Aula Teorica Parte I Sistemas Telematicos

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Redes Locais de Comunicação de Dados Parte I

Informática para a Saúde 2º Ano – 1º Semestre 2006/2007 Escola Superior de Tecnologia Instituto Politécnico de Castelo Branco

Resumo • Redes Locais de Comunicação de Dados – – – – – – – –

Topologias de rede Dispositivos típicos em redes locais Meios físicos (cablagens, fichas, etc) Tecnologias de Redes Locais Conceitos de comutação Ethernet Redundância VLANs Redes sem fios (WiFi, Bluetooth, …)

Pedro António

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Redes Locais • Rede Local de Comunicação de Dados – Rede de dados de velocidade elevada – Área geográfica pequena – Interligar computadores (PCs, Portáteis), impressoras, servidores, entre outros dispositivos – Permite partilha de recursos • Dispositivos • Ficheiros • Aplicações

– Permite comunicação entre utilizadores • Correio electrónico • Mensagens Instantâneas • Outras aplicações Pedro António

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Topologias de Rede •

Topologias de rede – A topologia define a forma como os dispositivos da rede estão interligados – O tipo de topologia condiciona a instalação dos componentes da rede, nomeadamente a sua localização – Topologias básicas: • Ligação em bus • Ligação em malha • Ligação ponto-a-ponto • Ligação em estrela • Ligação em anel • Ligação em árvore • Ligações sem fios (Wireless) – Actualmente, estas topologias podem não reflectir exactamente a forma como os dispositivos estão interligados. • Por exemplo, BUS ou Anel são frequentemente organizados em estrela.

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Topologias de Rede •

Ligação em bus – Topologia original – Todos os dispositivos da rede estão ligados a um único cabo (partilham o mesmo canal de transmissão) – Existem também bus duplos – Transmissão Bidireccional (Banda Base) – Transmissão Unidireccional (Broadband) – Vantagem • Baixo custo • Pouca cablagem

– Desvantagens • Fraca fiabilidade • Se o cabo falhar toda a rede falha • Difícil de detectar problemas Pedro António

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Topologias de Rede • Ligação em malha – Múltiplas ligações ponto-a-ponto – Evitar interrupção de serviço – Existem malhas completas ou malhas parciais

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Topologias de Rede • Ligação ponto-a-ponto – Interliga apenas dois dispositivos – É um caso específico da topologia em malha

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Topologias de Rede •

Ligação em estrela – Os dispositivos estão ligados a um ponto central: Hub (concentrador) ou Switch (comutador) – Os sinais recebidos são difundidos imediatamente para todos os links activos (hub), ou para o link destino (switch) – Os hubs e/ou switchs podem ser interligados para estender a rede geograficamente – Vantagem • • • •

Fácil instalação Não afecta a rede a introdução/remoção de novos equipamentos Fácil detectar problemas Grande fiabilidade pois é mais provável que um dispositivo se avarie, o que não afecta os outros

– Desvantagem • Avaria do ponto central (muito improvável) => toda a rede é afectada • Elevadas quantidades de cabo

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Topologias de Rede • Ligação em estrela / Ligação em estrela estendida Hub Hub

Hub

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Topologias de Rede • Ligação em anel – As permissões de uso do meio passam de um dispositivo para outro de uma forma circular, apesar da configuração física ser normalmente em estrela – Cada estação actua como um repetidor – O anel pode ser simples ou duplo – Solução para melhorar a fiabilidade da ligação em anel • A topologia em anel tem problemas de fiabilidade idênticos à ligação em bus

– A topologia em anel é baseada no MAU (Multi-Station Access Unit) com funções similares ao Hub – O MAU difunde os sinais de forma circular

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Topologias de Rede • Ligação em árvore – Pequenos grupos ligados em estrela ou BUS a um concentrador que está ligado em estrela ou BUS a outros concentradores em estrela ou BUS – Combina as topologias de rede em estrela com a topologia em BUS

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Topologias de Rede • Ligações sem fios (Wireless) – Na realidade não deve ser considerada como uma topologia já que um computador não está fisicamente ligado e pode estar num qualquer ponto distante do ponto de acesso WLAN Infra-Estrutura (Pontos de Acesso)

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Topologias de Rede • Topologias lógicas – Broadcast • Cada máquina envia os dados para as outras máquinas no mesmo meio comum de comunicação • Existe uma ordem que as máquinas devem seguir • O primeiro a enviar é o primeiro a servir-se da rede • Exemplos: Ethernet

– Passagem de Token / Testemunho • É passado um testemunho eléctrico sequencialmente para cada máquina • Quando uma máquina recebe o testemunho pode enviar dados • Se a máquina não tiver dados para enviar passa o testemunho para a próxima máquina • Exemplos: Token Ring e FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Pedro António

