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Cabeamento
Estruturado
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Esp. Antonio Eduardo Marques da Silva
Revisão Textual:
Prof.ª Me. Luciene Santos
Noções Básicas de Transmissão e Meios Físicos de Rede
• Noções Básicas deTransmissão;
• Sinal Analógico e Sinal Digital;
• Modulação de Dados;
• Digitalização;
• Sincronização;
• Direção deTransmissão.
· Compreender fundamentos dos sistemas de transmissão de dados e
principais características dos meios físicos de rede, como: diferenças
entre sinal analógico e sinal digital, conceitos de modulação, digita-
lização e multiplexação, diferença entre largura de banda e taxa de
transmissão de dados (vazão de dados) e características mais comuns
dos meios físicos e metálicos utilizados nos sistemas de transmissão
em redes de comunicação.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Noções Básicas de Transmissão
e Meios Físicos de Rede
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua
formação acadêmica e atuação profissional, siga
algumas recomendações básicas:
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você
também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão
sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e
de aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte
Mantenha o foco!
Evite se distrair com
as redes sociais.
Mantenha o foco!
Evite se distrair com
as redes sociais.
Determine um
horário fixo
para estudar.
Aproveite as
indicações
de Material
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma
Não se esqueça
de se alimentar
e de se manter
hidratado.
Aproveite as
Conserve seu
material e local de
estudos sempre
organizados.
Procure manter
contato com seus
colegas e tutores
para trocar ideias!
Isso amplia a
aprendizagem.
Seja original!
Nunca plagie
trabalhos.
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
Contextualização
Nesta unidade, você aprenderá sobre os principais conceitos de transmissão de
dados e os nomes técnicos mais utilizados, para ter um bom entendimento dos re-
cursos e serviços que serão aplicados e configurados em uma rede de comunicação
de dados.
Para sua compreensão, vamos tratar um pouco sobre a importância da transmis-
são de dados, as diferenças entre sinais analógicos e sinais digitais, o que é modula-
ção, digitalização de dados e multiplexação de canais. Por final, vamos comparar a
largura de banda com a taxa de transmissão de dados (vazão de dados), e apresen-
tar algumas outras características importantes dos meios físicos de comunicação.
Não se esqueça de acessar o link Materiais Didáticos, onde encontrará os con-
teúdos e as atividades propostas nesta unidade. Outra dica é acessar os Materiais
Complementares e assistir às videoaulas apresentadas para a unidade. Assim, você
terá mais conhecimento sobre o tema discutido.
8
9
Noções Básicas deTransmissão
Assim como as estradas e ruas fornecem a base para o transporte de veículos,
os meios físicos de rede fornecem o alicerce da transmissão de dados. Os meios
físicos são os caminhos por onde o dado é transportado.
As primeiras redes de transmissão de dados (antigamente chamadas de redes de
computadores) utilizavam cabos coaxiais, grossos e ultrapassados e, de uma certa
forma, vulneráveis em função de suas próprias características. Há algum tempo, os
dados são normalmente transmitidos através de um tipo de cabo muito semelhante
ao cabo utilizado em sistemas de telefonia, bem mais leve e flexível, de fácil co-
nectorização e mais economicamente viável se comparado com os cabos coaxiais
(FILHO, 2015).
Para conexões de rede de longa distância, há a preferência por cabos de fibras
ópticas, os quais, apesar de serem mais caros do que os cabos metálicos, podem
alcançar distâncias muito maiores e com uma qualidade de transferência superior
aos seus concorrentes. Também temos milhares de empresas que transmitem os
dados através da atmosfera terrestre utilizando as tecnologias de redes sem fios, as
famosas wireless network.
A Importância do Cabeamento de Rede
Poucas pessoas entendem realmente a importância de um sistema de cabea-
mento flexível, baseado em padrões, que permite confiabilidade e compreende
menos ainda os desafios da construção de uma rede de alta velocidade. Alguns dos
problemas técnicos associados à construção de um sistema de cabeamento para
suportar uma rede de alta velocidade são compreendidos apenas por engenheiros
elétricos/eletrônicos e rede redes e por especialistas no segmento de cabeamento
de alta performance.
Em muitos casos, acredita-se ainda que para uma conectorização de rede para
vários tipos de aplicações, como dados, vídeo e imagem, é necessário ter várias
infraestruturas, uma para cada tipo de serviço. Isso era realizado muito tempo
atrás, quando a maioria das aplicações era totalmente proprietárias e seguiam suas
próprias regras de conectividade. Com a evolução das redes de comunicação e
padronização dos protocolos, vários órgãos e empresas começaram a desenvolver
e seguir padrões de conectividade, inclusive padrões físicos, o que deu origem às
normas de padronizações dos cabos de rede e o desenvolvimento de um sistema
de cabeamento estruturado e convergente. Nesta unidade, temos o objetivo de
apresentar alguns dispositivos físicos de rede baseados em cabos metálicos e seus
componentes (PINHEIRO, 2015).
Infraestrutura Física de Rede (em inglês), no endereço: https://youtu.be/aahWp75a1JQ
Explor
9
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
A evolução da interconectividade de redes, do crescimento da Internet e de
novas tecnologias gerou, nos últimos 10 anos, Sistemas de Data Center, Virtu-
alização de Dados e Computação em Nuvem. A cada dia, esses ambientes de
infraestrutura de TIC e sistemas de cabeamento estruturado se tornam mais im-
portantes, pois são, com certeza, o alicerce físico a tais tecnologias e a base de
instalação controlada para ambientes sensíveis, como é o caso dos sistemas de
computação de alto desempenho.
A Infraestrutura de Data Center, como o do Google Data Center:
https://youtu.be/XZmGGAbHqa0
Explor
Podemos ditar algumas observações muito importantes quando iniciamos um
projeto de cabeamento:
·
· Saiba que as redes nunca ficam menores ou menos complicadas.
·
· Construa um sistema de cabeamento que acomode dados, voz e imagens.
·
· Sempre instale mais cabos do que você necessite atualmente.
·
· Use padrões de cabeamento estruturado ao criar um novo sistema
de cabeamento.
·
· Use componentes de cabeamento de alta qualidade. O cabeamento é a base
da sua rede. Se o cabeamento falhar você terá problemas muito sérios.
·
· Compre com base na reputação do fabricante e no desempenho compro-
vado, não por causa do preço.
·
· Não economize nos custos de instalação. Mesmo componentes de quali-
dade e cabos devem ser instalados corretamente; uma mão de obra ruim
destrói sua instalação de cabeamento.
·
· Planeje tecnologias de maior velocidade do que as disponíveis atualmente.
Só porque a Ethernet 1000Base-T parece desnecessária hoje não significa
que ela não seja uma exigência em cinco anos.
·
· A documentação, embora chata de se fazer, é um mal necessário que deve
ser cuidado enquanto você configura o sistema de cabeamento.
Conheça o Data Center da Caixa Econômica Federal em Brasília, em:
https://youtu.be/WurCFAfIaZM
Conheça também o Data Center do Banco Santander, em: https://youtu.be/GTYMYNlMwsw
Explor
Pontos que podem apoiar o entendimento das necessidades e importância da
utilização de cabeamento de rede confiável. Segue:
·
· O cabeamento de dados normalmente representa menos de 10% do custo
total da infraestrutura de rede.
10
11
· A vida útil do sistema de cabeamento típico é de mais de 16 anos. O cabe-
amento é provavelmente o segundo ativo mais duradouro que se pode ter
em uma infraestrutura de TIC (o primeiro seria o prédio).
· Quase 70% de todos os problemas relacionados à rede se devem a técnicas
e componentes de cabeamento deficientes.
Básico deTransmissão de Dados
Em redes de dados, o termo transmissão significa emitir sinais para o meio de
rede, esse termo se refere tanto para o processo de transmissão. Como o progres-
so de sinalização. No passado, as seres humanos transmitiam informações através
de sinais de fumaça, código morse ou telégrafo. As técnicas de transmissão em uso
nas redes de hoje são complexas e variadas, como poderemos verificar nos próxi-
mos tópicos desta unidade.
Sinal Analógico e Sinal Digital
Uma das característica mais importantes na transmissão dos dados é o tipo de
sinalização envolvido. Em uma rede de dados, a informação pode ser transmitida
através de um dos dois métodos de sinalização existentes: sinalização analógica ou
sinalização digital. Ambos os tipos de sinais são gerados por corrente elétrica que
é medida em volts. A força de um sinal elétrico é diretamente proporcional à sua
tensão. Assim, quando os engenheiros de rede falarem sobre a força de um sinal
analógico ou digital, muitas vezes, estão se referindo à voltagem do sinal transmi-
tido. A diferença essencial entre sinais analógicos e digitais é a maneira como a
tensão cria o sinal. Em sinais analógicos, a tensão varia continuamente e aparece
como uma linha ondulada. Podemos mencionar a sirene de uma ambulância e uma
música ao vivo como exemplos de sinais por ondas analógicas.
Figura 1 – Sinal Analógico
Fonte:Wikimedia Commons
Um sinal analógico, como outras formas de onda, é caracterizado por quatro
propriedades fundamentais: amplitude, frequência, fase e comprimento de onda.
A amplitude de uma onda é uma medida da sua resistência em qualquer ponto
11
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
dado no tempo. Em um gráfico de onda, a amplitude é a altura da onda em qual-
quer ponto no tempo. Por exemplo, a onda tem uma amplitude de 5 volt no 0.25
segundos, uma amplitude de 0 volts em 0.5 segundo, e uma amplitude de -5 volts
em 0.75 segundos, podemos ver essas medidas na próxima figura.
Considerando a indicação de amplitude em uma onda analógica, a frequência é
o número de vezes que os ciclos de amplitude de uma onda a partir do seu ponto
de partida, através da sua maior amplitude e menor amplitude, e de volta para o
seu ponto de partida ao longo de um período de tempo fixo. A frequência é expres-
sa em ciclos por segundo, ou hertz (Hz), em homenagem físico alemão Heinrich
Hertz. Na próxima figura, podemos ver a frequência de onda que seria um ciclo
por segundo, ou 1 Hz que, como se mostrado, tem uma frequência extremamente
baixa. Frequências utilizadas para transmitir a fala sobre cabos de telefonia podem
cair na faixa de 300 a 3300 Hz, os seres humanos podem ouvir frequências entre
20 e 20.000 Hz, uma estação de rádio FM pode utilizar uma frequência entre
850.000 Hz (ou 850 KHz) e 108.000.000 Hz (ou 108 MHz) para transmitir o seu
sinal através do ar (COELHO, 2003).
A distância entre pontos correspondentes no ciclo de uma onda é chamada de
comprimento de onda e que pode ser expressa em metros ou pés (mais nos EUA).
O comprimento de onda de uma onda inversamente proporcional à sua frequência.
Em outras palavras, quanto maior a frequência, menor é o comprimento de onda.
Por exemplo, uma onda de rádio com uma frequência de 1.000.000 de ciclos por
segundo (1 MHz) tem um comprimento de onda de 300 metros, enquanto uma
onda, com uma frequência de 2 milhões Hz (2 MHz), tem um comprimento de
onda de 150 metros.
