Rede de computadores Aula 07

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Redes de Computadores 1
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Meios Guiados: Fibras Ópticas
Introdução: Estado da Arte
• Com a atual tecnologia de fibra óptica, a largura de banda pode ultrapassar a casa
dos 50.000 Gbps (50 Tbps) e muitas pessoas estão procurando tecnologias e
materiais de melhor qualidade.
Meios Guiados : Fibras Ópticas
• O limite prático da sinalização atual é de cerca de 10 Gbps, devido à nossa
incapacidade para realizar a conversão entre sinais elétricos e ópticos com
velocidade maior, embora já se tenha alcançado em laboratório velocidades de 100
Gbps.
Um sistema de transmissão óptica
• Tem três componentes fundamentais: a fonte de luz, o meio de transmissão e o
detector.
• As fontes de luz são responsáveis por converter sinais elétricos em sinais óticos
que irão trafegar na fibra. Por convenção, um pulso de luz indica um bit 1, e a ausência de
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que irão trafegar na fibra. Por convenção, um pulso de luz indica um bit 1, e a ausência de
luz representa um bit zero. A fonte ótica é um semicondutor, e pode ser de dois tipos:
• LED (Light-Emitting Diode) utiliza o processo de fotogeração por
recombinação espontânea. São utilizados em sistemas de comunicação
que exijam taxas de transferência menores do que 100 a 200 Mbits/s.
• Diodo LASER (Light Amplification by Simulated Emission of
Radiation) utiliza o processo de geração estimulada de luz.
Um sistema de transmissão óptica: Componentes
• O meio de transmissão é uma fibra de vidro ultrafina.
• O detector é um semicondutor que gera um pulso elétrico quando entra em contato
com a luz.
• Quando instalamos uma fonte de luz em uma extremidade de uma fibra óptica e
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• Quando instalamos uma fonte de luz em uma extremidade de uma fibra óptica e
um detector na outra, temos um sistema de transmissão de dados unidirecional que
aceita um sinal elétrico, converte o sinal e o transmite por pulsos de luz; depois, na
extremidade de recepção, a saída é reconvertida em um sinal elétrico.
• Fibra Óptica:
• Vista lateral de uma única fibra:
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NúcleoNúcleo
(vidro)
Casca
(vidro) Revestimento(plástico)
Funcionamento da Fibra Óptica:
• O sinal luminoso é transmitido para a fibra ótica sob a forma de pulsos de luz
(ausência e presença representando '0' e '1' lógicos).
• As ondas passam através do núcleo do cabo, que é coberto por uma camada
chamada casca.
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chamada casca.
• A refração do sinal é cuidadosamente controlada pelo desenho do cabo, os
receptores e os transmissores.
• O sinal luminoso não pode escapar do cabo ótico porque o índice de refração no
núcleo é superior ao índice de refração da casca.
Funcionamento da Fibra Óptica:
• Deste modo, a luz viaja através do cabo num caminho todo espelhado.
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Casca Revestimento plástico
Núcleo
Fibra Ótica Multimodo com Índice Degrau
• Foi o primeiro tipo a surgir e é também o mais simples.
• Na fibra multimodo com índice degrau, o núcleo e a casca estão claramente
definidos.
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• O núcleo é constituído de um único tipo de material (plástico, vidro), ou seja, tem
índice de refração constante, e tem diâmetro variável, entre 50 e 400 mm.
Casca Revestimento
• Os raios de luz refletem na casca em vários
ângulos, resultando em comprimentos de
caminhos diferentes para o sinal.
Fibra Ótica Multimodo com Índice Degrau
• Isto causa o espalhamento do sinal ao longo da fibra e limita a largura de banda do
cabo para aproximadamente 35 Mhz.km.
• Este fenômeno é chamado dispersão modal. A atenuação é elevada (maior que 5
dB/km), fazendo com que essas fibras sejam utilizadas em transmissão de dados em
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dB/km), fazendo com que essas fibras sejam utilizadas em transmissão de dados em
curtas distâncias e iluminação.
• Fibra Ótica Multimodo com Índice Gradual
• Num desenvolvimento melhor, chamado multimodo com índice gradual, a
interface núcleo/casca é alterada para proporcionar índices de refração diferentes
dentro do núcleo e da casca.
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• Os raios de luz viajam no eixo do cabo encontrando uma grande refração, tornando
baixa sua velocidade de transmissão . Os raios que viajam na direção do cabo tem
um índice de refração menor e são propagados mais rapidamente.