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Dispositivos de Rede • Os dispositivos de rede considerados nesta disciplina são: – – – – – – – – –

Computadores/Máquinas/Servidores/Impressoras/PCs/Hosts Placas de rede Meios de transmissão Repetidores (Repeaters) Concentradores (Hubs) Pontes (Bridges) Comutadores (Switches) Pontos de Acesso (Access Points) Encaminhadores (Routers)

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Dispositivos de Rede •

Hosts – Os dispositivos que se ligam directamente a um segmento de rede são designados de hosts (hospedeiros) • Exemplos: computadores, clientes e servidores, impressoras, scanners e outros dispositivos

– – – –

São considerados dispositivos de utilização Podem ser dispositivos de entrada, saída ou entrada/saída de dados Permitem criar, partilhar e obter informação Têm uma ligação física com os meios de rede através de uma placa de rede e as demais camadas OSI são executadas em software dentro da máquina – Executam todo o processo de encapsulamento e desencapsulamento para realizar o trabalho de enviar mensagens através da rede

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Dispositivos de Rede • Placa de rede / Adaptador de rede – Uma placa de rede é uma placa de circuito impresso que se encaixa num slot de expansão de um barramento da motherboard do computador ou dispositivo periférico – Em computadores portáteis as placas de rede estão integradas na motherboard ou são do tipo PCMCIA ou USB (wireless) – A função é adaptar o dispositivo ao meio da rede – As placas de rede são consideradas dispositivos da camada 2, pois cada placa de rede inclui um endereço físico, chamado de um endereço Media Access Control (MAC) – NIC (Network Interface Card) – Dispositivo activo Pedro António

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Dispositivos de Rede • Placa de rede / Adaptador de rede

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Dispositivos de Rede • Meios de transmissão – A função básica dos meios é transportar o fluxo de informações, na forma de bits e bytes, através de uma rede – Os meios de rede são considerados componentes da camada 1 das redes – Exemplos de Meios: Cabos Fibra Óptica, Cabo UTP (Unshielded Twisted Pair), Cabo Coaxial – Exemplos de Conectores: • ST, SC, RJ45, BNC

– Componentes passivos

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Dispositivos de Rede • Repetidores (Repeaters) – As perdas de transmissão impõem limitações de distância – Para garantir que o sinal não ultrapasse certos limites (o sinal pode tornar-se imperceptível) são necessários repetidores, para repor os níveis do sinal – Os repetidores realizam a regeneração dos sinais. Possuem apenas uma entrada e uma saída – Operam na camada física do Modelo OSI (camada 1) – Os repetidores são usados para ligar dois segmentos de rede, permitindo a extensão da rede – De notar que os repetidores são incapazes de realizar filtragem complexa ou outro tipo de processamento

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Repeater

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Dispositivos de Rede • Hubs (Concentradores) – A definição é próxima da dos repetidores. – Podem ser vistos como repetidores multiporta (várias portas) – Os hubs são considerados dispositivos da camada 1 porque apenas regeneram o sinal e transmite-o para todas as portas, excepto para a porta que recebeu o sinal – Os hubs concentram a cablagem de uma rede – Os hubs ditos “inteligentes” possuem consola de administração

IN

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Dispositivos de Rede •

Bridges (Pontes) – Uma bridge é um dispositivo que opera na camada 2 que permite a interligação de redes diferentes (mas similares), estendendo o tamanho da rede – As bridges “aprendem” os endereços MAC das máquinas pertencendo aos dois lados. Os endereços são guardados em tabelas próprios associada a cada interface – As tramas só atravessam a fronteira se o endereço destino corresponder a um endereço de uma máquina do outro lado

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Dispositivos de Rede • Switches (Comutadores) – Operam na camada 2 do Modelo OSI. Os switches são usados para ligar um ou mais segmentos de rede – Na verdade, um switch é chamado de bridge multiporta – Os switches tomam as decisões com base nos endereços MAC aumentando o desempenho de uma rede, comutando os dados apenas para a porta a que o destino está ligado – Permitem múltiplas transmissões em simultâneo

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Dispositivos de Rede • Access Points (APs) – Permitem interligar dispositivos de comunicação sem fios formando uma rede sem fios – Tipicamente, os APs estão ligados a redes cabladas e os dispositivos wireless podem comunicar com dispositivos nessas redes, e vice-versa – Vários APs podem interligar-se para formar uma rede maior (roaming) – As redes wireless necessitam de cuidados especiais de segurança