O termo refere-se à fase do progresso de uma onda ao longo do tempo em
relação a um ponto fixo. Suponhamos duas ondas separadas que possuem am-
plitudes e frequências idênticas. Se uma onda começa em menor amplitude, ao
mesmo tempo, a segunda onda começa na sua maior amplitude, estas ondas terão
diferentes fases. Mais precisamente, elas serão 180 graus fora de fase (utilizando a
atribuição padrão de 360 graus a uma onda completa).
comprimento da onda
medido em metros
T=Tempo de duração
do ciclo
Ciclo = padrão de onda
completo, do início ao fim
Amplitude
Figura 2 – Sinais Analógicos Detalhado
12
13
Um benefício de sinais analógicos é que eles podem transmitir maiores sutilezas
com menos energia, pois são mais variáveis que os sinais digitais. Por exemplo,
pensar na diferença entre a sua voz e a voz digital de um sistema de chamadas
digital. Geralmente, a voz digitalizada tem uma qualidade mais pobre do que a sua
voz original, ou seja, às vezes, a voz digital pode soar como um som metalizado se
não for corretamente tratado. Ela não pode transmitir as mudanças sutis na infle-
xão que você espera em uma voz humana. Somente muitos sinais de alta qualidade
digital, por exemplo, aqueles utilizados para gravar música em discos compactos,
podem alcançar tal precisão.
No entanto, a tensão é variada e imprecisa em sinais analógicos, além disso, a
transmissão analógica é mais susceptível a falhas de transmissão, tais como ruído,
ou qualquer tipo de interferência externa podem degradar um sinal. Se você já
tentou ouvir uma rádio AM em uma noite de tempestade, você provavelmente já
ouviu o chiado e estática de interferências que afetam o sinal.
Os sinais digitais são compostos de impulsos de voltagens positivas precisos e
de zero voltagem. Um pulso de voltagem positiva (presença de voltagem ou ligado)
representa o valor “1” e o pulso de voltagem zero (ausência de voltagem ou desli-
gado) representa o valor “0”. O uso desses sinais para representar uma informa-
ção é chamado de sistema binário e cada pulso no sinal digital é chamado de um
dígito binário, ou bit. Por esse motivo, um bit pode ter apenas um de dois valores
possíveis: 1 ou 0. A quantidade de 8 bits agregados representa um byte e esse byte
geralmente representa uma letra ou caractere especial a ser transmitido em uma
rede. Por exemplo: o byte de “01111001” transmitido em uma rede digital signifi-
ca o valor “121” em representação decimal (PINHEIRO, 2015).
digital
5v
0v
1 1 1 time
0
Figura 3 – Sinal Digital
A diferença entre Sinal Digital e Sinal Analógico no Canal Nerdologia, em:
https://youtu.be/p3IQU-PmJGU
Explor
Computadores podem ler e gravar informações, por exemplo, instruções de
programa, informações de roteamento e endereços em rede, utilizando os bits
e bytes. Quando um número está representado na forma binária (por exemplo,
13
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
“01111001”), cada posição de bit, ou marcador de posição, no número repre-
senta um múltiplo específico de 2. Como um byte contém oito bits, que tem oito
marcadores de posição. Ao contar espaços reservados em um byte, você se move
da direita para a esquerda. O mais distante espaço reservado para a direita é co-
nhecido como a posição zero (bit de menor significância), o único à sua esquerda
está na primeira posição e assim por diante. O marcador de posição mais afastada
para a esquerda está na sétima posição, pois da posição zero até a sétima posição
temos o conjunto dos oito bits, ou um byte.
Conjunto de Bits (Byte): https://goo.gl/bGXU8K
Explor
Para facilitar nossa vida, nós da área de redes utilizamos uma tabelinha de valores
que é a seguinte: 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, que nada mais é do que a represen-
tação decimal de cada posição binária ligada (valores representados por 1). Usando
essa tabela, quando identificamos um bit com o valor “1” dentro de um byte, ligamos
o valor correspondente a tabela e somamos todos os valores “ligados” para identifi-
carmos o valor decimal representado. Ou seja, o valor binário “11110000” é o valor
decimal “240” (128+64+32+8+0+0+0+0) e o valor binário “11111111” é o valor
decimal “255” (128+64+32+16+8+4+2+1). Fácil, não é?
Um esquema de numeração binária pode ser utilizado com mais de oito posi-
ções, no entanto, no mundo digital, bytes formam os blocos de construção para
mensagens e sempre incluem oito posições. Ou seja, nunca em um byte teremos
valores menores (negativos) do que “0” e/ou maiores do que o valor decimal “255”
que nada mais é do que a somatória de todos os bits do byte analisado.
Em um sinal de dados, vários bytes são combinados para formar uma mensa-
gem. Se você estava observando os 1s e 0s utilizados para transmitir uma men-
sagem de e-mail inteiro, por exemplo, você pode acabar vendo milhões de zeros
e uns passando pela rede. Um computador pode rapidamente traduzir esses nú-
meros binários em códigos, usando representações de tabela como o ASCII que
expressam letras e números, ou o formato JPEG, que representam imagens. Ou
seja, tudo que transmitimos em uma rede digital é representado por sinais binários,
um e-mail, um som, ou uma imagem.
O Sistema Digital, no portal vídeo educativos no endereço URL:
https://youtu.be/MW7Wv0GOSZc
Explor
Uma vez que a transmissão digital envolve o envio e recebimento de apenas um
padrão de 1s e 0s, representado por pulsos precisos, é mais seguro do que a trans-
missão analógica, que se baseia em ondas variáveis. Além disso, um determinado
ruído afeta a transmissão digital menos severamente que a transmissão analógica.
Por outro lado, a transmissão digital requer muitos pulsos para transmitir uma
14
15
mesma informação que um sinal analógico poderia transmitir em apenas uma úni-
ca onda. No entanto, a alta confiabilidade da transmissão digital e o uso do com-
putador, que também é um dispositivo digital, tornaram essa propriedade padrão,
que é mais eficiente que a transmissão analógica, pois resulta menos erros e requer
menos sobrecarga para compensar tais erros (FILHO, 2015).
A sobrecarga (overhead) é um termo usado por profissionais de rede para des-
crever a informação que não contenha dados e que deve acompanhar os dados
para que os mesmos possam ser devidamente encaminhados e interpretados pela
rede. Por exemplo, o cabeçalho de um link de dados (Data Link) e um finalizador
(trailer), na camada de rede informações de endereçamento, e as informações de
controle de fluxo da camada de transporte são considerados sobrecarga na rede.
É importante entender que, em ambos os mundos analógico e digital, uma varie-
dade de técnicas de sinalização são utilizadas. Para cada técnica, normas ditam que
tipo de transmissor, canal de comunicações e o receptor devem ser utilizados. Por
exemplo, o tipo de transmissor (NIC – Network Interface Card, ou em português Pla-
ca de Rede) usado para computadores de uma rede local (LAN) e a maneira em que
este transmissor manipula corrente elétrica para produzir sinais é diferente das téc-
nicas de sinalização utilizadas com um link de satélite ou um link de conexão óptica.
Modulação de Dados
Os dados dependem quase que exclusivamente da transmissão digital, porém,
em alguns ambientes e/ou locais, os meios utilizados podem ser de transmissão
analógica, como linhas telefônicas clássicas, por exemplo, e que no Brasil ainda
são em grande quantidade utilizadas. Nesse caso, se você discar para a rede de um
provedor de Internet (ISP) com o intuito de navegar na Internet, os sinais de dados
emitidos por seu computador devem ser convertidos em forma analógica antes de
chegar à linha de telefone. Mais tarde, eles devem ser convertidos de volta para
a forma digital quando eles chegam ao servidor de acesso do ISP. Um dispositivo
de rede conhecido como modem realiza essa tradução. A palavra ‘modem’ reflete
a função desse dispositivo como um modulador/demodulador de sinal, isto é, ele
modula os sinais digitais em sinais analógicos no terminal de transmissão, em se-
guida, demodula os sinais analógicos em sinais digitais na extremidade de recepção
(FILHO, 2015).
A modulação de dados é uma tecnologia utilizada para modificar os sinais ana-
lógicos, a fim de torná-las adequadas para o transporte de dados ao longo de um
caminho de comunicação. Na modulação, uma onda simples, chamada de onda
portadora, é combinada com um outro sinal analógico para produzir um sinal único
que é transmitido a partir de um nó para outro. A onda portadora tem proprieda-
des predefinidas (incluindo a frequência, amplitude e fase). Sua finalidade é ajudar a
transmitir informações; em outras palavras, é apenas um mensageiro. Outro sinal,
conhecido como informação, ou dados de ondas, é adicionado à onda portadora.
15
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
Quando a onda de informação é adicionada, ele modifica uma propriedade da
onda portadora (por exemplo, a frequência, a amplitude, ou fase). O resultado é
um sinal novo, misturado que contém propriedades tanto da onda portadora com
a adição dos dados.
Três tipos básicos de modulação são possíveis (ver a figura para uma compara-
ção visual):
1. Modulação por Amplitude (AM). Em AM, a amplitude do sinal de porta-
dora é alterada de acordo com o valor de bit do sinal digital de modulação.
Por exemplo, dois tamanhos de amplitude (uma pequena e uma grande)
pode ser usado para, respectivamente, representam valores de bit 0 e 1.
AM é a sua susceptibilidade à distorção.
2. Modulação por Frequência (FM). Em FM, a frequência do sinal portador
é alterada de acordo com o valor de bit do sinal digital de modulação. Por
exemplo, dois valores de frequência (um baixo e um alto) pode ser usado
para, respectivamente, representam pouco os valores 0 e 1. FM é mais
resistente à deformação do que AM.
3. Modulação por Fase (PM). Em PM, a fase do sinal de portadora é al-
terada de acordo com o valor de bit do sinal digital de modulação. Uma
mudança na fase do sinal de portadora indica uma alteração no valor de
bits do sinal digital de modulação de 0 a 1 ou de 1 para 0.
Figura 4 – Formas de Modulação
16
17
É claro que, para entender esses conceitos de uma forma mais aprofundada, de-
veríamos estudar eletricidade e eletrônica, o que não é exatamente o nosso objetivo
nesta unidade. Nosso intuito é apresentar, de uma forma sucinta, alguns termos e
conhecimentos básicos que vamos utilizar no futuro em alguns tópicos dentro da
disciplina de cabeamento.
Digitalização
A digitalização é essencialmente o contrário da modulação. Considerando que
a modulação de um sinal digital é modulada ao longo de um sinal analógico para
a transmissão, em digitalização um sinal analógico é convertido em formato digital
através de um processo de amostragem. Por exemplo, o sinal analógico resultante
da fala humana pode ser amostrado e convertido em dados digitais, transmitidos
através de linhas digitais, e convertido de volta para o sinal analógico na outra
extremidade. Essas duas funções são executadas por um dispositivo denominado
de codec (codificador / descodificador). A próxima figura apresenta esse conceito.
É interessante notar que, ao contrário de modulação (que é um processo exato
uma vez que o sinal digital na fonte e o sinal digital recebido no destino são idênticos),
a digitalização é apenas um processo aproximado por causa da amostragem. A
próxima figura ilustra como um sinal analógico é amostrado. Aqui, o intervalo de
tempo para cada amostra é um milissegundo. Cada amostra (indicado por uma pe-
quena caixa preta) é um verdadeiro valor que é, por sua vez representado por um
número inteiro na gama de 0-255 de modo que ele pode ser representado em um
byte de dados. Esse processo (que representa um valor contínuo com um valor dis-
creto) é chamado de quantização. A relativamente pequena perda de informação
inerente ao processo é chamada de erro de quantização (COELHO, 2003).
Sobre o tão importante é o processo de Digitalização, no portal da SIEMENS, em:
https://youtu.be/k6FIqLazU2M
Explor
O processo de codificação gera os dados de amostra do sinal analógico. O pro-
cesso de descodificação regenera uma aproximação do sinal original por ajuste de
uma curva suave para os pontos amostrados. A qualidade do sinal regenerado pode
ser melhorada pelo aumento da taxa de amostragem (isto é, a redução do intervalo
de amostragem), mas até um limite ditado pelo teorema de Nyquist. Esse limite é
exercido por uma técnica de digitalização popular chamado Pulse Code Modulation
(PCM), que usa uma taxa de amostragem de duas vezes maior que a frequência de
sinal original. Por exemplo, um sinal de voz de 4 kHz é amostrado a uma taxa de
8000 amostras por segundo.
