MÓDULO 4

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MÓDULO 4
MEIOS FÍSICOS DE TRANSMISSÃO E DISPOSITIVOS DE REDES
4.1 Introdução dos meios físicos de transmissão e dos dispositivos de redes
Uma rede é um conjunto de módulos processadores capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação (meios físicos e protocolos). Uma rede de computadores baseia-se nos princípios de uma rede de informações que, por meio de hardware e software, torna-a mais dinâmica para atender as suas necessidades de comunicação.
As redes de computadores são compostas por: protocolos, meios físicos, mensagens e dispositivos.
Os protocolos são as regras que os dispositivos de rede usam para se comunicarem. Os principais tipos de protocolos são: Protocolos de Aplicação; Protocolos de Transporte; Protocolos de Redes; Protocolos de Enlace.
Os meios de comunicação são os meios de transporte que permitem a transmissão de dados. Também são conhecidos como canais de comunicação. Eles dividem-se em:
•    Meios Confinados ou Guiados – quando o sinal está confinado em um cabo.
•    Meios Não-confinados ou Não-guiados – quando o sinal se propaga pelo ar, por meio de ondas eletromagnéticas.
A mensagem é aquilo que se deseja transmitir entra a origem e o destino. A formação, codificação e formatação da mensagem obedece a regras, conhecidas como protocolos. Os dispositivos são os elementos responsáveis pela transmissão, recepção e encaminhamento de dados. 
4.2 Dispositivos de Redes
Os dispositivos são os elementos responsáveis pela transmissão, recepção e encaminhamento de dados. Para o funcionamento de uma rede são necessários dispositivos para que haja o transporte de dados e uma comunicação adequada entre os diversos equipamentos. Eles estão divididos em:
•    Dispositivos Finais
•    Dispositivos Intermediários
Os dispositivos finais de rede são aqueles que mais próximos das pessoas, chamados de dispositivos finais ou hosts. Esses dispositivos formam a interface entre os usuários e a rede de comunicação subjacente. Um dispositivo de host é a origem ou o destino de uma mensagem transmitida pela rede, como mostrado na animação. 
Bons exemplos de dispositivos finais são: Computadores, Impressoras de rede, Telefones VoIP, Terminal TelePresence, Câmeras de segurança e Dispositivos móveis.
Nas redes modernas os dispositivos finais podem atuar como um cliente, um servidor ou ambos. Praticamente o software instalado no computador determina a função que o computador reproduz. Os Servidores são hosts que têm um software instalado que os permite fornecer informações, como email ou páginas Web, a outros hosts na rede. Cada serviço exige um software de servidor separado. Por exemplo, um host exige que o software do servidor Web forneça serviços à rede.
De outra forma, os clientes são computadores host que têm um software instalado que os permite solicitar e exibir as informações obtidas do servidor. Um exemplo de software cliente é um navegador, como o Internet Explorer.
 
 
Os dispositivos intermediários são aqueles que se interconectam a dispositivos finais, fornecendo conectividade e funcionam em segundo plano para garantir que os dados fluam pela rede. Esses dispositivos conectam os hosts individuais à rede e podem conectar várias redes individuais para formar uma rede interconectada.
Os dispositivos intermediários podem ser classificar em:
•    Acesso à rede (switches e pontos de acesso sem fio)
•    Interconexão (roteadores)
•    Segurança (firewalls)
A placa de rede é a responsável pela conexão do computador à rede. Qualquer computador que se interligue a uma rede necessita de uma placa de rede. Cada placa de rede possui um endereço específico, conhecido como Endereço MAC.
O HUB é um equipamento responsável por repetir, amplificar ou regener um sinal para toda a rede. O hub foi o primeiro equipamento utilizado para implementar redes de computadores locais com topologia em estrela.
O switch tem algumas características parecidas com o HUB. No entanto, encaminha as informações apenas a informação para o endereço de destino. Essa diferença é possível pela construção e armazenagem de uma tabela interna dos endereços MAC.
O roteador é o dispositivo que interconecta diferentes segmentos de redes que podem estar em um mesmo prédio ou a milhares quilômetros. Ele encaminha pacotes de dados entre as redes de computadores, decidindo o melhor caminho para o tráfego da informação roteando os seus pacotes, além de poder limitar o tamanho do domínio de broadcast.
4.3 Tipos de meios físicos de transmissão
Os meios físicos de rede, também conhecidos como canais de comunicação, são os meios de transporte que permitem a transmissão de dados.
Estes meios são peças fundamentais no processo de comunicações nas redes de computadores. Por isso que em sua determinação é necessário a adoção de critérios tais como: velocidades suportadas, imunidade a ruído, taxa de erros, disponibilidade, confiabilidade, atenuação e limitação geográfica.
