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Curso de Redes: Camada Física

Avaliação: 8 votos, 4,25 média.

Leia as partes anteriores desse curso antes de prosseguir



Chegando a 3 parte desse curso veremos a camada física do modelo OSI. Tentarei cobrir uma camada a cada post, não sei se vou conseguir Mas antes vamos rever um pouco as camadas OSI e TCP/IP.

Eu gosto de dizer que o modelo de 7 camadas OSI foi enxuto e resumido em 5 camadas no TCP/IP. Cada camada do OSI tem seu "relativo" no TCI/IP. Digo relativo pois não são idênticos, cada um utiliza uma gama de protocolos diferentes, porém todos tem a mesma finalidade. O modelo OSI pode ser comparada ao modelo TCP/IP da seguinte forma:


Eu gosto muito da "resumida" do TCP/IP. Só não sou 100% a favor pois não consigo tratar a camada Física e de enlaçe como sendo uma única coisa. Agora as camadas Sessão, apresentação e aplicação foram agrupadas perfeitamente na camada de aplicação. Realmente, controle de sessão, formatação de dados e apresentação dos dados para o usuário é função da aplicação e não da rede! Até mesmo porque nunca vingou um protocolo de "sessão"! Essa é a camada mais absurda do OSI...

Deixando de conversa vamos lá...


Camada Física


A camada física se refere aos meios de transmissão. Atualmente podemos dividir os meios de transmissão em três tipos:

  • Meios de Cobre;
  • Meios Óptiocos;
  • Meios sem Fio.


Os meios de cobre são usados em quase todas as redes locais. Estão disponíveis vários diferentes tipos de cabos de cobre, cada tipo tem suas vantagens e desvantagens. Uma seleção cuidadosa de cabeamento é a chave para uma operação eficiente de redes.
Os meios ópticos são freqüentemente usado para as transmissões ponto-a-ponto a grandes distâncias e com alta largura de banda necessárias para backbones das redes locais e em WANs.
A tecnologia sem fio oferece uma portabilidade verdadeira ao mundo da computação.


Especificações do cabeamento


Cada cabo possui uma especificações diferente e de acordo com a especificação, possui um desempenho diferente.

As especificações levam em conta as seguintes características:

  • Velocidades para transmissão de dados
  • Tipo de transmissão: A transmissão digital, ou de banda base (BASE), e a transmissão analógica ou de banda larga (BROAD).
  • Distância que um sinal percorre até ser atenuado de forma a não ser reconhecido


Alguns exemplos de especificações Ehternet:

  • 100BASE-TX
  • 10BASE5
  • 10BASE2


Vamos tomar como exemplo a notação 100BASE-TX:

  • O primeiro número, 100, indica a velocidade de transmissão, 100Mbps.
  • O BASE indica que ele deve ser utilizado para transmissão em banda base (sinal digital). Para sinais analógicos seria utilizado a notação BROAD, banda larga.
  • A última letra/número indica o tipo de cabo e a distância. TX indica um cabo par trançado que transmite em até 100 metros.


Outros valores que podemos encontrar serão detalhados abaixo.

  • 10BASE-T - Velocidade de transmissão a 10 Mbps, tipo de transmissão é banda base e utiliza par trançado.
  • 10BASE5 - Velocidade de transmissão a 10 Mbps, tipo de transmissão é banda base e o 5 representa o limite de transmissão de aproximadamente 500 metros. O 10BASE5 é geralmente conhecida como Thicknet. O cabeamento Thicknet era utilizado antigamente para backbone e ligação entre prédios.
  • 10BASE2 - Velocidade de transmissão a 10 Mbps, tipo de transmissão é banda base e o 2 representa o limite de transmissão de aproximadamente 200 metros. A 10BASE2 é geralmente conhecida como Thinnet.


Cabo Coaxial
O cabo coaxial consiste em um condutor de cobre envolto por uma camada isolante flexível. O condutor central também pode ser feito de um fino cabo de alumínio laminado, permitindo que o cabo seja industrializado a baixo custo. Sobre o material isolante, há uma trança de lã de cobre ou uma folha metálica, que age como um segundo fio no circuito e como blindagem para o fio interior. Esta segunda camada, ou blindagem, também reduz a quantidade de interferência eletromagnética externa. A capa reveste esta blindagem. Geralmente classificado em thinnet e thicknet devido a sua espessura.