A principal vantagem da digitalização é que, devido à sua resistência à distorção,
é muito mais fácil para transmitir de forma confiável um sinal digital a uma grande
distância do que um sinal analógico.
17
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
t
v
valor da amostra
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
2,1
2,0 1,9
4,2
2,8
1,0
Figura 5 – Amostragem de um Sinal Analógico
Sincronização
Quando dois dispositivos estão prestes a se comunicar, o transmissor deve de
alguma forma notificar o receptor quanto ao momento de esperar para receber
dados. Isso permite que o receptor se prepare para receber os dados. Além disso,
essas notificações devem ocorrer com frequência suficiente para que ambos os dis-
positivos mantenham um acordo sobre a distribuição exata dos dados ao longo do
tempo. Esse processo é chamado de sincronização.
Existem dois métodos básicos de sincronização: transmissão síncrona e trans-
missão assíncrona. Na transmissão síncrona, um sinal de relógio é usado como
uma fonte de referência por ambos, o transmissor e o receptor. Amarrando o sinal
de dados com o sinal de relógio, ou dispositivo, pode olhar para o sinal do relógio
para saber onde bits de dados podem começar ou terminar (HEKMAT, 2005).
O sinal de relógio pode ser fornecido numa linha separada, ou ser integrado
no sinal de dados em si. Ter uma linha de clock separada aumenta os custos, ele
só é usado para cobrir distâncias muito curtas (por exemplo, para ligar computa-
dores pessoais).
Figura 6 – Métodos de Sincronização
Fonte: HEKMAT, 2005
18
19
Na transmissão assíncrona, o início e o final de cada byte de dados são marcados
pelo start e stop bits. Isso permite que o receptor possa trabalhar os limites de byte.
Devido à sua simplicidade, transmissão assíncrona é mais barato para implementar
e é, portanto, mais amplamente utilizado (HEKMAT, 2005).
Direção deTransmissão
A transmissão de dados, seja analógica ou digital, pode também ser caracterizada
pela direção em que os sinais viajam ao longo dos meios físicos de comunicação,
que podem ser Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex.
Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex
Nos casos em que os sinais podem viajar em uma única direção, a transmissão é
considerada simplex. Um exemplo de comunicação simplex é um treinador de fute-
bol gritando ordens para a sua equipe através de um megafone. Nesse exemplo, a
voz do treinador é o sinal que viaja em uma única direção-distância do transmissor
que seria o megafone para a equipe. A transmissão Simplex é, às vezes, chamada
de comunicação de sentido único, ou unidirecional.
Na transmissão half-duplex, os sinais podem viajar em ambas as direções através
do meio físico, mas apenas em um sentido único de cada vez, ou seja, se um trans-
missor enviar um dado no canal, o receptor deve aguardar o canal ficar livre para
responder de volta. Caso o transmissor e o receptor transmitam dados ao meio
tempo no canal, ocorrerá um fenômeno chamado de colisão. A transmissão half-
-duplex, também é conhecida como sistemas semiduplex e o mesmo deve conter
apenas um canal de comunicação. Esse canal, por sua vez, deve ser compartilhado
por vários hosts para trocar informações entre si. Um bom exemplo seria a comu-
nicação entre rádios PX: para se comunicarem, todos os rádios devem estar em
uma mesma portadora; quando alguém deseja falar nesse canal compartilhado,
é necessário que pressione o botão “talk”, que tem como função pegar para si o
canal de comunicação; enquanto você fala, todos os demais dispositivos conecta-
dos nesse canal não transmitem, para evitarem colisões; após você terminar a sua
transmissão e o canal ficar livre, outro dispositivo pode falar (SHIMONSKI, 2010).
De maneira similar, algumas redes podem operar com capacidade de trans-
missão half-duplex, porém, os sinais estão livres para viajar em ambas as dire-
ções através de um meio físico, simultaneamente e livre de colisões. Tal forma de
transmissão é conhecida como full-duplex, o que pode também ser chamada de
transmissão bidirecional ou, às vezes, simplesmente duplex. É um pouco difícil esse
tipo de comunicação ser exemplificado de uma forma humana, mas seria como se
duas pessoas pudessem falar ao mesmo tempo em uma ligação telefônica e ambas
pudessem entender as informações simultaneamente.
19
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
simplex
Enviar
Enviar
Enviar
Enviar
Enviar Receber
Receber
Receber
Receber
Receber
half-duplex
full-duplex
Figura 7 – Simplex, Half-duplex e Full-duplex
Muitos dispositivos de rede, tais como modems, dispositivos intermediários de
rede e placas de rede, permitem que você especifique através de comandos e con-
figurações se o dispositivo deve utilizar a comunicação half-duplex ou full-duplex.
É importante saber o tipo de transmissão que uma rede suporta antes de instalar
dispositivos de rede nela. Pois, se você configurar uma placa de rede de um compu-
tador para usar full-duplex, enquanto o resto da rede está usando half-duplex, esse
computador não será capaz de se comunicar na rede (COELHO, 2010).
Uma opção para evitar tais problemas seria colocar as placas em auto (auto
sense), mas isso pode causar problemas de atrasos e possíveis falhas de negociação
entre dispositivos de rede. Como melhor prática, administradores de rede iden-
tificam o que seus dispositivos podem suportar e configuram manualmente suas
características próprias (as configurações em auto sense deveriam ser habilitas
somente quando o administrador não tem controle ou conhecimento de sua rede,
por exemplo, uma área de visitantes).
Multiplexação
A multiplexação é uma técnica que faz com que seja possível enfiar um certo
número de canais lógicos (cada um capaz de suportar uma ligação independente)
em um mesmo canal físico ou linha. O objetivo multiplexação deveria ser óbvio:
reduzir os custos, utilizando melhor a capacidade de uma linha. Existem três
métodos básicos de multiplexagem; eles são descritos abaixo separadamente.
·
· Space Division Multiplexing (SDM): O SDM é a forma mais simples (e
mais grosseira) de multiplexação. Trata-se de agrupar muitos fios separados
em um gabinete a um cabo comum. Um cabo que tem, por exemplo, 50
pares torcidos no seu interior podem apoiar 50 canais.
20
21
a) Existe, portanto, uma correspondência de um-para-um entre os canais fí-
sicos e lógicos. SDM tem a vantagem única de não necessitar de qualquer
equipamento de multiplexação. É normalmente combinada com outras
técnicas de multiplexagem para melhor utilizar os canais físicos individuais.
· Frequency Division Multiplexing (FDM): Em FDM, a largura de banda
da linha de frequência é dividida num número de divisórias, cada uma das
quais é utilizada como um canal lógico separado. Rádio e TV representam
os exemplos mais antigos de FDM. Para evitar canais vizinhos de interferir
uma com a outra, as extremidades extremas das frequências dos canais
não são utilizadas para proporcionar um intervalo. Por exemplo, uma
linha que tem uma largura de banda de 30 kHz pode ser dividida em 3
vezes 10 kHz canais, cada um dos quais consiste de 8 kHz de largura de
banda de dados e dois intervalos de 1 kHz em ambos os lados. O FDM
requer hardware de multiplexagem / desmultiplexagem especial (MUX)
em cada extremidade da linha.
· Time Division Multiplexing (TDM): Em TDM, cada canal lógico é
alocado um espaço de tempo para transmitir através de um canal físico
partilhado. Por exemplo, cada canal lógico pode ser determinado um
intervalo de tempo de 5 milissegundos para transmitir, tempo durante o
qual terá toda a largura de banda da linha de si. Como o FDM, o TDM
exige hardware de multiplexagem / desmultiplexagem especial (MUX) em
cada extremidade da linha. Uma vez que os canais estão distribuídos ao
longo do tempo, também é necessário algum meio de sincronização inicial.
Basicamente, a fim de recepção precisa saber qual slot de tempo pertence
ao primeiro canal quando a conexão for estabelecida, e pode trabalhar
tudo o mais a partir deste ponto de referência.
Relações entre Nós de Rede
Até agora você aprendeu cerca de duas características importantes de transmissão
de dados: o tipo de sinalização (analógico ou digital) e a direção em que o sinal viaja
(simplex, half-duplex, full-duplex ou multiplex). Outra característica importante é
o número de emissores e receptores, assim como a relação entre eles em uma
rede. Em geral, em comunicação de dados, pode haver um único transmissor com
um ou mais receptores, múltiplos transmissores ou com um ou mais receptores.
O restante dessa seção apresenta as relações mais comuns entre transmissores e
receptores (PINHEIRO, 2015).
Quando uma transmissão de dados envolve apenas um transmissor e um
receptor, é considerada uma transmissão de ponto-a-ponto (P2P). Um prédio de
escritórios em São Paulo troca de dados com outro prédio de escritório no Rio de
Janeiro através de uma conexão WAN, esse tipo de conexão poderia servir como
exemplo de uma transmissão ponto-a-ponto. Nesse caso, o remetente transmite
apenas dados que se destina a ser utilizado por um receptor específico.
21
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
Por outro lado, uma transmissão que envolve um transmissor e vários recepto-
res, como, por exemplo, uma estação de TV, indiscriminadamente pode transmitir
um sinal de sua torre principal para milhares de casas equipadas com antenas de
TV. Essa forma de transmissão é conhecida como transmissão broadcast, ou trans-
missão de difusão. Esse tipo de transmissão envia dados para todos os receptores
dentro dessa rede, sem levar em conta se o receptor irá usá-lo. A transmissão em
broadcast são frequentemente utilizadas em redes, porque são simples e rápidas.
Elas utilizam um tipo de endereço para identificar determinados nós. Mesmo que
cada nó seja capaz de receber os dados transmitidos na rede, apenas o nó de des-
tino vai realmente processá-lo, os outros que receberam tal informação e não são
destinatários irão excluir esse dado (dropar).
Outro exemplo de transmissão de difusão de rede é o envio de sinais de vídeo
para vários espectadores em uma rede em específico. Quando usado na Web, este
tipo de transmissão de difusão é chamada de Webcasting em redes LANs e WANs
de Multicast.
Vazão e Largura de Banda
A característica de transmissão de dados mais frequentemente discutido e ana-
lisado por profissionais de rede é rendimento. A vazão de dados (throughput) é a
medida de quanto os dados são transmitidos durante um determinado período de
tempo. Ele também pode ser chamado de capacidade ou largura de banda (embora,
largura de banda seja tecnicamente diferente de rendimento, pois é a capacidade
total que um meio pode suportar, enquanto o rendimento é uma medida mais real).
O rendimento é habitualmente expresso como uma quantidade de bits transmiti-
dos por segundo, com prefixos utilizados para designar diferentes quantidades de
rendimento. Por exemplo, o prefixo “quilo” combinado com a palavra “bit” (como
em “quilobits”) indica 1000 bits por segundo. Em vez de falar de uma taxa de trans-
ferência de 1000 bits por segundo, você normalmente diz que o rendimento foi
de 1 kilobit por segundo (1 Kbps). Na próxima tabela, podemos ver terminologia,
abreviaturas e diferentes quantidades de rendimento (PINHEIRO, 2015).