Fibra Ótica Multimodo com Índice Gradual
• O objetivo é ter todos os modos do sinal à mesma velocidade no cabo, de maneira
a reduzir a dispersão modal. Essa fibra pode ter larguras de banda de até 500
Mhz.km. O núcleo tem, tipicamente, entre 125 e 50 mm e a atenuação é baixa (3
dB/km), sendo por esse motivo empregada em telecomunicações.
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dB/km), sendo por esse motivo empregada em telecomunicações.
Casca Revestimento
Fibra Ótica Monomodo
• A fibra monomodo vai um passo à frente. O tamanho do núcleo, 8 micrometros
(µm) de diâmetro, e o índice núcleo/casca permite que apenas um modo seja
propagado através da fibra, conseqüentemente diminuindo a dispersão do pulso
luminoso.
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luminoso.
Casca Revestimento
• A emissão de sinais monomodo só é possível
com laser, podendo atingir taxas de transmissão na
ordem de 100 GHz/km, com atenuação entre 0,2
dB/km e 0,7 dB/km . Contudo, o equipamento
como um todo é mais caro que o dos sistemas
multimodo. Essa fibra possui grande expressão
em sistemas telefônicos.
Atenuação da Fibra Óptica conforme a Fonte de Luz
• Atenuação da luz na fibra, na região do infravermelho:
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Atenuação da Fibra Óptica conforme a Fonte de Luz:
• A comunicação óptica utiliza três bandas de comprimentos de onda. Elas são
centralizadas em 0,85, 1,30 e 1,55 micra, respectivamente.
• As duas últimas têm boas propriedades de atenuação (uma perda inferior a 5% por
quilômetro). A banda de 0,85 mícron tem uma atenuação maior mas, por outro lado,
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quilômetro). A banda de 0,85 mícron tem uma atenuação maior mas, por outro lado,
nesse comprimento de onda, os lasers e os chips podem ser produzidos a partir do
mesmo material (arsenieto de gálio).
• As três bandas têm entre 25.000 e 30.000 GHz de largura.
Tipos de Interfaces :
• Interface Passiva – consiste em dois conectores fundidos à fibra principal. Nesse
caso o LED ou diodo laser é completamente passivo do ponto de vista que, se
quebrar ou deixar de funcionar apenas o computador ficará offline em relação à
rede;
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rede;
• Interface Ativa – utiliza-se um repetidor ativo, ele recebe a luz, converte em sinal
elétrico (para poder amplificar o sinal) e então em sua outra extremidade usa de um
LED ou diodo laser para retransmitir o sinal para a fibra. Chama-se ativo porque tem
função de transmissão de dados para com a rede e a sua parada pode comprometer o
funcionamento do sistema;
Tipos de Interfaces :
• Repetidores 100% ópticos – dispensam a conversão de sinal em
óptica/elétrica/óptica. Atualmente já existem no mercado para comercialização.
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Cabos:
• Ao contrário dos cabos de par trançado, que utilizam 4 pares, os cabos de fibra são
compostos por um único par de cabos, um usado para enviar e o outro para receber.
• Em tese, é possível criar sistemas de transmissão bidirecional usando fibra, usando
luz com diferentes comprimentos de onda para enviar e receber, mas na prática o
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luz com diferentes comprimentos de onda para enviar e receber, mas na prática o
sistema provavelmente acabaria saindo mais caro do que simplesmente utilizar dois
cabos.Cabos:
• Cabos destinados a redes locais tipicamente
contém um único fio de fibra;
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• Cabos destinados a links de longa distância e
ao uso na área de telecomunicações contém
vários fios, que compartilham as fibras de
kevlar e a cobertura externa;
Conectores:
• Existem vários tipos de conectores de fibra óptica. O conector tem uma função
importante, já que a fibra deve ficar perfeitamente alinhada para que o sinal
luminoso possa ser transmitido sem grandes perdas.
• Os quatro tipos de conector mais comuns são os LC, SC, ST e MTRJ. Os
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• Os quatro tipos de conector mais comuns são os LC, SC, ST e MTRJ. Os
conectores ST e SC eram os mais populares a até pouco tempo, mas os LC vem
crescendo bastante em popularidade e pode vir a se tornar o padrão dominante. Os
conectores MT-RJ também tem crescido em popularidade devido ao seu formato
compacto, mas ainda estão restritos a alguns nichos.