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Dispositivos de Rede • Routers (Encaminhadores) – O router opera na camada 3 – Toma decisões com base em grupos de endereços de rede (Classes) ao invés de endereços MAC individuais, como é feito na camada 2 – Os routers podem também interligar diferentes tecnologias de camada 2 (Ethernet, Token-ring e FDDI) – A finalidade de um router é examinar os pacotes de entrada (dados da camada 3), escolher o melhor caminho para eles através da rede e depois comutar os pacotes para a porta de saída apropriada. – Um router pode ter vários tipos diferentes de portas de interface

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Dispositivos de Rede • Routers (Encaminhadores) – As rotas dos pacotes utilizam: • Endereço destino • Distância ao destino (medida por exemplo em saltos) ou quais as ligações activas e qual o caminho óptimo (métricas) • Condições de tráfego

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Dispositivos de Rede • Routers (Encaminhadores) – Tabela de Encaminhamento – Routing Table

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Dispositivos de Rede • Dispositivos de Rede Local e o Modelo OSI Processo de Aplicação

Utilizador

Aplicação Apresentação Sessão Transposrte

Host

NIC

Rede

Router

Ligação Dados

Switch, Bridge, AP

Física

Hub, Repeater

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Meios Físicos • Sinais Analógicos – Variação contínua ao longo do tempo • Exemplo: voz, voltagem

– Ondas sinusóidais: repetição periódica (T) e amplitude (A) • Pontos adjacentes nunca têm o mesmo valor

Sinusóidal

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Analógico

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Meios Físicos • Sinais Digitais – Impulsos discretos (variação não contínua ao longo do tempo) – Dois estados possíveis (sinal digital binário) • Por exemplo: 0/1; On/Off; Ligado/Desligado

– Um valor é mantido durante algum tempo e pode mudar repentinamente para um valor diferente

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Meios Físicos • Camada física – A responsabilidade da camada física é transmitir bits, definindo as especificações eléctricas entre a origem e o destino – Os bits são conduzidos pelos cabos e são representados pela presença de pulsos eléctricos no caso de cabos de cobre ou pulsos de luz em fibras ópticas

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Meios Físicos • Representação de bits – Um bit pode ser representado por um sinal eléctrico que corresponde ao binário 0 ou ao binário 1 • Por exemplo, 0 volts para o binário 0 e +5 volts para o binário 1 durante a duração do bit

– Fases na transmissão de dados binários: • • • •

Bit

Sinal eléctrico 5V

"1"

Codificação Transmissão Recepção Descodificação

0

"0" 1s

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Meios Físicos • Representação de bits – Sinal de referência • Conceito importante em redes que usam tensões • Estabelece os 0 volts do sinal

– Sinais ópticos • 0 binário codificado com uma intensidade baixa (ausência de luz) • 1 binário codificado com uma intensidade de luz mais alta (ou com padrões mais complexos)

– Sinais em redes sem fios • Ondas electromagnéticas; Não é necessário meio fisíco (ar, vacuo); Através de obstáculos fisícos (paredes) • 0 binário codificado como uma curta sequência de ondas • 1 binário codificado como uma sequência mais longa de ondas (ou com padrões mais complexos) Pedro António

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Meios Físicos • Ruído, Atenuação, Distorção – Um sinal enviado através de um meio fisíco fica sujeito a diversos fenómenos que podem alterá-lo ao longo do seu percurso até ao destino final

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Meios Físicos • Ruído – Lei de Ampère: qualquer corrente eléctrica é envolvida por um campo magnético – Lei de Faraday: qualquer campo magnético com variação de tempo induz a uma voltagem em materiais condutores nas “imediações” – O ruído consiste numa alteração de alguma das características do sinal transmitido por efeito de um outro sinal exterior ao sistema de transmissão, ou gerado pelo próprio sistema de transmissão – Fontes de ruído: • A interferência de rádio-frequência (RFI) é o ruído proveniente de outros sinais transmitidos nas proximidades • A interferência eletromagnética (EMI) é o ruído proveniente de fontes nas proximidades como motores e luzes Pedro António

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Meios Físicos • Ruído – Ao contrário da interferência, estes sinais indesejados são de natureza aleatória, não sendo possível prever o seu valor num instante de tempo futuro – Sinais indesejáveis entre o Tx e o Rx se vão adicionando ao sinal

Ruído Branco

Ruído Freq. Banda Estreita Pedro António

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Meios Físicos • Ruído – Caso grave: Ruído de amplitude semelhante à amplitude do sinal – Quais são as soluções para minimizar o efeito do ruído? • Pode ser atenuado pela existência de blindagem