Quadro 1 –Valores de Unidade de Bit
Unidade Valor Binário Valor Bytes
Bit 0 ou 1 NÃO TEM
Kilobyte 210
1.024
Megabyte 220
1.048.576
Gigabyte 230
1.073.741.824
Terabyte 240
1.099.511.627.776
Petabyte 250
1.125.899.906.843.624
Exabyte 260
1.152.921.504.606.846.976
Zetabyte 270
1.180.591.620.717.411.303.424
Yotobyte 280
1.208.925.819.614.629.174.706.176
22
23
Como um exemplo: um modem típico que pode conectar um PC em casa à
Internet através de um ISP poderia ter uma vazão de 56.6 Kbps; já as LANs, signi-
ficamente muito mais rápidas, podem transportar até 100 Gbps de dados, porém,
o mais comum encontrado, em função ainda do bom custo da tecnologia, varia
entre 100 Mbps a 10 Gbps.
Muitas vezes, o termo “largura de banda” é usado como sinônimo de rendi-
mento, e, na verdade, largura de banda e throughput são conceitos semelhantes.
Porém, estritamente discutindo, a largura de banda é uma medida da diferença en-
tre as frequências mais altas e mais baixas que um meio pode transmitir. Essa gama
de frequências, que é expressa em Hz, está diretamente relacionada com a vazão,
que é uma medida real. Então, para nós profissionais de rede, é mais comum se
falar de vazão de dados – do inglês, throughput –, pois o mais importante é saber
quantos bits estão passando por aquele meio em um segundo.
Banda Base e Banda Larga
A banda base (baseband) é uma forma na qual a transmissão (tipicamente) de
sinais digitais são enviados por meio de impulsos de corrente contínua (DC) apli-
cada ao meio. Essa corrente contínua requer uso exclusivo da capacidade do cabo
utilizado e, como resultado, os sistemas de banda de base podem transmitir apenas
um sinal, ou um canal, de cada vez. Quando um nó está transmitindo dados em
um sistema de banda base, todos os outros nós na rede devem aguardar que a
transmissão ao fim antes que eles possam enviar dados (em um sistema de meio
compartilhado). A transmissão de banda base suporta half-duplex, o que significa
que os computadores podem enviar e receber informações sobre o mesmo com-
primento do meio. Porém, com a evolução tecnológica, a baseband também pode
suportar full-duplex, o que permite que os dados sejam transferidos simultaneamen-
te em sentidos opostos, livre de colisões (PINHEIRO, 2015).
As redes locais Ethernet são um exemplo de um sistema de banda base. Nessas
redes, cada dispositivo pode transmitir sobre o meio, mas apenas um dispositivo de
cada vez (dependendo do duplex utilizado). Por exemplo, se você quiser salvar um
arquivo para o servidor, o NIC envia o seu pedido para usar o meio; se nenhum ou-
tro dispositivo está usando o meio para transmitir dados no momento, sua estação
de trabalho pode ir em frente e transmitir a informação. Se o meio estiver em uso,
a sua estação de trabalho deve esperar e tentar novamente mais tarde, quando o
meio ficar livre. Esse processo acontece tão rapidamente que nós, seres humanos,
nem percebemos a espera (milésimos de segundo).
A banda larga (broadband) é uma forma de transmissão no qual os sinais são
modulados como ondas de radiofrequência (RF) analógicas que utilizam diferentes
gamas de frequências. Como exemplo, podemos citar as transmissões de banda
larga utilizadas em tecnologias de TV a cabo (cable modem) que interligam seu
computador através do meio de transmissão de TV. Esses sistemas podem transmi-
tir pelo menos 25 mais vezes dados diferentes do que um sistema de banda típica,
pois possui diferentes canais com diferentes frequências, cada uma com um tipo
23
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
de programação e função. Em sistemas de banda larga tradicionais, geralmente os
sinais viajam na direção do usuário, como no caso dos canais de TV. Para permitir
que os usuários possam enviar dados no sentido oposto, geralmente é separado
um canal com essa função A transmissão de banda larga é geralmente mais cara
do que a transmissão de banda clássica por causa do hardware extra envolvido. Por
outro lado, sistemas de banda larga podem se estender por distâncias bem maiores
do que baseband (PINHEIRO, 2015).
Serviços de Banda Larga, no portal do Olhar Digital, no endereço URL:
https://youtu.be/yZ4zteWP7lU
Explor
Falhas deTransmissão
Em sistemas de transmissão mais comuns, geralmente utilizamos os meios físicos
metálicos e estes, por sua vez, trazem alguns problemas de falhas de transmissão
(não que os meio ópticos não tragam). Vamos conhecer alguns desses problemas:
Ruído
O ruído é qualquer influência indesejável que pode degradar ou distorcer um
sinal. Muitos tipos diferentes de ruído podem afetar a transmissão. Uma fonte co-
mum de ruído é EMI (Interferência Eletromagnética), ou ondas que emanam a par-
tir de dispositivos elétricos ou cabos que transportam eletricidade. Motores, linhas
de energia, televisores, copiadoras, luzes fluorescentes, máquinas de fabricação e
outras fontes de atividade elétrica (incluindo uma forte tempestade) podem causar a
EMI. Um tipo de EMI é o RFI (Interferência de áudio), ou a interferência eletromag-
nética provocada por ondas de rádio. (Muitas vezes, você verá EMI referida como
EMI/RFI.). Sinais de transmissão fortes de torres de rádio ou TV podem também
gerar RFI. Esses tipos de ruído afetam sinais analógicos, essa distorção pode re-
sultar na transmissão incorreta de dados, como se estática impedisse de ouvir uma
transmissão de uma estação de rádio.
No entanto, esse tipo de ruído afeta bem menos os sinais digitais. Como os si-
nais digitais não dependem de diferenças de amplitude ou de frequência sutis para
transmitir informações, eles estão mais aptos a serem legíveis, apesar das distor-
ções causadas por ruído EMI. Porém, isso não elimina a nossa preocupação com
esse tipo de ruído.
Outra forma de ruído que impede a transmissão de dados é crosstalk, ele ocorre
quando um sinal, viajando sobre um meio, viola no sinal viajando ao longo de um
meio adjacente. Se você já ouviu ao telefone uma conversa na sua segunda linha
ao fundo, então você já ouviu falar dos efeitos de crosstalk. Nesse exemplo, a cor-
rente que transporta um sinal no meio da segunda linha impõe-se sobre o meio de
transporte de sinal da linha utilizada. O ruído resultante, ou interferência, é igual
24
25
a uma perda de dados, o que pode impedir a entrega correta das informações em
uma linha de transmissão (SHIMONSKI, 2010).
Atenuação
Outra falha de transmissão é a atenuação ou a perda da força de um sinal en-
quanto viaja ao longe de sua fonte. Para compensar a atenuação, os sinais analó-
gicos e os digitais estão em rota, de forma que podem ir mais longe. No entanto,
a tecnologia usada para reforçar um sinal analógico é diferente do que é utilizado
para reforçar um sinal digital. Os sinais analógicos podem passar através de um
amplificador, um dispositivo eletrônico que aumenta a tensão, ou resistência, dos
sinais. Quando um sinal analógico é amplificado, o ruído que se acumulou tam-
bém é amplificado. Essa amplificação indiscriminada faz com que o sinal analógico
possa piorar progressivamente. Depois de várias amplificações, um sinal analógico
pode se tornar difícil para decifrar.
Enquanto os sinais digitais são repetidos, eles estão realmente retransmitidos
em sua forma original sem o ruído que possa ter acumulado anteriormente. Esse
processo é conhecido como regeneração de sinal. Um dispositivo que regenera um
sinal digital permitindo que o sinal possa alcançar dados mais distantes é chamado
de repetidor.
Amplificadores e repetidores pertencem à camada física do modelo OSI. Ambos
são usados para prolongar a duração do sinal em uma rede e, por consequência,
atingir distâncias maiores. É claro que, por causa das propriedades físicas de cada
canal, existem regras de utilização desses dispositivos, com o intuito de poderem
transmitir com uma qualidade mínima.
Latência
No mundo real, cada rede é submetida a um atraso entre a transmissão de um
sinal e seu eventual recebimento. Por exemplo, quando você pressiona uma tecla
no seu computador para salvar um arquivo em um disco de um servidor na rede,
os dados do arquivo devem viajar através de sua NIC, o meio de rede, um ou mais
dispositivos de conectividade, mais cabeamento, até chegar à NIC do servidor an-
tes de ele ser armazenado no disco rígido do servidor. Embora os elétrons possam
viajar rapidamente, esses saltos entre a NIC origem e a NIC destino no servidor
causam atrasos, os quais são chamados de latência. Ou seja, a latência é a medida
em tempo que um dado sai de um dispositivo de origem até a sua chegada a um
dispositivo de destino (SHIMONSKI, 2010).
O comprimento do cabo envolvido afeta latência, assim como a existência de
qualquer dispositivo de ligação no trajeto do dado (tal como um roteador), dispositi-
vos diferentes afetam a latência em diferentes graus. Por exemplo, os modems, que
devem modular os sinais de entrada e saída, aumentam a latência de uma conexão
muito mais do que hubs, que simplesmente repetem um sinal.
25
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
Para restringir a latência e evitar os seus erros associados, cada tipo de meio
físico é classificado por um número máximo de segmentos de rede conectados e
cada método de transmissão é atribuído a um comprimento máximo do segmento.
Por exemplo, em um cabo ethernet (conhecido como cabo UTP – Par trançado
não lindado), a distância máxima ponto a ponto sem a utilização de um repetidor
é de 100 metros.
Características Comuns dos Meios
Agora que você está familiarizado com variações na sinalização de dados, está
pronto(a) para aprender mais sobre os caminhos físicos e atmosféricos que esses
sinais atravessam. Ao decidir que tipo de meios de transmissão devem utilizar, você
deve combinar em sua rede necessidades com as características da mídia utilizada.
Vamos, então, descrever as características de todos os tipos de mídia, incluindo
rendimento, custo, confiabilidade, cobertura e escalabilidade.
·
· Taxa de Transferência: Talvez o fator mais importante na escolha de um
método de transmissão é o seu rendimento. Todos os meios são limitados
pelas leis da física que impedem sinais de viajar mais rápido que a velocidade
da luz. Além disso, o rendimento é limitado pelas técnicas de sinalização
e de multiplexagem ou multiplexação utilizados num determinado método
de transmissão. Métodos de transmissão, através de cabos de fibra óptica,
atingem uma produção mais rápida do que os que utilizam os cabos de
cobre ou ligações sem fios (wireless). Os ruídos e dispositivos ligados ao
meio de transmissão podem limitar ainda mais o rendimento, como vimos
anteriormente.
·
· Custo: Dois tipos de custos são relevantes: (i) o custo de instalação do meio,
incluindo o equipamento específico do meio que pode ser necessário, e (ii)
o custo de funcionamento e manutenção do meio e do seu equipamento.
Geralmente, há uma necessidade de equilíbrio entre custo, largura de
banda e distância.
·
· Confiabilidade: Alguns meios de comunicação, pela sua natureza física,
podem transmitir dados de forma mais confiável do que outros. Baixa
confiabilidade se traduz em um maior número de erros, o que precisa ser
equilibrado com o custo potencial de recuperação dos erros (por exemplo,
retransmissão, hardware e software mais complexos).
·
· Cobertura: As características físicas de um meio de ditar quanto tempo
um sinal pode viajar nele antes de ser distorcida irreconhecível. Para cobrir
áreas maiores, repetidores são necessários para restaurar o sinal, e isso
aumenta os custos. O termo escalabilidade é associado ao quanto a rede
pode crescer, ou seja, se uma rede é escalável, certamente ela possui
características próprias de meios, dispositivos e até mesmo de layout que
permitem que ela possa crescer ordenadamente, podendo incluir mais
clientes em sua infraestrutura.