Os meios físicos podem ser classificados em confinados e não-confinados. Os meios físicos confinados são os cabos coaxiais, de pares metálicos e os cabos ópticos. Os meios físicos não confinados são aqueles que utilizam comunicações sem fio, por exemplo: comunicação via satélite, enlaces de micro-ondas, bluetooth e radiodifusão de um modo geral.
Os projetos destes meios físicos são considerados como investimentos de longo prazo e para que ele seja adequado devem ser considerados os seguintes fatores: custo, escalabilidade, confiabilidade e gerenciamento.
A partir destes fatores e dos diferentes tipos de meio físico com suas diferentes características e benefícios, devem-se ser avaliados alguns critérios para a sua escolha. Dentre eles a distância que o meio físico consegue carregar um sinal com êxito, o ambiente no qual o meio físico deve ser instalado, a quantidade de dados e a velocidade na qual eles devem ser transmitidos e o custo de meio físico e instalação.
 
Ao trabalhar com meios físicos confinados em redes locais (LAN), é necessário seguir um conjunto de normas que visam estruturar melhor o projeto de meios físicos. As principais normas utilizadas são as editadas pelas organizações EIA e TIA. Quando estes padrões são seguidos, afirma-se que o cabeamento utilizado é estruturado. Os principais objetivos do cabeamento estruturado são:
•    Implementar um padrão genérico para ser seguido por fornecedores diferentes dos cabos de telecomunicação;
•    Estruturar um sistema de intra e interpredial com produtos de fornecedores distintos;
•    Estabelecer critérios técnicos de desempenho para sistemas distintos de cabeamento.
Os meios físicos utilizados no cabeamento estruturado são os cabos de pares trançados e os cabos ópticos.
O cabeamento estruturado está dividido nos seguintes subsistemas:
•    Cabeamento horizontal – interconexão entre a área de trabalho até a sala de telecomunicações. É composto por cabos, terminações mecânicas, patch cords e ponto de consolidação ou saída para múltiplos usuários.
•    Cabeamento vertical – interconexão entre a sala de telecomunicação, sala de equipamentos e entrada de serviço. É composto por conexões cruzadas, terminações mecânicas e patch cords.
Ainda sobre o cabeamento utilizado como meio físico de comunicação em redes computadores, as seguintes regras precisam ser seguidas para uma passagem de cabos:
•    Os cabos constituídos material metálicos precisam passar por caminhos diferentes dos cabos da rede elétrica.
•    É desejável evitar a passagem por áreas muito movimentadas.
•    O trabalho precisa ser executado por técnicos especializados.
•    Os cabos de fibras ópticas não podem receber o mesmo tratamento que o cabo de cobre recebe.
4.4 Cabo Coaxial
O cabo coaxial foi o primeiro tipo de meio físico de rede utilizado em uma LAN. Este cabo é utilizado para comunicações de vídeo conhecido também como cabo BNC. 
O cabo coaxial é constituído por um fio de cobre condutor, revestido por uma camada com um material isolante coberto por uma blindagemde alumínio ou cobre para proteger o fio de interferências externas. Com essa composição, o cabo coaxial é mais indicado para longas distâncias, suportando velocidades de megabits por segundo sem a necessidade de regeneração do sinal.
Os principais tipos de cabos coaxiais dividem-se em cabos coaxiais finos e cabos coaxiais grossos.
O cabo coaxial fino foi utilizado no início das redes locais em topologia de barramento, mas com o desenvolvimento das topologias anel e estrela esse cabo passou a ser substituído pelos cabos UTP. Foi padronizado pela IEEE como 10 Base 2 e é, muitas vezes, descrito como RG-58, com uma impedância de 50 Ohms.
Utilizando o cabo coaxial fino é possível chegar até o comprimento máximo de 185 metros, com 30 conexões e velocidade máxima de transmissão de 10 Mbps. Para conectar a um computador é necessária a utilização de um conector chamado de BNC “T”.
Comparado ao cabo coaxial grosso, o cabo coaxial fino é mais maleável, fácil de instalar e possui maior imunidade a ruídos eletromagnéticos de baixa frequência.
O cabo coaxial grosso é utilizado em redes de computadores industriais com distância superior a 200 metros ou havia interferência eletromagnética. Este possui uma impedância de 75 Ohms devido à dupla blindagem, esse cabo foi utilizado também na transmissão de voz e imagens analógicas e, em backbones devido ao alto custo das fibras ópticas.
As principais características do cabo coaxial grosso são: velocidade máxima de transmissão 10 Mbps; alcance máximo do cabo 500 metros; comporta no máximo 100 computadores no barramento com distância entre as estações de 2,5 metros ou múltiplos; aplicado em rede Ethernet ou Token Ring.