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Meios Físicos • Ruído – Crosstalk – Energia de interferência que é transferida de um circuito para outro – A energia eletromagnética é gerada quando existem alterações nas voltagens num fio – Esta energia é irradiada (como uma antena emissora) e é recebida pelos fios adjacentes (antenas receptoras), que interfere nos sinais que estão a ser transmitidos nestes fios – É mais significativo a altas frequências – Impõe limites à capacidade de transmissão e à distância máxima coberta – Expresso em dB

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Meios Físicos •

Ruído – Crosstalk – Um analisador de cablagem efectua testes e medidas de características eléctricas, baseando-se em várias especificações, entre as quais a norma EIA/TIA 568 • Num analisador de cablagem, 20 dB indica menos ruído que 10dB (pois são valores negativos)

– NEXT (Near-End Crosstalk) • Razão das amplitudes de voltagem entre o sinal de teste e o sinal de intreferência quando medidas na mesma extremidade da ligação • Medida entre 1 par e cada 1 dos outros pares e nas 2 extremidades – 12/36 12/45 12/78 36/45 36/78 45/78

– FEXT (Far-End Crosstalk) • Devido à atenuação, a interferência longe do transmissor cria menos ruído num cabo do que a NEXT • Medida na extremidade oposta de onde o sinal é transmitido

– PSTNEXT (Power Sum Near-end Crosstalk) • Mede o efeito acumulativo da NEXT de todos os pares no cabo Pedro António

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Meios Físicos • Atenuação – A atenuação consiste numa redução da potência do sinal ao longo do meio de transmissão • Resulta da perda de energia do sinal por absorção ou por fuga de energia • A amplitude de um sinal diminui com a distância

– Os circuitos de recepção podem não ter sensibilidade necessária para detectar os sinais

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Meios Físicos • Atenuação – Cabos longos e altas frequências contribuem para uma maior atenuação dos sinais – Onde se perde a energia do sinal? • A resistência do cabo converte a energia eléctrica em calor • A energia perde-se para o isolamento do cabo • A energia perde-se em conectores defeituosos ou mal instalados

– Impedância – valor da resistência do cabo medida com corrente alternada (AC) • O cabo de cobre Cat.5 tem 100 ohms de impedância • Conectores mal instalados provocam uma alteração neste valor de impedância

– Normalmente é expressa em décibeis (dB)

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Meios Físicos • Atenuação – Em casos de atenuação excessiva: • O sinal chega ao receptor tão fraco que nem sequer é detectado – Resolução: Uso de amplificadores

• O sinal é detectável, mas com um nível próximo do nível do ruído – Resolução: Uso de um repetidor

– Ganhos e Perdas Vin=2v

GbB

V GdB = 20 log out  Vin

Vout=5v

  

Vin=5v

LdB = −GdB

P  GdB = 10 log out   Pin  Pedro António

LbB

Vout=2v

V LdB = −20 log out  Vin

  

P LdB = −10 log out  Pin

  

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Meios Físicos • Distorção – A distorção consiste numa alteração da forma do sinal durante a sua propagação desde o emissor até ao receptor – Pode resultar do comportamento não-linear de alguns dos componentes que compõem o percurso do sinal ou pela simples resposta em frequência do meio de transmissão – Um sinal tem várias componentes: • Sinal lento => só componentes lentas • Sinal rápido => provavelmente só rápidas • No geral => mistura de componentes lentas e rápidas

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Meios Físicos • Distorção – Os meios de transmissão dos sinais eléctricos reagem de forma diferente às componentes lentas e às componentes rápidas – A distorção será maior quanto maior for a diferença de tratamento dado pelo meio às várias componentes do sinal

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Meios Físicos • Largura de Banda – A largura de banda é limitada – A largura de banda não é grátis – A largura de banda é um factor importante na análise do desempenho da rede, na criação de novas redes, e em algumas aplicações da Internet – A necessidade de largura de banda está sempre a aumentar – Unidade básica: bps (bits por segundo) • Medida da quantidade de informação (D) que pode ser transferida num determinado período de tempo(T): LB = D / T – Exemplos: 512Kbps; 100Mbps

– Débito (throughput): Largura de Banda real que é medida Pedro António

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Meios Físicos • Largura de Banda – Os meios de transmissão só reagem bem até uma certa velocidade de transmissão dos sinais, a partir daí deixam de permitir a propagação – Apenas podem ser transmitidos sinais dentro de uma faixa de frequências – Ao saber a banda consegue-se ter uma ideia da velocidade máxima a que se conseguem transmitir os sinais que representam os bits

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Meios Físicos • Largura de Banda – Definição • Gama de frequências que o sinal ocupa no espectro – LB = Fsup - Finf