26
27
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
Livros
Communication Networks
HEKMAT, S. Communication Networks. EUA: Pragsoft Corporation, 2005.
Cabeamento de Rede
SHIMONSKI, R. J.; STEINER, R.; SHEEDY, S. Cabeamento de Rede. São Paulo:
LTC, 2010.
Guia Completo de Cabeamento de Redes
PINHEIRO, J. M. Guia Completo de Cabeamento de Redes. 2ª ed. São Paulo:
Elsevier, 2015.
27
UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede
Referências
COELHO, P. E. Projetos de Redes Locais Com Cabeamento Estruturado. Belo
Horizonte: Instituto Online, 2003.
FILHO, E. C. L. Fundamentos de Redes e Cabeamento Estruturado, São Paulo:
Pearson, 2015.
PINHEIRO, J. M. Guia Completo de Cabeamento de Redes. 2. ed. São Paulo:
Elsevier, 2015.
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1 noções básicas de transmissão e meios físicos de rede
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1 noções básicas de transmissão e meios físicos de rede

  • 2.
  • 3. Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Esp. Antonio Eduardo Marques da Silva Revisão Textual: Prof.ª Me. Luciene Santos Noções Básicas de Transmissão e Meios Físicos de Rede
  • 4.
  • 5. • Noções Básicas deTransmissão; • Sinal Analógico e Sinal Digital; • Modulação de Dados; • Digitalização; • Sincronização; • Direção deTransmissão. · Compreender fundamentos dos sistemas de transmissão de dados e principais características dos meios físicos de rede, como: diferenças entre sinal analógico e sinal digital, conceitos de modulação, digita- lização e multiplexação, diferença entre largura de banda e taxa de transmissão de dados (vazão de dados) e características mais comuns dos meios físicos e metálicos utilizados nos sistemas de transmissão em redes de comunicação. OBJETIVO DE APRENDIZADO Noções Básicas de Transmissão e Meios Físicos de Rede
  • 6.
  • 7. Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos.
  • 8. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede Contextualização Nesta unidade, você aprenderá sobre os principais conceitos de transmissão de dados e os nomes técnicos mais utilizados, para ter um bom entendimento dos re- cursos e serviços que serão aplicados e configurados em uma rede de comunicação de dados. Para sua compreensão, vamos tratar um pouco sobre a importância da transmis- são de dados, as diferenças entre sinais analógicos e sinais digitais, o que é modula- ção, digitalização de dados e multiplexação de canais. Por final, vamos comparar a largura de banda com a taxa de transmissão de dados (vazão de dados), e apresen- tar algumas outras características importantes dos meios físicos de comunicação. Não se esqueça de acessar o link Materiais Didáticos, onde encontrará os con- teúdos e as atividades propostas nesta unidade. Outra dica é acessar os Materiais Complementares e assistir às videoaulas apresentadas para a unidade. Assim, você terá mais conhecimento sobre o tema discutido. 8
  • 9. 9 Noções Básicas deTransmissão Assim como as estradas e ruas fornecem a base para o transporte de veículos, os meios físicos de rede fornecem o alicerce da transmissão de dados. Os meios físicos são os caminhos por onde o dado é transportado. As primeiras redes de transmissão de dados (antigamente chamadas de redes de computadores) utilizavam cabos coaxiais, grossos e ultrapassados e, de uma certa forma, vulneráveis em função de suas próprias características. Há algum tempo, os dados são normalmente transmitidos através de um tipo de cabo muito semelhante ao cabo utilizado em sistemas de telefonia, bem mais leve e flexível, de fácil co- nectorização e mais economicamente viável se comparado com os cabos coaxiais (FILHO, 2015). Para conexões de rede de longa distância, há a preferência por cabos de fibras ópticas, os quais, apesar de serem mais caros do que os cabos metálicos, podem alcançar distâncias muito maiores e com uma qualidade de transferência superior aos seus concorrentes. Também temos milhares de empresas que transmitem os dados através da atmosfera terrestre utilizando as tecnologias de redes sem fios, as famosas wireless network. A Importância do Cabeamento de Rede Poucas pessoas entendem realmente a importância de um sistema de cabea- mento flexível, baseado em padrões, que permite confiabilidade e compreende menos ainda os desafios da construção de uma rede de alta velocidade. Alguns dos problemas técnicos associados à construção de um sistema de cabeamento para suportar uma rede de alta velocidade são compreendidos apenas por engenheiros elétricos/eletrônicos e rede redes e por especialistas no segmento de cabeamento de alta performance. Em muitos casos, acredita-se ainda que para uma conectorização de rede para vários tipos de aplicações, como dados, vídeo e imagem, é necessário ter várias infraestruturas, uma para cada tipo de serviço. Isso era realizado muito tempo atrás, quando a maioria das aplicações era totalmente proprietárias e seguiam suas próprias regras de conectividade. Com a evolução das redes de comunicação e padronização dos protocolos, vários órgãos e empresas começaram a desenvolver e seguir padrões de conectividade, inclusive padrões físicos, o que deu origem às normas de padronizações dos cabos de rede e o desenvolvimento de um sistema de cabeamento estruturado e convergente. Nesta unidade, temos o objetivo de apresentar alguns dispositivos físicos de rede baseados em cabos metálicos e seus componentes (PINHEIRO, 2015). Infraestrutura Física de Rede (em inglês), no endereço: https://youtu.be/aahWp75a1JQ Explor 9
  • 10. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede A evolução da interconectividade de redes, do crescimento da Internet e de novas tecnologias gerou, nos últimos 10 anos, Sistemas de Data Center, Virtu- alização de Dados e Computação em Nuvem. A cada dia, esses ambientes de infraestrutura de TIC e sistemas de cabeamento estruturado se tornam mais im- portantes, pois são, com certeza, o alicerce físico a tais tecnologias e a base de instalação controlada para ambientes sensíveis, como é o caso dos sistemas de computação de alto desempenho. A Infraestrutura de Data Center, como o do Google Data Center: https://youtu.be/XZmGGAbHqa0 Explor Podemos ditar algumas observações muito importantes quando iniciamos um projeto de cabeamento: · · Saiba que as redes nunca ficam menores ou menos complicadas. · · Construa um sistema de cabeamento que acomode dados, voz e imagens. · · Sempre instale mais cabos do que você necessite atualmente. · · Use padrões de cabeamento estruturado ao criar um novo sistema de cabeamento. · · Use componentes de cabeamento de alta qualidade. O cabeamento é a base da sua rede. Se o cabeamento falhar você terá problemas muito sérios. · · Compre com base na reputação do fabricante e no desempenho compro- vado, não por causa do preço. · · Não economize nos custos de instalação. Mesmo componentes de quali- dade e cabos devem ser instalados corretamente; uma mão de obra ruim destrói sua instalação de cabeamento. · · Planeje tecnologias de maior velocidade do que as disponíveis atualmente. Só porque a Ethernet 1000Base-T parece desnecessária hoje não significa que ela não seja uma exigência em cinco anos. · · A documentação, embora chata de se fazer, é um mal necessário que deve ser cuidado enquanto você configura o sistema de cabeamento. Conheça o Data Center da Caixa Econômica Federal em Brasília, em: https://youtu.be/WurCFAfIaZM Conheça também o Data Center do Banco Santander, em: https://youtu.be/GTYMYNlMwsw Explor Pontos que podem apoiar o entendimento das necessidades e importância da utilização de cabeamento de rede confiável. Segue: · · O cabeamento de dados normalmente representa menos de 10% do custo total da infraestrutura de rede. 10
  • 11. 11 · A vida útil do sistema de cabeamento típico é de mais de 16 anos. O cabe- amento é provavelmente o segundo ativo mais duradouro que se pode ter em uma infraestrutura de TIC (o primeiro seria o prédio). · Quase 70% de todos os problemas relacionados à rede se devem a técnicas e componentes de cabeamento deficientes. Básico deTransmissão de Dados Em redes de dados, o termo transmissão significa emitir sinais para o meio de rede, esse termo se refere tanto para o processo de transmissão. Como o progres- so de sinalização. No passado, as seres humanos transmitiam informações através de sinais de fumaça, código morse ou telégrafo. As técnicas de transmissão em uso nas redes de hoje são complexas e variadas, como poderemos verificar nos próxi- mos tópicos desta unidade. Sinal Analógico e Sinal Digital Uma das característica mais importantes na transmissão dos dados é o tipo de sinalização envolvido. Em uma rede de dados, a informação pode ser transmitida através de um dos dois métodos de sinalização existentes: sinalização analógica ou sinalização digital. Ambos os tipos de sinais são gerados por corrente elétrica que é medida em volts. A força de um sinal elétrico é diretamente proporcional à sua tensão. Assim, quando os engenheiros de rede falarem sobre a força de um sinal analógico ou digital, muitas vezes, estão se referindo à voltagem do sinal transmi- tido. A diferença essencial entre sinais analógicos e digitais é a maneira como a tensão cria o sinal. Em sinais analógicos, a tensão varia continuamente e aparece como uma linha ondulada. Podemos mencionar a sirene de uma ambulância e uma música ao vivo como exemplos de sinais por ondas analógicas. Figura 1 – Sinal Analógico Fonte:Wikimedia Commons Um sinal analógico, como outras formas de onda, é caracterizado por quatro propriedades fundamentais: amplitude, frequência, fase e comprimento de onda. A amplitude de uma onda é uma medida da sua resistência em qualquer ponto 11
  • 12. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede dado no tempo. Em um gráfico de onda, a amplitude é a altura da onda em qual- quer ponto no tempo. Por exemplo, a onda tem uma amplitude de 5 volt no 0.25 segundos, uma amplitude de 0 volts em 0.5 segundo, e uma amplitude de -5 volts em 0.75 segundos, podemos ver essas medidas na próxima figura. Considerando a indicação de amplitude em uma onda analógica, a frequência é o número de vezes que os ciclos de amplitude de uma onda a partir do seu ponto de partida, através da sua maior amplitude e menor amplitude, e de volta para o seu ponto de partida ao longo de um período de tempo fixo. A frequência é expres- sa em ciclos por segundo, ou hertz (Hz), em homenagem físico alemão Heinrich Hertz. Na próxima figura, podemos ver a frequência de onda que seria um ciclo por segundo, ou 1 Hz que, como se mostrado, tem uma frequência extremamente baixa. Frequências utilizadas para transmitir a fala sobre cabos de telefonia podem cair na faixa de 300 a 3300 Hz, os seres humanos podem ouvir frequências entre 20 e 20.000 Hz, uma estação de rádio FM pode utilizar uma frequência entre 850.000 Hz (ou 850 KHz) e 108.000.000 Hz (ou 108 MHz) para transmitir o seu sinal através do ar (COELHO, 2003). A distância entre pontos correspondentes no ciclo de uma onda é chamada de comprimento de onda e que pode ser expressa em metros ou pés (mais nos EUA). O comprimento de onda de uma onda inversamente proporcional à sua frequência. Em outras palavras, quanto maior a frequência, menor é o comprimento de onda. Por exemplo, uma onda de rádio com uma frequência de 1.000.000 de ciclos por segundo (1 MHz) tem um comprimento de onda de 300 metros, enquanto uma onda, com uma frequência de 2 milhões Hz (2 MHz), tem um comprimento de onda de 150 metros. O termo refere-se à fase do progresso de uma onda ao longo do tempo em relação a um ponto fixo. Suponhamos duas ondas separadas que possuem am- plitudes e frequências idênticas. Se uma onda começa em menor amplitude, ao mesmo tempo, a segunda onda começa na sua maior amplitude, estas ondas terão diferentes fases. Mais precisamente, elas serão 180 graus fora de fase (utilizando a atribuição padrão de 360 graus a uma onda completa). comprimento da onda medido em metros T=Tempo de duração do ciclo Ciclo = padrão de onda completo, do início ao fim Amplitude Figura 2 – Sinais Analógicos Detalhado 12