Conectores:
• O LC (Lucent Connector) é um conector miniaturizado, que, como o nome sugere,
foi originalmente desenvolvido pela Lucent. Ele vem crescendo bastante em
popularidade, sobretudo para uso em fibras monomodo. Ele é o mais comumente
usado em transceivers 10 Gigabit Ethernet:
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usado em transceivers 10 Gigabit Ethernet:
Conectores:
• O ST (Straight Tip) é um conector mais antigo, muito popular para uso com fibras
multimodo. Ele foi o conector predominante durante a década de 90, mas vem
perdendo espaço para o LC e outros conectores mais recentes. Ele é um conector
estilo baioneta, que lembra os conectores BNC usados em cabos coaxiais. Embora
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estilo baioneta, que lembra os conectores BNC usados em cabos coaxiais. Embora
os ST sejam maiores que os conectores LC, a diferença não é muito grande;
Conectores:
• O SC, foi um dos conectores mais populares até a virada do milênio. É um
conector simples e eficiente, que usa um sistema simples de encaixe e oferece pouca
perda de sinal. Ele é bastante popular em redes Gigabit, tanto com cabos multimodo
quanto monomodo, mas vem perdendo espaço para o LC. Uma das desvantagens do
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quanto monomodo, mas vem perdendo espaço para o LC. Uma das desvantagens do
SC é seu tamanho avantajado (tem o tamanho de dois conectores RJ-45 colocados
em série e é duas vezes maior que o LC);
Conectores:
• O MT-RJ (Mechanical Transfer Registered Jack) um padrão novo, que utiliza um
ferrolho quadrado, com dois orifícios (em vez de apenas um) para combinar as duas
fibras em um único conector, pouco maior que um conector telefônico. Ele vem
crescendo em popularidade, substituindo os conectores SC e ST em cabos de fibra
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crescendo em popularidade, substituindo os conectores SC e ST em cabos de fibra
multimodo (não é muito adequado para monomodo);
Emendas:
• É possível também unir dois fios de fibra (processo chamado de splicing), ou
reparar um fio partido usando dois métodos.
• O primeiro é o processo de fusão (fusion splicing), a fibra é introduzida numa
máquina, chamada máquina de fusão, limpa e clivada, para, após o alinhamento
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máquina, chamada máquina de fusão, limpa e clivada, para, após o alinhamento
apropriado, ser submetida à uma elevada temperatura nas faces das fibras, o que
provoca o derretimento das fibras e a sua soldagem. Os aparelhos de fusão atuais
fazem a junção de forma semiautomatizada, o problema é que eles são muito caros (a
maioria custa a partir de US$ 15.000) de forma que são acessíveis apenas a empresas
especializadas.
Emendas:
• O segundo é um processo mecânico (mechanical splicing) onde é usada uma
emenda de aplicação manual. Este é baseado no alinhamento das fibras através de
estruturas mecânicas, que são dispositivos dotados de travas para que a fibra não se
mova no interior da emenda, e que contém líquidos entre as fibras, chamados
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mova no interior da emenda, e que contém líquidos entre as fibras, chamados
líquidos casadores de índice e refração, que têm a função de diminuir as perdas de
Fresnel (reflexão). Como a junção é bem mais frágil que o fio original, o trecho é
reforçado externamente para evitar uma nova ruptura.
Emendas: Problemas
• As perdas nas emendas podem ser por:
1º) Fatores intrínsecos: são aqueles inerentes às fibras. Quando conectadas,
considera-se que elas sejam exatamente iguais. Porém quando fabricadas,
existe uma certa tolerância em suas especificações, o que as torna
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existe uma certa tolerância em suas especificações, o que as torna
diferentes. Essas variações causam uma certa perda na conexão das fibras,
devido às diferenças nos valores de:
• abertura numérica;
• diâmetro do núcleo;
• índice de refração;
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• índice de refração;
• ovalização (ou elipticidade) do núcleo;
• excentricidade do núcleo;
• diâmetro e ovalização da casca.
2º) Fatores extrínsecos: aqueles que independem das características das fibras,
são:
• Deslocamento lateral:
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• Separação das extremidades;
• Desalinhamento angular;
• Superfície mal preparada.
Transceptores (Transceivers):
• Como os transmissores e receptores para cabos de fibra óptica são muito caros,
sobretudo os para fibra monomodo, eles são separados em componentes avulsos, os
transceivers (transceptores), que são instalados no switch ou no roteador de acordo
com a necessidade.
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com a necessidade.
Transceptores (Transceivers):
• Pode-se comprar apenas os transceivers referentes ao número de conexões que for
utilizar e misturar transceivers de diferentes padrões (10GBASE-LR e 10GBASE-SR,
por exemplo) no mesmo switch ou roteador, conforme a necessidade. Esta flexibilidade
é importante, pois um único transceiver pode custar mais caro do que o próprio switch.
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é importante, pois um único transceiver pode custar mais caro do que o próprio switch.
É comum que os switchs incorporem duas, quatro ou oito baias para transceivers,
combinados com um certo número de portas para cabos de par trançado.
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