• Largura de banda de um canal de transmissão: – Gama de frequências que o canal consegue transmitir – Ex: Largura de banda de um canal telefónico

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Meios Físicos • Cabos de Cobre – Cabos simples (Pares bifilares) • São constituídos por dois ou mais condutores envolvidos por um material isolante e agrupados em feixe, com um isolamento exterior envolvente, ou dispostos ladoa-lado em faixa (flat cable) • Podem ter blindagem exterior envolvente em fita ou malha metálica • Bastante utilizado para transmissão em distâncias curtas (até 50m) • Podem suportar débitos na ordem das centenas de kbps (até 19200 bps) • Utilizados para ligação de computadores a periféricos (ligações a modems)

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Meios Físicos • Cabos de Cobre – Cabos de pares entrançados • Garantem aos sinais uma protecção contra interferências muito superior aos cabos simples • Os pares condutores de cobre com isolamento individual são enrolados em torno de si próprios, formando uma trança • Um cabo possui, normalmente, vários pares entrançados protegidos por um isolamento exterior envolvente • Vantagens: – Grande redução dos níveis de radiação electromagnética (EMR) produzida pelo cabo – Protecção contra interferências electromagnéticas (EMI), que pode ser reforçada por: » blindagens individuais em cada par » blindagem colectiva envolvendo todos os pares

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Meios Físicos • Cabos de Cobre – Cabos de pares entrançados de acordo com o tipo de blindagem: • Cabo UTP (Unshielded Twisted Pairs) – Cabos sem qualquer tipo de blindagem individual ou colectiva

• Cabo STP (Shielded Twisted Pairs) – Cabos com blindagem exterior envolvente de todos os pares, e com blindagem individual em cada par

• Cabo S/UTP (Screened / Unshielded Twisted Pairs) ou ScTP (Screened Twisted Pairs) ou FTP (Foiled Twisted Pairs) – Cabos com uma protecção exterior (screen) envolvente de todos os pares, mas sem blindagem individual – A protecção exterior é constituída por uma fita metálica (foil) enrolada em torno dos condutores

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Meios Físicos UTP

STP FTP

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Meios Físicos • Cabos de Cobre – Utilização – Redes de voz e redes dos operadores telefónicos • Distâncias até poucos quilómetros • Débitos na ordem das centenas de kbps ou, com tecnologias mais recentes, na ordem dos Mbps

– Extensivamente utilizados na construção de sistemas de cablagem para transmissão de dados • Distâncias até 100 metros • Débito até aos Gbps com as tecnologias mais recentes

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Meios Físicos • Cabos Cobre – Características Mecânicas (ISO 11801)

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Meios Físicos •

Categorias de cabo UTP – Categoria 1: UTP tradicional. Bom para linhas telefónicas, mau para dados. – Categoria 2: UTP para Tx de dados até 4 Mbit/s. Tem 4 pares. – Categoria 3: Frequências de Tx até 16 MHz • Tx de dados a taxa moderadas; Telefone. • Redes Token Ring (4 Mbit/s) e Ethernet (10 Mbit/s).

– Categoria 4: Frequências de Tx até 20 MHz • Aplicações da cat. 3, incluindo Token Ring de 16 Mbit/s.

– Categoria 5: Frequências de Tx até 100 MHz • Popular para aplicações de alta velocidade (100 Mbit/s): • "Fast Ethernet” de 100 Mbit/s. • NEXT de cerca de 30 dB.

– Categoria 5e (Enhanced category 5): Melhores valores de NEXT (cerca de 40 dB). – Categoria 6 (FTP ou UTP): Frequências até 250 MHz. – Categoria 7 (STP):Frequências até 600 MHz. Pedro António

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Meios Físicos • Cabos Coaxiais – Os sinais eléctricos são conduzidos através de um condutor metálico (cobre ou alumínio), instalado de forma concêntrica relativamente a uma blindagem exterior envolvente, normalmente constituída por uma malha metálica – O espaço entre o condutor central e a blindagem é revestido por um material isolante – A blindagem exterior é revestida por uma bainha de material isolante e protector – Dois tipos: • Thick (Grosso) – Backbones das redes

• Thin (Fino)

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Meios Físicos

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Meios Físicos • Cabos Coaxiais – Utilização – Construção de redes de distribuição de TV por cabo: • Distâncias inferiores a 1 quilómetro • Transportam várias dezenas de canais de TV e canais de dados (Internet)

– Redes de distribuição dos operadores telefónicos: • Distâncias até alguns quilómetros • Débitos na ordem dos vários Mbps

– Redes locais • Até 10 Mbps • Várias centenas de metros – 500m – 185m Pedro António