  • 13. 13 Um benefício de sinais analógicos é que eles podem transmitir maiores sutilezas com menos energia, pois são mais variáveis que os sinais digitais. Por exemplo, pensar na diferença entre a sua voz e a voz digital de um sistema de chamadas digital. Geralmente, a voz digitalizada tem uma qualidade mais pobre do que a sua voz original, ou seja, às vezes, a voz digital pode soar como um som metalizado se não for corretamente tratado. Ela não pode transmitir as mudanças sutis na infle- xão que você espera em uma voz humana. Somente muitos sinais de alta qualidade digital, por exemplo, aqueles utilizados para gravar música em discos compactos, podem alcançar tal precisão. No entanto, a tensão é variada e imprecisa em sinais analógicos, além disso, a transmissão analógica é mais susceptível a falhas de transmissão, tais como ruído, ou qualquer tipo de interferência externa podem degradar um sinal. Se você já tentou ouvir uma rádio AM em uma noite de tempestade, você provavelmente já ouviu o chiado e estática de interferências que afetam o sinal. Os sinais digitais são compostos de impulsos de voltagens positivas precisos e de zero voltagem. Um pulso de voltagem positiva (presença de voltagem ou ligado) representa o valor “1” e o pulso de voltagem zero (ausência de voltagem ou desli- gado) representa o valor “0”. O uso desses sinais para representar uma informa- ção é chamado de sistema binário e cada pulso no sinal digital é chamado de um dígito binário, ou bit. Por esse motivo, um bit pode ter apenas um de dois valores possíveis: 1 ou 0. A quantidade de 8 bits agregados representa um byte e esse byte geralmente representa uma letra ou caractere especial a ser transmitido em uma rede. Por exemplo: o byte de “01111001” transmitido em uma rede digital signifi- ca o valor “121” em representação decimal (PINHEIRO, 2015). digital 5v 0v 1 1 1 time 0 Figura 3 – Sinal Digital A diferença entre Sinal Digital e Sinal Analógico no Canal Nerdologia, em: https://youtu.be/p3IQU-PmJGU Explor Computadores podem ler e gravar informações, por exemplo, instruções de programa, informações de roteamento e endereços em rede, utilizando os bits e bytes. Quando um número está representado na forma binária (por exemplo, 13
  • 14. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede “01111001”), cada posição de bit, ou marcador de posição, no número repre- senta um múltiplo específico de 2. Como um byte contém oito bits, que tem oito marcadores de posição. Ao contar espaços reservados em um byte, você se move da direita para a esquerda. O mais distante espaço reservado para a direita é co- nhecido como a posição zero (bit de menor significância), o único à sua esquerda está na primeira posição e assim por diante. O marcador de posição mais afastada para a esquerda está na sétima posição, pois da posição zero até a sétima posição temos o conjunto dos oito bits, ou um byte. Conjunto de Bits (Byte): https://goo.gl/bGXU8K Explor Para facilitar nossa vida, nós da área de redes utilizamos uma tabelinha de valores que é a seguinte: 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1, que nada mais é do que a represen- tação decimal de cada posição binária ligada (valores representados por 1). Usando essa tabela, quando identificamos um bit com o valor “1” dentro de um byte, ligamos o valor correspondente a tabela e somamos todos os valores “ligados” para identifi- carmos o valor decimal representado. Ou seja, o valor binário “11110000” é o valor decimal “240” (128+64+32+8+0+0+0+0) e o valor binário “11111111” é o valor decimal “255” (128+64+32+16+8+4+2+1). Fácil, não é? Um esquema de numeração binária pode ser utilizado com mais de oito posi- ções, no entanto, no mundo digital, bytes formam os blocos de construção para mensagens e sempre incluem oito posições. Ou seja, nunca em um byte teremos valores menores (negativos) do que “0” e/ou maiores do que o valor decimal “255” que nada mais é do que a somatória de todos os bits do byte analisado. Em um sinal de dados, vários bytes são combinados para formar uma mensa- gem. Se você estava observando os 1s e 0s utilizados para transmitir uma men- sagem de e-mail inteiro, por exemplo, você pode acabar vendo milhões de zeros e uns passando pela rede. Um computador pode rapidamente traduzir esses nú- meros binários em códigos, usando representações de tabela como o ASCII que expressam letras e números, ou o formato JPEG, que representam imagens. Ou seja, tudo que transmitimos em uma rede digital é representado por sinais binários, um e-mail, um som, ou uma imagem. O Sistema Digital, no portal vídeo educativos no endereço URL: https://youtu.be/MW7Wv0GOSZc Explor Uma vez que a transmissão digital envolve o envio e recebimento de apenas um padrão de 1s e 0s, representado por pulsos precisos, é mais seguro do que a trans- missão analógica, que se baseia em ondas variáveis. Além disso, um determinado ruído afeta a transmissão digital menos severamente que a transmissão analógica. Por outro lado, a transmissão digital requer muitos pulsos para transmitir uma 14
  • 15. 15 mesma informação que um sinal analógico poderia transmitir em apenas uma úni- ca onda. No entanto, a alta confiabilidade da transmissão digital e o uso do com- putador, que também é um dispositivo digital, tornaram essa propriedade padrão, que é mais eficiente que a transmissão analógica, pois resulta menos erros e requer menos sobrecarga para compensar tais erros (FILHO, 2015). A sobrecarga (overhead) é um termo usado por profissionais de rede para des- crever a informação que não contenha dados e que deve acompanhar os dados para que os mesmos possam ser devidamente encaminhados e interpretados pela rede. Por exemplo, o cabeçalho de um link de dados (Data Link) e um finalizador (trailer), na camada de rede informações de endereçamento, e as informações de controle de fluxo da camada de transporte são considerados sobrecarga na rede. É importante entender que, em ambos os mundos analógico e digital, uma varie- dade de técnicas de sinalização são utilizadas. Para cada técnica, normas ditam que tipo de transmissor, canal de comunicações e o receptor devem ser utilizados. Por exemplo, o tipo de transmissor (NIC – Network Interface Card, ou em português Pla- ca de Rede) usado para computadores de uma rede local (LAN) e a maneira em que este transmissor manipula corrente elétrica para produzir sinais é diferente das téc- nicas de sinalização utilizadas com um link de satélite ou um link de conexão óptica. Modulação de Dados Os dados dependem quase que exclusivamente da transmissão digital, porém, em alguns ambientes e/ou locais, os meios utilizados podem ser de transmissão analógica, como linhas telefônicas clássicas, por exemplo, e que no Brasil ainda são em grande quantidade utilizadas. Nesse caso, se você discar para a rede de um provedor de Internet (ISP) com o intuito de navegar na Internet, os sinais de dados emitidos por seu computador devem ser convertidos em forma analógica antes de chegar à linha de telefone. Mais tarde, eles devem ser convertidos de volta para a forma digital quando eles chegam ao servidor de acesso do ISP. Um dispositivo de rede conhecido como modem realiza essa tradução. A palavra ‘modem’ reflete a função desse dispositivo como um modulador/demodulador de sinal, isto é, ele modula os sinais digitais em sinais analógicos no terminal de transmissão, em se- guida, demodula os sinais analógicos em sinais digitais na extremidade de recepção (FILHO, 2015). A modulação de dados é uma tecnologia utilizada para modificar os sinais ana- lógicos, a fim de torná-las adequadas para o transporte de dados ao longo de um caminho de comunicação. Na modulação, uma onda simples, chamada de onda portadora, é combinada com um outro sinal analógico para produzir um sinal único que é transmitido a partir de um nó para outro. A onda portadora tem proprieda- des predefinidas (incluindo a frequência, amplitude e fase). Sua finalidade é ajudar a transmitir informações; em outras palavras, é apenas um mensageiro. Outro sinal, conhecido como informação, ou dados de ondas, é adicionado à onda portadora. 15
  • 16. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede Quando a onda de informação é adicionada, ele modifica uma propriedade da onda portadora (por exemplo, a frequência, a amplitude, ou fase). O resultado é um sinal novo, misturado que contém propriedades tanto da onda portadora com a adição dos dados. Três tipos básicos de modulação são possíveis (ver a figura para uma compara- ção visual): 1. Modulação por Amplitude (AM). Em AM, a amplitude do sinal de porta- dora é alterada de acordo com o valor de bit do sinal digital de modulação. Por exemplo, dois tamanhos de amplitude (uma pequena e uma grande) pode ser usado para, respectivamente, representam valores de bit 0 e 1. AM é a sua susceptibilidade à distorção. 2. Modulação por Frequência (FM). Em FM, a frequência do sinal portador é alterada de acordo com o valor de bit do sinal digital de modulação. Por exemplo, dois valores de frequência (um baixo e um alto) pode ser usado para, respectivamente, representam pouco os valores 0 e 1. FM é mais resistente à deformação do que AM. 3. Modulação por Fase (PM). Em PM, a fase do sinal de portadora é al- terada de acordo com o valor de bit do sinal digital de modulação. Uma mudança na fase do sinal de portadora indica uma alteração no valor de bits do sinal digital de modulação de 0 a 1 ou de 1 para 0. Figura 4 – Formas de Modulação 16
  • 17. 17 É claro que, para entender esses conceitos de uma forma mais aprofundada, de- veríamos estudar eletricidade e eletrônica, o que não é exatamente o nosso objetivo nesta unidade. Nosso intuito é apresentar, de uma forma sucinta, alguns termos e conhecimentos básicos que vamos utilizar no futuro em alguns tópicos dentro da disciplina de cabeamento. Digitalização A digitalização é essencialmente o contrário da modulação. Considerando que a modulação de um sinal digital é modulada ao longo de um sinal analógico para a transmissão, em digitalização um sinal analógico é convertido em formato digital através de um processo de amostragem. Por exemplo, o sinal analógico resultante da fala humana pode ser amostrado e convertido em dados digitais, transmitidos através de linhas digitais, e convertido de volta para o sinal analógico na outra extremidade. Essas duas funções são executadas por um dispositivo denominado de codec (codificador / descodificador). A próxima figura apresenta esse conceito. É interessante notar que, ao contrário de modulação (que é um processo exato uma vez que o sinal digital na fonte e o sinal digital recebido no destino são idênticos), a digitalização é apenas um processo aproximado por causa da amostragem. A próxima figura ilustra como um sinal analógico é amostrado. Aqui, o intervalo de tempo para cada amostra é um milissegundo. Cada amostra (indicado por uma pe- quena caixa preta) é um verdadeiro valor que é, por sua vez representado por um número inteiro na gama de 0-255 de modo que ele pode ser representado em um byte de dados. Esse processo (que representa um valor contínuo com um valor dis- creto) é chamado de quantização. A relativamente pequena perda de informação inerente ao processo é chamada de erro de quantização (COELHO, 2003). Sobre o tão importante é o processo de Digitalização, no portal da SIEMENS, em: https://youtu.be/k6FIqLazU2M Explor O processo de codificação gera os dados de amostra do sinal analógico. O pro- cesso de descodificação regenera uma aproximação do sinal original por ajuste de uma curva suave para os pontos amostrados. A qualidade do sinal regenerado pode ser melhorada pelo aumento da taxa de amostragem (isto é, a redução do intervalo de amostragem), mas até um limite ditado pelo teorema de Nyquist. Esse limite é exercido por uma técnica de digitalização popular chamado Pulse Code Modulation (PCM), que usa uma taxa de amostragem de duas vezes maior que a frequência de sinal original. Por exemplo, um sinal de voz de 4 kHz é amostrado a uma taxa de 8000 amostras por segundo. A principal vantagem da digitalização é que, devido à sua resistência à distorção, é muito mais fácil para transmitir de forma confiável um sinal digital a uma grande distância do que um sinal analógico. 17
