a luz se propaga através das duas substâncias

A densidade óptica do vidro determina quanto os

raios de luz se desviam no vidro.

A densidade óptica define o abrandamento da

velocidade da luz ao atravessar o material.

Quanto maior a densidade menor a velocidade da luz.

Reflexão

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Refracção

Reflexão Interna Total

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Abertura Numérica

Ângulo Crítico

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Fibra Óptica

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Fibra Óptica

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Fibra Óptica

Fibra Óptica Monomodo

A Fibra Óptica Monomodo só permite a propagação de um

modo de luz através do núcleo da fibra.

Núcleo entre 8 e 10 microns.

Marcação 9/125 – núcleo 9 µm, revestimento interno 125 µm. É utilizado um laser infravermelho.

Os impulsos de luz que transportam a informação são essencialmente transmitidos em linha recta.

Taxas de transmissão mais altas e maiores distâncias do que as fibras multimodo.

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Fibra Óptica Multimodo

Fibra Multimodo

Fibra com o diâmetro do núcleo da fibra suficientemente grande para que hajam vários caminhos para a luz se propagar.

Marcações normais: 62,5 ou 50/125 µm. São mais baratas que as fibras monomodo.

Utilizam como fontes de luz Díodos Emissores de Luz (LEDs) infravermelha ou Lasers de Emissão Superficial com Cavidade Vertical (VCSELs).

Os LEDs são mais baratos que os lasers utilizados nas fibras monomodo.

Distâncias até 2 000 metros.

Dispositivos de Transmissão

O emissor converte os sinais eléctricos em impulsos de luz. Fontes de luz:

Laser (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation) -produz um feixe fino e intenso de luz infravermelha normalmente com comprimentos de onda de 1310 nm ou 1550 nm. Utilizado com fibras monomodo cobre grandes distâncias.

Díodo Emissor de Luz (LED)- produz luz infravermelha com comprimentos de onda de 850 nm ou 1310 nm. Estes são utilizados com fibras multimodo em Redes Locais. São utilizadas lentes para focar a luz infravermelha na extremidade da fibra..

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Dispositivos de Recepção

O receptor detecta os impulsos de luz enviados através da

fibra convertendo-os de novo em sinais eléctricos.

Os dispositivos semicondutores normalmente utilizados como receptores de fibras ópticas são os díodos p-intrínseco-n

(fotodíodos PIN).

Os fotodíodos PIN são fabricados de modo a terem uma sensibilidade máxima no comprimento de onda da luz utilizada na fibra.

Conectores para Fibra Óptica

Subscriver Connector (SC) – normalmente utilizado em

fibras multimodo.

Straight Tip (ST) – normalmente utilizado em fibras

monomodo.

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Conectores para Fibra Óptica

Patch Panel de Fibra Óptica

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Patch Panel de Fibra Óptica

Sinais e Ruído em Fibras Ópticas

Os cabos de fibra óptica não são afectados por fontes de

ruído externas.

Quando a luz se propaga através da fibra alguma da

energia é perdida.

O factor mais importante é a Difusão.

A difusão da luz na fibra é causada pela falta de uniformidade microscópica (distorções) na fibra que reflecte e dispersa um pouco a luz

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Sinais e Ruído em Fibras Ópticas

Absorção - quando um raio de luz atinge algum tipo de

impureza química em uma fibra estas absorvem parte da energia

Irregularidades de fabrico - aspereza no limite entre o núcleo e

o revestimento.

Quaisquer imperfeições microscópicas na espessura ou simetria da fibra diminuirão a reflexão interna total e o revestimento interno absorverá um pouco da energia da luz

Dispersão – Os impulsos de luz vão-se espalhando à medida

que viajam ao longo da fibra.

Instalação, cuidados e teste de Fibras Ópticas

Dobra

A fibra esticada ou demasiado curvada pode causar defeitos no núcleo.

As curvas muito apertadas pode fazer com o ângulo de incidência seja menor que o ângulo crítico.

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Instalação, cuidados e teste de Fibras Ópticas

Depois de instalada a fibra, as extremidades devem ser

cortadas e polidas.