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Meios Fisícos • Cabo entrançado versus Cabo coaxial – Ambos permitem débitos elevados • 10Mbps (Cabo Coaxial) • 10/100/1000Mbps (Cabo Entrançado)

– A utilização de cabo entrançado obriga a investimentos em equipamento activo – O cabo coaxial permite cobrir distâncias maiores – As configurações que usam o cabo entrançado apresentam maior fiabilidade

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Meios Físicos • Meio Óptico – Aumentos de débitos e distâncias põem a claro as limitações do cobre – A fibra óptica oferece uma alternativa viável ao cobre – A comunicação em fibra óptica foi introduzida nos finais da década de 70, por iniciativa dos grandes operadores de comunicações – O transporte de informação é suportado pela codificação de um feixe de luz – O sinal luminoso é gerado por um dispositivo optoelectrónico: • Díodo LED (Light-Emitting Diode) • Emissor laser

– A recuperação do sinal é realizada por um foto-díodo ou por um foto-transístor – Por utilizarem sinais de luz, os meios de comunicação em FO têm uma capacidade muito superior à dos meios de transmissão eléctricos e electromagnéticos

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Meios Físicos • Meio Óptico – Fibra Óptica – A largura de banda disponível numa fibra óptica pode suportar uma capacidade total de 75 Tbps • Esta capacidade não está ainda ao alcance dos dispositivos de transmissão e recepção que são o principal factor de limitação na utilização plena das capacidades da FO

– As fibras ópticas são particularmente úteis em ambientes sujeitos a fortes campos electromagnéticos – Vantagens do ponto de vista da segurança da informação: • Escuta por derivação electromagnética do sinal é impossível • Derivação física do sinal sem danificar a fibra e quebrar a ligação virtualmente impossível

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Meios Físicos • Meio Óptico – Propriedades da Luz – Reflexão • A Lei da Reflexão diz que o ângulo de reflexão de um raio de luz é igual ao ângulo de incidência θ

θ

– Refracção • Um material com um índice de refracção maior é mais denso opticamente e oferece maior resistência à passagem da luz do que um material com um menor índice de refracção Ar=299.705.543 m/s: c ÷ v = 1,00029 Gelo=228.849.204 m/s: c ÷ v = 1,31 Água=225.407.863 m/s: c ÷ v = 1,33 Vidro=199.861.638 m/s: c ÷ v = 1,50 c = 299.792.458 m/s v = velocidade da luz no material

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Meios Físicos •

Meio Óptico – Constituição de uma Fibra – Núcleo (Core) • É o meio de propagação (condutor óptico) • Cilíndrico em vidro de silício com um índice de refracção muito elevado • Tem um diâmetro muito pequeno

– Camada envolvente do núcleo (Cladding) • Também em vidro, mas com índice de refracção menor

– Camada protectora do cladding (Coating) • É o pára-choques do cladding (isolamento de forças mecânicas como vibrações)

– Camada protectora exterior (Jacket) • Difere consoante o ambiente de instalação e utilização pretendidos Pedro António

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Meios Físicos • Meio Óptico – Tipos de Fibras Ópticas – As características de propagação óptica de uma fibra dependem das características e dimensões do seu núcleo – Fibras Multimodo • Diâmetro do núcleo: 50 ou de 62,5 µm, bainha com diâmetro exterior de 125 µm • O diâmetro do núcleo da fibra é suficientemente grande para existam vários caminhos por onde a luz pode se propagar através da fibra • Cada sinal segue diferentes percursos através do núcleo da fibra, com diferentes tempos de propagação causando dispersão temporal no sinal recebido

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Meios Físicos • Meio Óptico – Tipos de Fibras Ópticas – Fibras Multimodo – Características • Núcleo maior • Permite maior dispersão • Utilizada para longas distâncias, mas distâncias inferiores a fibras monomodo – Distâncias até 3 km e suportando débitos desde 10 Mbps até vários Gbps

• Utilizada na construção de sistemas de cablagem estruturada, na distribuição em campus e grandes edifícios (backbone)

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Meios Físicos • Meio Óptico – Tipos de Fibras Ópticas – Fibras Monomodo • Diâmetro do núcleo varia entre os 3 e os 10 µm, bainha com diâmetro exterior de 125 µm • Devido à reduzida dimensão do núcleo, não existe praticamente dispersão modal • Adequadas para transmissão a débitos elevados e para grandes distâncias – Redes de trânsito dos operadores de comunicações, com distâncias até 70 km e débitos na ordem dos vários Gbps – Ligações intercontinentais e cabos submarinos » São necessários elementos activos ópticos ou optoelectrónicos que regeneram e amplificam os sinais ópticos