  • 18. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede t v valor da amostra 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 2,1 2,0 1,9 4,2 2,8 1,0 Figura 5 – Amostragem de um Sinal Analógico Sincronização Quando dois dispositivos estão prestes a se comunicar, o transmissor deve de alguma forma notificar o receptor quanto ao momento de esperar para receber dados. Isso permite que o receptor se prepare para receber os dados. Além disso, essas notificações devem ocorrer com frequência suficiente para que ambos os dis- positivos mantenham um acordo sobre a distribuição exata dos dados ao longo do tempo. Esse processo é chamado de sincronização. Existem dois métodos básicos de sincronização: transmissão síncrona e trans- missão assíncrona. Na transmissão síncrona, um sinal de relógio é usado como uma fonte de referência por ambos, o transmissor e o receptor. Amarrando o sinal de dados com o sinal de relógio, ou dispositivo, pode olhar para o sinal do relógio para saber onde bits de dados podem começar ou terminar (HEKMAT, 2005). O sinal de relógio pode ser fornecido numa linha separada, ou ser integrado no sinal de dados em si. Ter uma linha de clock separada aumenta os custos, ele só é usado para cobrir distâncias muito curtas (por exemplo, para ligar computa- dores pessoais). Figura 6 – Métodos de Sincronização Fonte: HEKMAT, 2005 18
  • 19. 19 Na transmissão assíncrona, o início e o final de cada byte de dados são marcados pelo start e stop bits. Isso permite que o receptor possa trabalhar os limites de byte. Devido à sua simplicidade, transmissão assíncrona é mais barato para implementar e é, portanto, mais amplamente utilizado (HEKMAT, 2005). Direção deTransmissão A transmissão de dados, seja analógica ou digital, pode também ser caracterizada pela direção em que os sinais viajam ao longo dos meios físicos de comunicação, que podem ser Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex. Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex Nos casos em que os sinais podem viajar em uma única direção, a transmissão é considerada simplex. Um exemplo de comunicação simplex é um treinador de fute- bol gritando ordens para a sua equipe através de um megafone. Nesse exemplo, a voz do treinador é o sinal que viaja em uma única direção-distância do transmissor que seria o megafone para a equipe. A transmissão Simplex é, às vezes, chamada de comunicação de sentido único, ou unidirecional. Na transmissão half-duplex, os sinais podem viajar em ambas as direções através do meio físico, mas apenas em um sentido único de cada vez, ou seja, se um trans- missor enviar um dado no canal, o receptor deve aguardar o canal ficar livre para responder de volta. Caso o transmissor e o receptor transmitam dados ao meio tempo no canal, ocorrerá um fenômeno chamado de colisão. A transmissão half- -duplex, também é conhecida como sistemas semiduplex e o mesmo deve conter apenas um canal de comunicação. Esse canal, por sua vez, deve ser compartilhado por vários hosts para trocar informações entre si. Um bom exemplo seria a comu- nicação entre rádios PX: para se comunicarem, todos os rádios devem estar em uma mesma portadora; quando alguém deseja falar nesse canal compartilhado, é necessário que pressione o botão “talk”, que tem como função pegar para si o canal de comunicação; enquanto você fala, todos os demais dispositivos conecta- dos nesse canal não transmitem, para evitarem colisões; após você terminar a sua transmissão e o canal ficar livre, outro dispositivo pode falar (SHIMONSKI, 2010). De maneira similar, algumas redes podem operar com capacidade de trans- missão half-duplex, porém, os sinais estão livres para viajar em ambas as dire- ções através de um meio físico, simultaneamente e livre de colisões. Tal forma de transmissão é conhecida como full-duplex, o que pode também ser chamada de transmissão bidirecional ou, às vezes, simplesmente duplex. É um pouco difícil esse tipo de comunicação ser exemplificado de uma forma humana, mas seria como se duas pessoas pudessem falar ao mesmo tempo em uma ligação telefônica e ambas pudessem entender as informações simultaneamente. 19
  • 20. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede simplex Enviar Enviar Enviar Enviar Enviar Receber Receber Receber Receber Receber half-duplex full-duplex Figura 7 – Simplex, Half-duplex e Full-duplex Muitos dispositivos de rede, tais como modems, dispositivos intermediários de rede e placas de rede, permitem que você especifique através de comandos e con- figurações se o dispositivo deve utilizar a comunicação half-duplex ou full-duplex. É importante saber o tipo de transmissão que uma rede suporta antes de instalar dispositivos de rede nela. Pois, se você configurar uma placa de rede de um compu- tador para usar full-duplex, enquanto o resto da rede está usando half-duplex, esse computador não será capaz de se comunicar na rede (COELHO, 2010). Uma opção para evitar tais problemas seria colocar as placas em auto (auto sense), mas isso pode causar problemas de atrasos e possíveis falhas de negociação entre dispositivos de rede. Como melhor prática, administradores de rede iden- tificam o que seus dispositivos podem suportar e configuram manualmente suas características próprias (as configurações em auto sense deveriam ser habilitas somente quando o administrador não tem controle ou conhecimento de sua rede, por exemplo, uma área de visitantes). Multiplexação A multiplexação é uma técnica que faz com que seja possível enfiar um certo número de canais lógicos (cada um capaz de suportar uma ligação independente) em um mesmo canal físico ou linha. O objetivo multiplexação deveria ser óbvio: reduzir os custos, utilizando melhor a capacidade de uma linha. Existem três métodos básicos de multiplexagem; eles são descritos abaixo separadamente. · · Space Division Multiplexing (SDM): O SDM é a forma mais simples (e mais grosseira) de multiplexação. Trata-se de agrupar muitos fios separados em um gabinete a um cabo comum. Um cabo que tem, por exemplo, 50 pares torcidos no seu interior podem apoiar 50 canais. 20
  • 21. 21 a) Existe, portanto, uma correspondência de um-para-um entre os canais fí- sicos e lógicos. SDM tem a vantagem única de não necessitar de qualquer equipamento de multiplexação. É normalmente combinada com outras técnicas de multiplexagem para melhor utilizar os canais físicos individuais. · Frequency Division Multiplexing (FDM): Em FDM, a largura de banda da linha de frequência é dividida num número de divisórias, cada uma das quais é utilizada como um canal lógico separado. Rádio e TV representam os exemplos mais antigos de FDM. Para evitar canais vizinhos de interferir uma com a outra, as extremidades extremas das frequências dos canais não são utilizadas para proporcionar um intervalo. Por exemplo, uma linha que tem uma largura de banda de 30 kHz pode ser dividida em 3 vezes 10 kHz canais, cada um dos quais consiste de 8 kHz de largura de banda de dados e dois intervalos de 1 kHz em ambos os lados. O FDM requer hardware de multiplexagem / desmultiplexagem especial (MUX) em cada extremidade da linha. · Time Division Multiplexing (TDM): Em TDM, cada canal lógico é alocado um espaço de tempo para transmitir através de um canal físico partilhado. Por exemplo, cada canal lógico pode ser determinado um intervalo de tempo de 5 milissegundos para transmitir, tempo durante o qual terá toda a largura de banda da linha de si. Como o FDM, o TDM exige hardware de multiplexagem / desmultiplexagem especial (MUX) em cada extremidade da linha. Uma vez que os canais estão distribuídos ao longo do tempo, também é necessário algum meio de sincronização inicial. Basicamente, a fim de recepção precisa saber qual slot de tempo pertence ao primeiro canal quando a conexão for estabelecida, e pode trabalhar tudo o mais a partir deste ponto de referência. Relações entre Nós de Rede Até agora você aprendeu cerca de duas características importantes de transmissão de dados: o tipo de sinalização (analógico ou digital) e a direção em que o sinal viaja (simplex, half-duplex, full-duplex ou multiplex). Outra característica importante é o número de emissores e receptores, assim como a relação entre eles em uma rede. Em geral, em comunicação de dados, pode haver um único transmissor com um ou mais receptores, múltiplos transmissores ou com um ou mais receptores. O restante dessa seção apresenta as relações mais comuns entre transmissores e receptores (PINHEIRO, 2015). Quando uma transmissão de dados envolve apenas um transmissor e um receptor, é considerada uma transmissão de ponto-a-ponto (P2P). Um prédio de escritórios em São Paulo troca de dados com outro prédio de escritório no Rio de Janeiro através de uma conexão WAN, esse tipo de conexão poderia servir como exemplo de uma transmissão ponto-a-ponto. Nesse caso, o remetente transmite apenas dados que se destina a ser utilizado por um receptor específico. 21
  • 22. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede Por outro lado, uma transmissão que envolve um transmissor e vários recepto- res, como, por exemplo, uma estação de TV, indiscriminadamente pode transmitir um sinal de sua torre principal para milhares de casas equipadas com antenas de TV. Essa forma de transmissão é conhecida como transmissão broadcast, ou trans- missão de difusão. Esse tipo de transmissão envia dados para todos os receptores dentro dessa rede, sem levar em conta se o receptor irá usá-lo. A transmissão em broadcast são frequentemente utilizadas em redes, porque são simples e rápidas. Elas utilizam um tipo de endereço para identificar determinados nós. Mesmo que cada nó seja capaz de receber os dados transmitidos na rede, apenas o nó de des- tino vai realmente processá-lo, os outros que receberam tal informação e não são destinatários irão excluir esse dado (dropar). Outro exemplo de transmissão de difusão de rede é o envio de sinais de vídeo para vários espectadores em uma rede em específico. Quando usado na Web, este tipo de transmissão de difusão é chamada de Webcasting em redes LANs e WANs de Multicast. Vazão e Largura de Banda A característica de transmissão de dados mais frequentemente discutido e ana- lisado por profissionais de rede é rendimento. A vazão de dados (throughput) é a medida de quanto os dados são transmitidos durante um determinado período de tempo. Ele também pode ser chamado de capacidade ou largura de banda (embora, largura de banda seja tecnicamente diferente de rendimento, pois é a capacidade total que um meio pode suportar, enquanto o rendimento é uma medida mais real). O rendimento é habitualmente expresso como uma quantidade de bits transmiti- dos por segundo, com prefixos utilizados para designar diferentes quantidades de rendimento. Por exemplo, o prefixo “quilo” combinado com a palavra “bit” (como em “quilobits”) indica 1000 bits por segundo. Em vez de falar de uma taxa de trans- ferência de 1000 bits por segundo, você normalmente diz que o rendimento foi de 1 kilobit por segundo (1 Kbps). Na próxima tabela, podemos ver terminologia, abreviaturas e diferentes quantidades de rendimento (PINHEIRO, 2015). Quadro 1 –Valores de Unidade de Bit Unidade Valor Binário Valor Bytes Bit 0 ou 1 NÃO TEM Kilobyte 210 1.024 Megabyte 220 1.048.576 Gigabyte 230 1.073.741.824 Terabyte 240 1.099.511.627.776 Petabyte 250 1.125.899.906.843.624 Exabyte 260 1.152.921.504.606.846.976 Zetabyte 270 1.180.591.620.717.411.303.424 Yotobyte 280 1.208.925.819.614.629.174.706.176 22