Instalação, cuidados e teste de Fibras Ópticas

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Instalação, cuidados e teste de Fibras Ópticas

Quando se planeia uma ligação em fibra óptica deve-se calcular a perda de sinal que pode ser tolerada.

A unidade utilizada para medir a perda de potência é o decibel (dB).

Indica a relação entre a potência que sai do emissor e que chega ao receptor.

O teste às ligações de fibra e o seu registo são extremamente importantes. Instrumentos de teste:

Medidor de Perda Óptica;

Reflectómetro Óptico no Domínio do Tempo (OTDR).

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Normas de Redes Locais Wireless

O IEEE é a fonte principal de normas para redes Wireless.

As normas estão de acordo com os regulamentos da Federal Communications Commission (FFC).

802.11

Funciona na banda dos 2,4 GHZ.

Tecnologia Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS). Permite velocidades de 1 e 2 Mbps.

802.11b

Funciona na banda dos 2,4 GHZ. Tecnologia DSSS.

Permite velocidades de 1, 2, 5.5 e 11 Mbps. Retrocompatível com a norma 802.11 Também denominada de Wi-FiTM_.

Normas de Redes Locais Wireless

802.11a

Funciona na banda dos 5 GHZ o que a torna

incompatível com a 802.11b.

Permite velocidades até 54 Mbps.

Com tecnologia double rate alcança 108 Mbps.

802.11g

Funciona na banda dos 2,4 GHZ.

Tecnologia Othogonal Frequency Division

Multiplexing (OFDM).

Velocidades até 54 Mbps.

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Dispositivos Wireless

Ponto de Acesso (AP – Access Point)

É normalmente instalado para agir como um hub central. É ligado através de fios à rede local cablada.

São equipados com antenas e fornecem conectividade sobre uma determinada área denominada célula.

Dependendo do local onde é instalado o AP e as características da antena, a dimensão da célula pode varias bastante (normalmente entre 90 a 150 metros).

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Dispositivos Wireless

Ponto de Acesso (AP – Access Point)

De modo a permitir o deslocamento de dispositivos dentro de uma rede com vários APs, é necessário que haja um certo grau de sobreposição das células.

É desejável uma sobreposição de 20 a 30 % de modo a permitir roaming entre as células sem quebra de conectividade.

Dispositivos Wireless

Quando um dispositivo é activado numa WLAN, este

escuta a rede e procura um dispositivo compatível com o

qual se possa associar.

O Varrimento pode ser activo ou passivo.

Varrimento activo

O nó que procura ligar-se à rede envia um probe request. O probe request contém o Service Set IDentifier (SSID) da rede a que se pretende ligar.

Quando é encontrado um AP com o mesmo SSID, o AP envia um probe response.

As etapas de autenticação e associação ficam assim concluídas.

Varrimento passivo

Os nós procuram mensagens de gestão de beacons enviados pelo AP ou por outros nós.

Quando um nó recebe um beacon com o SSID da rede à qual se pretende ligar, é feita uma tentativa de ligação à rede.

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Mensagens 802.11

Depois de estabelecida a conectividade com a WLAN, um nó passará tramas (ou quadros) do mesmo modo que os outros tipos de redes.

As redes wireless não utilizam tramas iguais à ethernet.

Deste ponto de vista o termo wireless ethernet torna-se um pouco errado.

Existem três tipos de tramas: controlo, gestão e informação. Só as tramas de informação são semelhantes às tramas ethernet.

Protocolo CSMA/CA

Como o meio de transmissão de uma rede wireless é

partilhado, podem ocorrer colisões entre as tramas.

Não existe um método que permita ao nó emissor detectar

a existência de uma colisão.

Por esta razão para acesso ao meio de transmissão (o ar), as WLANs utilizam o protocolo Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA).

Quando um nó emissor envia uma trama, o receptor responde com uma confirmação positiva (ACK).

Isto pode causar um consumo de 50 % da largura de banda disponível.

Este custo adicional quando combinado com os custos adicionais do protocolo de prevenção de colisões, resulta num débito efectivo máximo entre 5 e 5,5 Mbps para uma rede 802.11b a 11 Mbps.

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Mensagens 802.11

O desempenho da rede é afectado também pela intensidade

do sinal e pela degradação da qualidade do sinal devido à

distância e interferências.