4.5 Cabo de Par Metálico
O cabo de par trançado é composto por 1, 2 ou 4 pares de fios enrolados de dois em dois formando uma camada isolante. Essa medida mantem as suas propriedades elétricas ao longo do fio e reduz o nível de interferência eletromagnética.
Estes cabos são encontrados em redes domésticas e corporativas interligando modems, computadores, roteadores, hubs e demais ativos de rede. 
Sua transmissão suporta sinais analógicos ou digitais e sua largura de banda é de 10/100/1000 Mbps que pode variar conforme o meio onde está inserido. Contudo, há cabos UTP que alcançam a velocidade de 10 Gbps sendo utilizados em backbones interligando roteadores em redes distintas.
Os cabos de pares trançados dividem-se em sem blindagem e com blindagem.
Os cabos de pares trançados sem blindagem são conhecidos como cabos UTP e são constituídos de quatro pares de fios enrolados revestidos com uma capa de plástico – PVC. É um dos cabos mais utilizados, principalmente o de categoria 5e, devido a facilidade de manuseio, baixo preço, transmissão de dados de até 100 Mbps a uma distância máxima de 100 metros. Como desvantagem esse cabo pode sofrer interferências eletromagnéticas externas quando instalado próximos a fios de rede elétrica e motores, por exemplo.
Os cabos de pares trançados com blindagem, como o próprio nome sugere, possuem uma blindagem além da cobertura de plástico em seus pares. Essa blindagem é uma capa metálica com imunidade a ruídos que é instalada em cada par. Contudo, o custo desse cabo é mais elevado sendo indicado para ambientes com interferência eletromagnética.
Os cabos de pares trançados se dividem nas seguintes categorias:
•    Categoria 1: são os cabos telefônicos utilizados para o tráfego de voz, mas não dados.
•    Categoria 2: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 4Mbps. Possui 4 pares de fios.
•    Categoria 3: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 16 Mbps. Possui 4 pares de fios.
•    Categoria 4: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 20 Mbps. Possui 4 pares de fios.
•    Categoria 5: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 100 Mbps. Possui 4 pares de fios.
•    Categoria 5e: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 1 Gbps. Possui 4 pares de fios. Visualmente não possui diferença.
•    Categoria 6: certifica cabos UTP com transmissão de dados de até 10 Gbps. Possui 4 pares de fios.
•    Categoria 7: ainda em criação, permitindo velocidade de até 40 Gbps. 
•    Categoria 7a: ainda em criação, permitindo velocidade de até 100 Gbps.
4.6 Cabo de fibra Optica
Neste tipo de meio, os dados são transportados na forma de sinais luminosos – fótons. É um meio seguro de transmitir os dados, pois, não transportam sinais elétricos minimizando problemas de segurança e de ruídos/interferência.
A transmissão em cabo de fibra óptica ocorre sob o princípio da reflexão da luz através de aparelhos que transformam sinais elétricos em pulsos de luz – fótons. Cada fóton representa um código binário, 1 ou 0.
É constituído de material dielétrico, em geral muito fino de sílica ou vidro, transparente flexível e de dimensões reduzidas, além de ter em sua construção mais três elementos:
•    Núcleo central de vidro – ocorre a transmissão da luz que possui alto índice de refração.
•    Casca – material vidro que serve de camada para envolver o núcleo com índice de refração inferior.
•    Revestimento – cobertura de plástico fino para proteger o revestimento interno
As principais vantagens das fibras óticas são:
•    Imune a interferências eletromagnéticas: essa característica permite a instalação em ambientes com ruídos e próximos a cabos elétricos.
•    Alcance a grandes distâncias: devido a baixa atenuação e a baixa taxa de erro permite alcançar distância de 100Km.
•    Alta velocidade: operam na casa dos Terabytes.
Existem dois tipos de fibra sendo a principal diferença o diâmetro do núcleo alterando a forma como as informações são transmitidas. São elas: fibras multimodo e fibras monomodo.
4.7 Redes sem fio
As redes sem são um meio de se comunicação de dados extremamente flexível, que pode ser utilizado com uma extensão, ou uma alternativa as redes locais cabeadas. São largamente utilizadas no mercado, principalmente as normas para LAN sem fio que foram desenvolvidas pelo IEEE e pertencem ao grupo 802.11.
Para que uma rede sem fio funcione são necessários três componentes:
Adaptador de rede sem fio compatível
•    Pontos de acesso (access point)
•    Faixa de frequência de trabalho
Os principais benefícios das redes sem fio são: mobilidade; rápida e simples instalação; escalabilidade; redução de custos na instalação; solução completa para qualquer tipo de rede.
 
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