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Meios Físicos • Meio Óptico – Tipos de Fibras Ópticas – Fibras Multimodo versus Fibras Monomodo • As fibras multimodo têm a vantagem de facilitarem o processo de interligação de equipamentos e são escolhidas sempre que as distâncias a cobrir e os débitos permitem a sua utilização • Em fibras monomodo o principal inconveniente está relacionado com as reduzidas dimensões do núcleo, operações de interligação mais dispendiosas • As fibras multimodo utilizam LEDs para enviar os sinais • As fibras monomodo utilizam emissores laser que implica uma manipulação extremamente perigosa

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Meios Físicos • Meio Óptico – Tipos de Fibras Ópticas – Fibras Multimodo versus Fibras Monomodo (ISO 11801)

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Meios Físicos • Meio Óptico – Características Mecânicas (ISO 11801) – – – –

Diâmetro bainha máximo: 125 (µm) Temperatura Operação: -5 a +55ºC Tracção máxima do cabo: 100N Cablagem Horizontal • Raio curvatura mínimo: superior a 4 vezes o diâmetro • Num. Fibras por Cabo: 2 ou 4 fibras

– Cablagem Backbone • Raio curvatura mínimo: superior a 6 vezes o diâmetro • Num. Fibras por Cabo: ≥ 4 fibras

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Meios Físicos • Conectores – RJ45 (ISO 8877) RJ – Registered Jack – BNC ("Baby Neill-Concelman", "Baby N connector", "British Naval Connector", "Bayonet Nut Connector“) – ST (IEC 874-10) – SC (IEC 874-13)

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Meios Físicos • Tomadas – As tomadas são introduzidas nas paredes e pavimento ou em caixas exteriores aplicadas à face da parede – Além dos conectores (fêmeas) incluem componentes para a fixação destes, e da tomada numa caixa de parede

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Meios Físicos • Painéis de interligação – Os painéis de interligação (patch panels) são instalados nos distribuidores (ou bastidores) – Conistem numa chapa metálica onde estão encaixados os conectores (fêmeas) – Terminação dos cabos dos vários subsistemas de cablagem

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Meios Físicos • Chicotes de patching – Nas ligações entre as tomadas e o equipamento terminal, e os distribuidores são usados chicotes de patching (patch cords) – São terminados por conectores macho (RJ45; SC ou ST) – Por vezes utilizam-se cabos com cores com significado atribuído

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Meios Físicos • Distribuidores (bastidores) – Organização estruturada do equipamento de rede – Rack com 19’’ de largura (medida adoptada pelo mercado) – Componentes • Duas réguas laterais verticais com furação para fixação de painéis de distribuição e equipamento de comunicações • As configurações de menor dimensão são fixadas na parede, as de maior dimensão são colocadas no solo • Compostos por metal (alumínio ou aço) e dispõem de porta frontal de vidro • Podem incluir um kit de ventilação • Para arrumação dos chicotes de patching, devem ser instaladas guias de patching (calhas) intercaladas nos painéis • Equipados com réguas de tomadas monofásicas com protecção de terra e disjuntor. Podem ser instaladas UPS’s (Uninterrupted Power Suply) Pedro António

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Meios Físicos • Distribuidores (bastidores)

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ANSI TIA/EIA 568A (origem Americana, mas influente noutros países) • Especificações de um sistema de cablagem genérico para a integração de voz e dados em infra-estruturas de comunicação privadas • Recomendações sobre a topologia e distâncias a cobrir • Meios de transmissão a utilizar nos diversos níveis hierárquicos • Conectores, fichas, ... • Seis subsistemas: – – – – – – Pedro António

1 - Entrada do edifício 2 - Sala do equipamento 3 - Cablagem de backbone 4 - Compartimento de telecomunicações 5 - Cablagem horizontal 6 - Área de trabalho Sistemas Telemáticos

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ANSI TIA/EIA 568A • Utilização de cabos de pares entrançados e de fibra óptica, com características em função do subsistema a que são aplicados

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ANSI TIA/EIA 568A e 568B

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ISO/IEC 11801 (âmbito Internacional, baseada na norma TIA/EIA 568A) • Define as regras de projecto e as especificações dos componentes de um sistema genérico de cablagem para suporte de aplicações de voz, dados e vídeo em redes privadas de edifícios ou de conjuntos de edifícios campus, até 3000 metros, área de 1.000.000 m2, 50.000 utilizadores e vida mínima de 10 anos • Define 5 classes de utilização: – – – – – – –