Par trançado
O cabo par trançado é composto por 4 pares (8 fios). Os cabos Par trançados são categorizados de 1 a 7. Essa categoria vem escrita na capa do cabo utilizando abreviações de “Category 5” (Cat. 5). Essas categorias são relacionadas à capacidade do meio. Baseado na atenuação, ruído e perda os cabos são direcionados para uma certa aplicação conforme abaixo:

  • Cat 1 - Serviços telefônicos e dados de baixa velocidade
  • Cat 2 - RDSI e circuitos T1/E1 - 1,536 Mbps/2,048 Mbps
  • Cat 3 - Dados até 16 MHz, incluindo 10Base-T e 100Base-T
  • Cat 4 - Dados até 20 MHz, incluindo Token-Ring e 100B-T (extinto)
  • Cat 5 - Dados até 100 MHz, incluindo 100Base-T4 e 100Base-TX (extinto)
  • Cat 5e - Dados até 100 MHz, incluindo 1000Base-T e 1000Base-TX
  • Cat 6 - Dados até 200/250 MHz, incluindo 1000Base-T e 1000Base-TX
  • Cat 7 - Dados até 500/600 MHz


Tipos de Cabos
As redes gigabit ethernet devem utilizar cabos de categoria maior ou igual a 5e, para que a rede tenha um bom desempenho.
Aqui vamos nos dedicar mais aos cabos Cat. 5 devido a padronização e produção dos cabos acima do Cat. 6 não estarem completamente definidos. Eles geralmente são separados entre UTP (Unshilded Twisted Pair), STP (Shielded Twisted Pair) e ScTP (Screened Twisted Pair).

UTP - É o mais usado atualmente tanto em redes domésticas quanto em grandes redes industriais devido ao fácil manuseio, instalação, permitindo taxas de transmissão de até 100 Mbps. É o mais barato para distâncias de até 100 metros. Sua estrutura é de quatro pares de fios entrelaçados e revestidos por uma capa de PVC. Pela falta de blindagem este tipo de cabo não pode ser instalado próximo a equipamentos que possam gerar campos magnéticos (fios de rede elétrica, motores) e também não podem ficar em ambientes com umidade.

ScTP - Também referenciado como FTP (Foil Twisted Pair), os cabos são cobertos pelo mesmo composto do UTP, no entanto todos os pares são revestidos por uma capa metálica (Foil) enrolada sobre todos os pares trançados, o que contribui para um maior controle de EMI (Interferência Eletromagnética), embora exija maiores cuidados quanto ao aterramento.

STP - Ou Par Trançado Blindado (cabo com blindagem). É semelhante ao ScTP. A diferença é que além da blindagem externa de todos os pares ele possui uma malha de blindagem sobre cada par. É usado em ambientes com interferência eletromagnética. Por causa de sua blindagem possui um custo mais elevado.


Os cabos pares trançados utilizam conectores RJ-45 para sua terminação. Pra cabos com blindagem é necessária a utilização de conectores RJ-45 especiais que possuem uma parte metálica. Isso se deve à necessidade de manter um “terra único” para todo o cabeamento estruturado. Dessa forma não só o RJ-45 deve ser diferenciado mas também o jack, os keystones e patch pannels que venham a se conectar a esse cabeamento blindado.
A pinagem do cabo par trançado também é muito importante. Existem 2 padrões para a pinagem TIA/EIA-568-A e TIA/EIA-568-B. Esses padrões podem ser vistos ns imagem a seguir:





Quando utilizamos uma cabo com o mesmo padrão em ambas as extremidade dizemos que ele é um cabo pino-a-pino, ou direto. Se utilizarmos uma extremidade com um padrão e a outra extremidade com outro padrão teremos um cabo cross-over. Existe uma "regrinha" para saber quando utilizar os cabos diretos e os cabos cross:

  • Os cabos diretos geralmente são utilizados para realizar conexões entre dispositivos de categorias diferentes como: PC-swich, PC-Modem e Hub-switch.
  • Os cabos cross-over geralmente são utilizados para interligar equipamentos da mesma categoria como: switch-switch, roteador-roteador, Modem-modem e PC-PC.