  • 23. 23 Como um exemplo: um modem típico que pode conectar um PC em casa à Internet através de um ISP poderia ter uma vazão de 56.6 Kbps; já as LANs, signi- ficamente muito mais rápidas, podem transportar até 100 Gbps de dados, porém, o mais comum encontrado, em função ainda do bom custo da tecnologia, varia entre 100 Mbps a 10 Gbps. Muitas vezes, o termo “largura de banda” é usado como sinônimo de rendi- mento, e, na verdade, largura de banda e throughput são conceitos semelhantes. Porém, estritamente discutindo, a largura de banda é uma medida da diferença en- tre as frequências mais altas e mais baixas que um meio pode transmitir. Essa gama de frequências, que é expressa em Hz, está diretamente relacionada com a vazão, que é uma medida real. Então, para nós profissionais de rede, é mais comum se falar de vazão de dados – do inglês, throughput –, pois o mais importante é saber quantos bits estão passando por aquele meio em um segundo. Banda Base e Banda Larga A banda base (baseband) é uma forma na qual a transmissão (tipicamente) de sinais digitais são enviados por meio de impulsos de corrente contínua (DC) apli- cada ao meio. Essa corrente contínua requer uso exclusivo da capacidade do cabo utilizado e, como resultado, os sistemas de banda de base podem transmitir apenas um sinal, ou um canal, de cada vez. Quando um nó está transmitindo dados em um sistema de banda base, todos os outros nós na rede devem aguardar que a transmissão ao fim antes que eles possam enviar dados (em um sistema de meio compartilhado). A transmissão de banda base suporta half-duplex, o que significa que os computadores podem enviar e receber informações sobre o mesmo com- primento do meio. Porém, com a evolução tecnológica, a baseband também pode suportar full-duplex, o que permite que os dados sejam transferidos simultaneamen- te em sentidos opostos, livre de colisões (PINHEIRO, 2015). As redes locais Ethernet são um exemplo de um sistema de banda base. Nessas redes, cada dispositivo pode transmitir sobre o meio, mas apenas um dispositivo de cada vez (dependendo do duplex utilizado). Por exemplo, se você quiser salvar um arquivo para o servidor, o NIC envia o seu pedido para usar o meio; se nenhum ou- tro dispositivo está usando o meio para transmitir dados no momento, sua estação de trabalho pode ir em frente e transmitir a informação. Se o meio estiver em uso, a sua estação de trabalho deve esperar e tentar novamente mais tarde, quando o meio ficar livre. Esse processo acontece tão rapidamente que nós, seres humanos, nem percebemos a espera (milésimos de segundo). A banda larga (broadband) é uma forma de transmissão no qual os sinais são modulados como ondas de radiofrequência (RF) analógicas que utilizam diferentes gamas de frequências. Como exemplo, podemos citar as transmissões de banda larga utilizadas em tecnologias de TV a cabo (cable modem) que interligam seu computador através do meio de transmissão de TV. Esses sistemas podem transmi- tir pelo menos 25 mais vezes dados diferentes do que um sistema de banda típica, pois possui diferentes canais com diferentes frequências, cada uma com um tipo 23
  • 24. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede de programação e função. Em sistemas de banda larga tradicionais, geralmente os sinais viajam na direção do usuário, como no caso dos canais de TV. Para permitir que os usuários possam enviar dados no sentido oposto, geralmente é separado um canal com essa função A transmissão de banda larga é geralmente mais cara do que a transmissão de banda clássica por causa do hardware extra envolvido. Por outro lado, sistemas de banda larga podem se estender por distâncias bem maiores do que baseband (PINHEIRO, 2015). Serviços de Banda Larga, no portal do Olhar Digital, no endereço URL: https://youtu.be/yZ4zteWP7lU Explor Falhas deTransmissão Em sistemas de transmissão mais comuns, geralmente utilizamos os meios físicos metálicos e estes, por sua vez, trazem alguns problemas de falhas de transmissão (não que os meio ópticos não tragam). Vamos conhecer alguns desses problemas: Ruído O ruído é qualquer influência indesejável que pode degradar ou distorcer um sinal. Muitos tipos diferentes de ruído podem afetar a transmissão. Uma fonte co- mum de ruído é EMI (Interferência Eletromagnética), ou ondas que emanam a par- tir de dispositivos elétricos ou cabos que transportam eletricidade. Motores, linhas de energia, televisores, copiadoras, luzes fluorescentes, máquinas de fabricação e outras fontes de atividade elétrica (incluindo uma forte tempestade) podem causar a EMI. Um tipo de EMI é o RFI (Interferência de áudio), ou a interferência eletromag- nética provocada por ondas de rádio. (Muitas vezes, você verá EMI referida como EMI/RFI.). Sinais de transmissão fortes de torres de rádio ou TV podem também gerar RFI. Esses tipos de ruído afetam sinais analógicos, essa distorção pode re- sultar na transmissão incorreta de dados, como se estática impedisse de ouvir uma transmissão de uma estação de rádio. No entanto, esse tipo de ruído afeta bem menos os sinais digitais. Como os si- nais digitais não dependem de diferenças de amplitude ou de frequência sutis para transmitir informações, eles estão mais aptos a serem legíveis, apesar das distor- ções causadas por ruído EMI. Porém, isso não elimina a nossa preocupação com esse tipo de ruído. Outra forma de ruído que impede a transmissão de dados é crosstalk, ele ocorre quando um sinal, viajando sobre um meio, viola no sinal viajando ao longo de um meio adjacente. Se você já ouviu ao telefone uma conversa na sua segunda linha ao fundo, então você já ouviu falar dos efeitos de crosstalk. Nesse exemplo, a cor- rente que transporta um sinal no meio da segunda linha impõe-se sobre o meio de transporte de sinal da linha utilizada. O ruído resultante, ou interferência, é igual 24
  • 25. 25 a uma perda de dados, o que pode impedir a entrega correta das informações em uma linha de transmissão (SHIMONSKI, 2010). Atenuação Outra falha de transmissão é a atenuação ou a perda da força de um sinal en- quanto viaja ao longe de sua fonte. Para compensar a atenuação, os sinais analó- gicos e os digitais estão em rota, de forma que podem ir mais longe. No entanto, a tecnologia usada para reforçar um sinal analógico é diferente do que é utilizado para reforçar um sinal digital. Os sinais analógicos podem passar através de um amplificador, um dispositivo eletrônico que aumenta a tensão, ou resistência, dos sinais. Quando um sinal analógico é amplificado, o ruído que se acumulou tam- bém é amplificado. Essa amplificação indiscriminada faz com que o sinal analógico possa piorar progressivamente. Depois de várias amplificações, um sinal analógico pode se tornar difícil para decifrar. Enquanto os sinais digitais são repetidos, eles estão realmente retransmitidos em sua forma original sem o ruído que possa ter acumulado anteriormente. Esse processo é conhecido como regeneração de sinal. Um dispositivo que regenera um sinal digital permitindo que o sinal possa alcançar dados mais distantes é chamado de repetidor. Amplificadores e repetidores pertencem à camada física do modelo OSI. Ambos são usados para prolongar a duração do sinal em uma rede e, por consequência, atingir distâncias maiores. É claro que, por causa das propriedades físicas de cada canal, existem regras de utilização desses dispositivos, com o intuito de poderem transmitir com uma qualidade mínima. Latência No mundo real, cada rede é submetida a um atraso entre a transmissão de um sinal e seu eventual recebimento. Por exemplo, quando você pressiona uma tecla no seu computador para salvar um arquivo em um disco de um servidor na rede, os dados do arquivo devem viajar através de sua NIC, o meio de rede, um ou mais dispositivos de conectividade, mais cabeamento, até chegar à NIC do servidor an- tes de ele ser armazenado no disco rígido do servidor. Embora os elétrons possam viajar rapidamente, esses saltos entre a NIC origem e a NIC destino no servidor causam atrasos, os quais são chamados de latência. Ou seja, a latência é a medida em tempo que um dado sai de um dispositivo de origem até a sua chegada a um dispositivo de destino (SHIMONSKI, 2010). O comprimento do cabo envolvido afeta latência, assim como a existência de qualquer dispositivo de ligação no trajeto do dado (tal como um roteador), dispositi- vos diferentes afetam a latência em diferentes graus. Por exemplo, os modems, que devem modular os sinais de entrada e saída, aumentam a latência de uma conexão muito mais do que hubs, que simplesmente repetem um sinal. 25
  • 26. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede Para restringir a latência e evitar os seus erros associados, cada tipo de meio físico é classificado por um número máximo de segmentos de rede conectados e cada método de transmissão é atribuído a um comprimento máximo do segmento. Por exemplo, em um cabo ethernet (conhecido como cabo UTP – Par trançado não lindado), a distância máxima ponto a ponto sem a utilização de um repetidor é de 100 metros. Características Comuns dos Meios Agora que você está familiarizado com variações na sinalização de dados, está pronto(a) para aprender mais sobre os caminhos físicos e atmosféricos que esses sinais atravessam. Ao decidir que tipo de meios de transmissão devem utilizar, você deve combinar em sua rede necessidades com as características da mídia utilizada. Vamos, então, descrever as características de todos os tipos de mídia, incluindo rendimento, custo, confiabilidade, cobertura e escalabilidade. · · Taxa de Transferência: Talvez o fator mais importante na escolha de um método de transmissão é o seu rendimento. Todos os meios são limitados pelas leis da física que impedem sinais de viajar mais rápido que a velocidade da luz. Além disso, o rendimento é limitado pelas técnicas de sinalização e de multiplexagem ou multiplexação utilizados num determinado método de transmissão. Métodos de transmissão, através de cabos de fibra óptica, atingem uma produção mais rápida do que os que utilizam os cabos de cobre ou ligações sem fios (wireless). Os ruídos e dispositivos ligados ao meio de transmissão podem limitar ainda mais o rendimento, como vimos anteriormente. · · Custo: Dois tipos de custos são relevantes: (i) o custo de instalação do meio, incluindo o equipamento específico do meio que pode ser necessário, e (ii) o custo de funcionamento e manutenção do meio e do seu equipamento. Geralmente, há uma necessidade de equilíbrio entre custo, largura de banda e distância. · · Confiabilidade: Alguns meios de comunicação, pela sua natureza física, podem transmitir dados de forma mais confiável do que outros. Baixa confiabilidade se traduz em um maior número de erros, o que precisa ser equilibrado com o custo potencial de recuperação dos erros (por exemplo, retransmissão, hardware e software mais complexos). · · Cobertura: As características físicas de um meio de ditar quanto tempo um sinal pode viajar nele antes de ser distorcida irreconhecível. Para cobrir áreas maiores, repetidores são necessários para restaurar o sinal, e isso aumenta os custos. O termo escalabilidade é associado ao quanto a rede pode crescer, ou seja, se uma rede é escalável, certamente ela possui características próprias de meios, dispositivos e até mesmo de layout que permitem que ela possa crescer ordenadamente, podendo incluir mais clientes em sua infraestrutura. 26
  • 27. 27 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Communication Networks HEKMAT, S. Communication Networks. EUA: Pragsoft Corporation, 2005. Cabeamento de Rede SHIMONSKI, R. J.; STEINER, R.; SHEEDY, S. Cabeamento de Rede. São Paulo: LTC, 2010. Guia Completo de Cabeamento de Redes PINHEIRO, J. M. Guia Completo de Cabeamento de Redes. 2ª ed. São Paulo: Elsevier, 2015. 27
  • 28. UNIDADE Noções Básicas deTransmissão e Meios Físicos de Rede Referências COELHO, P. E. Projetos de Redes Locais Com Cabeamento Estruturado. Belo Horizonte: Instituto Online, 2003. FILHO, E. C. L. Fundamentos de Redes e Cabeamento Estruturado, São Paulo: Pearson, 2015. PINHEIRO, J. M. Guia Completo de Cabeamento de Redes. 2. ed. São Paulo: Elsevier, 2015. 28