Classe A, 100 kHz, Voz e outras de baixa frequência Classe B, 1 MHz, Dados baixo débito Classe C, 16 MHz, Dados débito médio Classe D, 100 MHz, Alto débito Classe E, 200 MHz, Alto débito Classe F, 600 Mhz, Débito muito elevado Óptica, > 600 Mhz, Débito muito, muito elevado

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ISO/IEC 11801 • Elementos funcionais de um sistema de cablagem estruturada: – Distribuidor de campus (DC): elemento para o qual converge toda a cablagem de backbone de campus – Cablagem de backbone de campus: interliga os DEs com o DC – Distribuidor de edifícios (DE): elemento para o qual converge toda a cablagem de backbone do edifício – Cablagem de backbone de edifício: interliga os DPs com os vários DEs – Distribuidor de piso (DP): elemento para onde converge a cablagem do piso – Cablagem horizontal ou de piso: interliga as tomadas de telecomunicações com os vários DPs – Ponto de transição: opcional, para derivação da cablagem horizontal. – Tomada de telecomunicações (TO) – Cablagem de área de trabalho: interliga as TOs e o equipamento terminal

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ISO/IEC 11801 • Os elementos funcionais agrupam-se em 4 subsistemas: – Subsistema de backbone de campus » Inclui o distribuidor de campus (DC), cabos de backbone e as terminações » Pode incluir cablagem entre edifícios (opcional) – Subsistema de backbone de edifício » Inclui DE, cabos de backbone de edifício e terminações » Pode incluir cablagem entre edifícios (opcional) – Subsistema horizontal ou de piso » Inclui DP, cablagem horizontal e as TOs – Subsistema de zona ou área de trabalho » Inclui elementos destinados a interligar as tomadas de telecomunicações e o equipamento terminal (chicotes de patching, adaptadores, etc) Pedro António

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ISO/IEC 11801

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ISO/IEC 11801

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ISO/IEC 11801 • Cabos recomendados

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ISO/IEC 11801 • Comprimentos dos cabos

• Dimensionamento – – – – –

Longevidade: mínimo de 10 anos Tecnologia adequada: Necessidades versus Custo/Desempenho Número de tomadas: 2 tomadas 10m2 Número distribuidores de piso: 1 por piso; 1 por 1000m2; cobrir raio de 50m Número distribuidores de edifício e campus: edíficios pequenos/médios; edíficios grande dimensao; campus de grande dimensão (>3Km)

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – ISO/IEC 11801 • Componentes (equipamento passivo): – Cabos; Conectores; Distribuidores; Painéis de interligação

• O equipamento passivo permite interligar: – – – –

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Equipamento informático (PCs e servidores) Equipamento activo de dados (hubs, switchs, routers) Equipamento de voz (telefones e central telefónica) Equipamento de comunicações (câmaras de vídeo, sistemas de teleconferência)

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Meios Físicos • Normas em cablagem estruturada – CENELEC EN 50173 (influência a nível Europeu, baseada na ISO/IEC 11801) • Especificações europeias mais restritivas que as internacionais em termos de: – Emissão de radiação electromagnética – Níveis de emissão de fumos dos materiais de revestimento dos cabos » Cabos com blindagem exterior obrigatória e com revestimento externo em material termoplástico LSZH (Low Smoke Zero Halogen) – incêncios

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Meios Físicos • Cablagem estruturada – Instalação • Comprimentos máx., força de tracção, raios de curvatura

– Teste e Certificação • Todos os componentes de um sistema de cablagem devem ser testados de forma a corrigir eventuais erros, garantindo o correcto funcionamento da infra-estrutura • A certificação de um sistema de cablagem baseia-se no teste exaustivo de todas as ligações – Verificar a continuidade e o correcto cravamento dos conectores – Realizar medições dos comprimentos – Verificar valores que caracterizam a categoria da ligação (atenuação, NEXT)

• Para cablagem fibra óptica, utilizam-se equipamentos OTDR (reflectometria no domínio do tempo) ou fontes de luz calibradas e medidores de atenuação Pedro António

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Meios Físicos • Administração dos sistemas de cablagem – Actividade constante que envolve as seguintes tarefas: • • • • • •

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Ligar/desligar sistemas terminais do sistema de cablagem Instalação e remoção de equipamento de comunicações dos distribuidores Ligar/desligar equipamento de comunicações do sistema de cablagem Manutenção preventiva ao sistema de cablagem Detecção e reparação de avarias na cablagem Ampliação do sistema de cablagem

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Referências • Andrew S. Tanenbaum, "Computer Networks", Prentice Hall • Edmundo Monteiro e Fernando Boavida, "Engenharia de Redes Informáticas", FCA • Vasco Soares; Slides de “Sistemas e Redes de Computadores”; Eng. Informática; Escola Superior de Tecnologia

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