Existem alguns casos em que essa "regra" não se aplica. Por exemplo, ao interligarmos um PC e um roteador é utilizado um cabo cross. O mesmo ocorre ao interligar um HUB e um Switch. A regra correta é seguir a classificação dos dispositivos (DTEs e DCEs) ou pensar no "cruzamento" de pares internos em cada equipamento.

Essa classificação é devido a categorização dos equipamentos como DTE (data termination equipment) e DCE (data communication equipment) que seriam equipamentos que “geram/recebem a comunicação” (DTE) e equipamentos que provêem essa comunicação (DCE). Atualmente muitos switches e roteadores possuem a capacidade de detectar o tipo de cabeamento utilizado e se auto-ajustar.

Existe também o cabo roll-over utilizado para realizar a conexão entre a porta serial do PC e a porta de console de roteadores. Essa conexão pode ser feita através de um conversor (tranceiver) RJ-45 para DB-9.

Se observarmos um cabo cross-over simplesmente possui os pinos 1-3 e 2-6. Com isso muitas pessoas dizem que basta apenas realizar esse cruzamento. E pode desprezar o restante dos cabos. Essa afirmação é apenas para redes que chegam a apenas 100Mbps. Redes de 1GBps utilizam os 4 pares para realizar a transmissão, dessa forma todos os cabos importam. Outra afirmação que costumamos ouvir é que não importa a a ordem porque “a cor não vai influir”. Realmente a cor não influi, mas os cabos pares trançados forma projetados com uma certa trançagem que provê cancelamento entre os pares. Então ao mudar a ordem dos pinos você perde “a qualidade” do cabo.

Abaixo uma lista da maioria dos padrões ethernet sobre cobre:
Xerox Ethernet – Primeira implementação ethernet;

  • 10BASE5 – Padrão Thinnet;
  • 10BROAD36 – Antigamente utilizado para comunicação entre distâncias mais longas entre modem;
  • 1BASE5 – Primeira tentativa de padronizar uma rede local de baixo custo;
  • StartLan 1 – Primeira implementação de ethernet sobre par trançado;
  • 10BASE2 – Padrão Thinnet ou Cheapnet;
  • StarLan 10 – Primeira implementação de 10Mbps sobre par trançado. Precursor do padrão 10BASTE-T;
  • 10BASE-T – Evolução do StarLan 10;
  • 100BASE-TX – Padrão mais utilizado atualmente, utiliza cabos par trançado cat. 5;
  • 100BASE-T4 – Implementação da comunicação a 100Mbps sobre cabos Cat. 3 utilizando todos os 4 pares;
  • 100BASE-T2 – Implementação da comunicação a 100Mbps sobre cabos Cat. 3 utilizando todos os 2 pares;
  • 1000BASE-T – Gigabit Ethernet sobre par trançado Cat. 5e ou 6;
  • 1000Base-CX – Anterior ao 1000BASE-T que possibilitou a comunicação Gigabit sobre cobre (anteriormente só implementada sobre fibra ótica) e utilizava cabos twiaxiais porém cobria pequenas distâncias (25m). Cabos twiaxiais tem a aparência ed dois cabos coaxiais “colados”.



Fibras Óticas


As fibras óticas utilizam a luz e o princípio da reflexão para realizar a transmissão. Como a fibra ótica não utiliza impulsos elétricos para realizar a transmissão ela não é susceptível a interferências eletromagnéticas porém a luz ainda sofre atenuação devido ao princípio da refração (não confundir com reflexão).
A fibra ótica é composta por um núcleo de vidro revestido por um encapamento. A luz é inserida (por lasers ou LEDs) no vidro e “viaja” através do núcleo de vidro através da reflexão nas “paredes” entre o vidro e o revestimento. Porém essa “parede” é perfeita e a luz é refratada perdendo potência.