À medida que o sinal enfraquece é utilizado o ARS

(Adaptative Rate Selection) e o emissor pode reduzir a

velocidade de 11 Mbps para 5.5, 2 ou 1 Mbps.

Autenticação e Associação

A autenticação numa WLAN ocorre no nível 2.

Este processo autentica o dispositivo e não o utilizador.

O cliente envia uma trama (quadro) authentication request

ao AP onde a trama será aceite ou rejeitada.

O cliente é notificado da resposta através de uma trama authentication response.

O AP pode ser configurado de modo a efectuar o processo

de autenticação com um servidor de autenticação.

A associação efectuada depois da autenticação é o estado

que permite a um cliente utilizar os serviços do AP para

transferir informação.

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Autenticação e Associação

Não autenticado e não associado

O nó encontra-se desligado da rede e não se encontra

associado com um AP.

Autenticado e não associado

O nó foi autenticado na rede mas ainda não foi

associado com um AP.

Autenticado e associado

O nó encontra-se ligado à rede e capaz de transmitir e

de receber informação através do AP.

Métodos de Autenticação

A norma IEEE 802.11 refere dois processos de

autenticação:

Sistema aberto - open system

Basta saber o SSID da rede.

É fácil a um sniffer descobrir o SSID da rede.

Chave partilhada – shared key

Requer a utilização de encriptação Wireless

Equivalency Protocol (WEP).

WEP é um algoritmo muito simples com chaves de

64 e 128 bits.

O AP é configurado com uma chave de encriptação e

os nós que tentam aceder a rede através do AP têm de

uma chave compatível.

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Ondas Rádio

Os computadores enviam informação através de sinais

eléctricos.

Os emissores de rádio convertem os sinais eléctricos em

ondas rádio.

Estas ondas são radiadas em linha recta pelas antenas.

As ondas rádio são atenuadas à medida que se afastam da antena emissora.

As ondas ao atravessarem obstáculos são atenuadas.

Modulação

Os sinais eléctricos gerados pelos computadores que transportam a informação não são apropriados para serem emitidos em ondas rádio.

Utiliza-se uma onda auxiliar, a portadora.

Alterando-se uma das características da portadora pode-se transmitir informação.

Modulação em Amplitude (AM) – o sinal modula (altera) a

amplitude da portadora.

Modulação em Frequência (FM) – o sinal modula a frequência da

portadora.

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Sinais e Ruído numa WLAN

Quando se utiliza tecnologia sem fios temos de entrar em

consideração com muitos tipos de interferências:

Em muitas casas o microondas;

Telefones sem fios que operam na banda dos 2,4 GHz; Normalmente o sinal não é afectado pelas condições

atmosféricas, no entanto, o nevoeiro ou condições de humidade atenuam o sinal.

Dispositivos Bluetooth que utilizam também a banda dos 2,4 GHz.

Solução:

Mudar de canal; Mudar o tipo de antena; Mudar o dispositivo de local.

Segurança em Redes Wireless

Extensible Authentication Protocol (EAP) – O AP não fornece autenticação ao cliente passando as obrigações a um dispositivo mais sofisticado possivelmente um servidor de autenticação.

Virtual Private Network (VPN) – Utilizando um servidor de VPN, são criados túneis sobre o protocolo utilizado como o IP. Esta é uma ligação de nível 3 em oposição à ligação de nível 2 entre o AP e nó emissor.

EAP-MD5-Challenge – é o tipo de autenticação mais antigo que é

muito semelhante à protecção CHAP por password.

LEAP (Cisco) – O Lightweight Extensible Authentication Protocol é o

tipo de autenticação mais utilizado nos pontos de acesso WLAN da Cisco. O LEAP oferece segurança durante a troca de credenciais, criptografia com chaves WEP dinâmicas e suporte à autenticação mútua.

Autenticação de utilizadores – Permite que só utilizadores

autorizados se liguem, enviem e recebam informação sobre a rede wireless.

Encriptação – Oferece serviços de criptografia para proteger ainda

mais a informação contra intrusos.

Autenticação de dados – Garante a integridade dos dados ao autenticar