Quanto menor o diâmetro do núcleo menor é a refração da luz e maior é o alcance da fibra. Com isso criou-se a classificação de fibras monomodo e multimodo. As fibras monomodo suportam apenas um modo devido ao seu pequeno diâmetro, variando de 8 a 10 microns (ou micrômetros), enquanto as fibras multímodo variam de 50 a 62,5 microns.


As fibras são compostas por um núcleo, revestimento interno, buffer (caso exista), Cordão de fibra (aramid) e a capa. O buffer é utilizado para suavizar as curvas e evitar que o núcleo se rompa. Existem dois padrões de construção, o tight-buffered e o loose-tube. No tight-bufeered o buffer é quase inexistente enquanto no loose-tube a parte “interna” da fibra fica “mergulhada” em um gel.


Em fibras monomodo são utilizados Lasers devido a necessidade de precisão enquanto na fibra multimodo pode ser utilizado lasers ou LEDs, sendo que lasers possibilitam que o sinal viaje por distancias maiores. As fibras podem ter também dois tipos de terminação ST e LC. Os conectores ST são geralmente utilizados para fibras monomodo enquanto os conectores SC são mais voltados para fibras multímodo. Com isso vemos que podemos ter muitas variações em fibras. De acordo com o tamanho do núcleo e o tipo de transmissor utilizado o alcance das fibras podem variar.

Abaixo alguns padrões de fibra:

  • 100BASE-FX – 100 Mbit/s ethernet sobre fibra óptica. Usando fibra ótica multimodo 62,5 mícrons tem o limite de 400 metros;
  • 1000BASE-SX – 1 Gbit/s sobre fibra multímodo e LEDs podendo atingindo até 550 metros;
  • 1000BASE-LX – Utilizado fibras monomodo e lasers pode-se atingir 5Km.
  • 10GBASE-SR – Projetado para suportar distâncias curtas sobre cabeamento de fibra multi-modo, variando de 26m a 82m dependendo do tipo de cabo. Suporta também operação a 300m numa fibra multi-modo;
  • 10GBASE-LX4 – Usa multiplexação por divisão de comprimento de ondas (DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing) para suportar distâncias entre 240m e 300m em cabeamento multi-modo. Também suporta 10km com fibra mono-modo;
  • 10GBASE-LR e 10GBASE-ER – Esses padrões suportam 10km e 40km respectivamente sobre fibra mono-modo;
  • 10GBASE-SW, 10GBASE-LW e 10GBASE-EW. Essas variedades usam o WAN PHY, projetado para interoperar com equipamentos OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Eles correspondem à camada física do 10GBASE-SR, 10GBASE-LR e 10GBASE-ER respectivamente, e daí usam os mesmos tipos de fibra e suportam as mesmas ditâncias.


A camada física especifica também as características utilziadas para transmitir em cada tecnologia. Essas características englobam voltagem, corrente, frequência... Preferi dar mais foco nos meios de transmissão do que em carcterísticas de engenharia e mesmo assim achei que ficou grande e tive que cortar açguns conteúdos como problemas de ruidos em cabos par trançado (FEXT, NEXT e etc), problemas de fibras (microbends, macrobend, acoplamento e etc) e redes sem fio. Ainda não sei, dependendo das fontes que eu achar sobre isso, posso fazer um post complementando esse...

O tempo que tive para preprar esse foi muito corrido!
Qualquer dúvida ou sugestão é bem vinda...
Até mais pessoal...

Atualizado 20-01-2010 em 06:29 por Magnun

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Curso de Redes , Artigos , Cursos

Comentários

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  1. Avatar de lucianogf
    Bacana Magnun.

    Parabéns!
  2. Avatar de benezinha
    Olá Magnum,

    Novamente ficou jóia o texto. Estou revendo todos os conceitos aprendidos na faldade e pude perceber que estou desatualizada e q tambem esqueci muita coisa. Estou levando a serio as suas aulas.

    Abração
  3. Avatar de info24hs
    Todos sempre muito bom!
  4. Avatar de mandrak66
    Legal, quero acompanhar o curso todo.
    Valewww
  5. Avatar de darkslackstar
    seria interessante postar as fontes daonde o material foi retirado, tipo apostila cisco CCNA hehe :)
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