Física das redes de computadores� Grupo:

� Ederson Luis Posselt� Geovane Griesang� Ricardo Cassiano Fagundes

� Professor:� Benhur Borges Rodrigues

� Física aplicada a computação� www.caractere13.com.br/fredes

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Introdução� Com o crescente uso dos computadores, surgiu a necessidade do compartilhamento de recursos, tanto de máquinas quando de programas e base de dados;

� A solução para esse problema foi interligar os microcomputadores em rede, possibilitando a centralização dos arquivos em apenas um lugar, consequentemente, a versão mais recente dos documentos sempre estaria disponível;

Benefícios� “Quando as pessoas trabalham em grupo, concretizam tarefas em um menor espaço de tempo e com menos esforço”;

� Maior produtividade;� Compartilhamento de recursos;� Custo;� Maior acessibilidade aos dados;� Maior facilidade para realização de backup;� Economia de espaço em disco;� Internet;

Topologias� Em uma rede de computadores, a velocidade com que os dados circulam na rede é muito importante e dependem de como os microcomputadores estão ligados e de como os dados trafegam pela rede;

� A topologia física é a maneira como os cabos conectam fisicamente os micros;

� A topologia lógica é a maneira como os sinais trafegam através dos cabos e placas de rede;

Topologias físicas

� Anel

� Estrela

� Barramento (linear)

Topologia lógica Ethernet

Topologia lógica Token Ring

Topologia lógica Arcnet� O funcionamento lógico de uma rede Arcnet também se baseia num pacote de Token, a diferença é que ao invés do pacote ficar circulando pela rede, é eleita uma estação controladora da rede, que envia o pacote de Token para uma estação de cada vez;

� Não há nenhum motivo especial para uma estação ser escolhida como controladora, geralmente éescolhida a estação com o endereço de nó formado por um número mais baixo;

Wireless� Tecnologia de redes sem fio;

� Flexibilidade e mobilidade;

� Roaming;

Cabeamento� "Cabo é cabo, não é mesmo?", Um Novato perguntava;

� "Não", Willy respondia pacientemente. "Você não pode simplesmente ignorar as leis da física. Segundo estas leis, hámuitas diferenças entre cabos, por causa dos condutores, do tipo de isolamento entre eles, de sua organização dentro da tubulação, de sua capacidade de neutralizar o ruído externo“;

� Derfley, J.F. e Freed, L.- Tudo sobre Cabeamento de Redes;

Cabo coaxial

� Características em relação ao par trançado:� Maior imunidade a ruídos;

� Mais caro;

� Menor maleabilidade;

� Utilização: � Redes locais, TV a cabo e cabos submarinos;

Par trançado� Características:

� Constituído de 4 pares com dois fios que são enrolados em espiral de forma a reduzir o ruído e manter constantes as propriedades elétricas do meio;

� Podem ser blindados;� Mais baratos e comuns;

� Utilização:� Redes locais;� Gigabit ethernet: Backbones, nos provedores de internet, em redes corporativas e em redes de usuários que necessitam de grande largura (CAT 5e, CAT6 e CAT7);

Fibra óptica� Composição:

� Um núcleo (core) de vidro: trafega a informação;� Uma casca (cladding): confina o raio de luz de modo que ele fique dentro do núcleo

� Uma ou várias camadas de material amortecedor de impacto e resistente à tensão mecânica (buffer), para proteger fisicamente a fibra e evitar interferências externas.

Fibra óptica� São constituídas de vidro transparente e alto grau de pureza;� Uma vidraça feita com esse vidro poderia ter até 1 km de

espessura e ser perfeitamente transparente;� A interface núcleo-revestimento funciona como um espelho,

refletindo a luz continuamente;� A luz penetra numa das extremidades da fibra, passa por

dentro dela e atinge a outra extremidade, mesmo que a fibra forme curvas;

� As fibras ópticas levam informações de uma parte à outra, quase instantaneamente (velocidade da luz);

Reflexão� O fenômeno da reflexão ocorre quando os raios que incidem sobre uma superfície voltam para o meio no qual ocorreu a incidência;

� A reflexibilidade é a tendência dos raios de voltarem para o mesmo meio de onde vieram;

Reflexão espetacular� Se diante de um espelho uma pessoa não ficar em uma determinada posição, não vai conseguir enxergar a sua imagem, pois os raios são refletidos em uma única direção (são paralelos entre si, reflexão regular);

� Esse tipo de reflexão ocorre em superfícies polidas tais como espelhos, metais, a água parada de um lago;

Reflexão difusa� Quando uma está enxergando uma mesa, ela pode ficar em qualquer posição ao redor da mesa que continua a enxergando. Isso acontece porque os raios estão sendo refletidos em todas as direções. Esse tipo de reflexão ocorre em superfícies irregulares;

� A grande maioria dos objetos reflete a luz de uma maneira difusa. Isso permite que uma pessoa veja um objeto de qualquer posição que ela esteja em relação a ele.

Leis de reflexão� Lei 01: O raio incidente, o raio refletido e a normal à superfície refletora pertencem a um mesmo plano (estão emitidos no mesmo plano).

� Lei 02: O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

� Semelhante a colisão de uma bola com a parede;

Reflexão – exemplo prático� É comum ver em filmes que mostram submarinos o uso de periscópios para observar o que se passa acima do nível da água. Basicamente o periscópio funciona por reflexão;

Reflexão interna total� A luz viaja através do núcleo refletindo constantemente na interface, o que representa o princípio de reflexão interna total;

� O feixe de luz não entra de qualquer jeito na fibra, ele é enviado para a fibra num ângulo determinado para ocorrer à reflexão;

� Esse ângulo varia conforme o tipo de fibra;

Experimento

Tipos de cabo de fibra óptica� Multimodo (modo múltiplo):

� Possuem vários sinais que se movem dentro do cabo;� O sinal viaja batendo continuamente nas paredes do cabo, tornando-se mais lento e perdendo a intensidade rápido;

� Monomodo (modo simples):� Único ângulo para incidência dos raios de luz;� Transmite apenas um sinal de luz; � Dimensões de núcleo pequenas;� Transmitem mais rápido;� A luz viaja em linha reta;� Faz o caminho mais curto;� Materiais complexos;

Refração� Quando a luz passa de um meio para outro (ar para a água), ela sofre uma determinada refração, que provoca um desvio em sua trajetória, pelo aumento da densidade do meio;

� A refração altera a forma como nossos sentidos percebem os objetos;

Refração� Expressão: c=n*v ou n=c/v;� A velocidade da luz no vácuo é a maior que qualquer objeto pode atingir (c);

� Num meio natural qualquer, a velocidade da luz nesse meio (v) é menor do que c;

� O coeficiente n é o índice de refração do meio. É uma das grandezas físicas que caracterizam o meio (a densidade, por exemplo, é uma outra grandeza física que caracteriza um meio);

� O índice de refração no vácuo igual a 1, no ar é próximo a 1 (1,00029) e na água é 1,33;

Leis da refração� Análogas às leis da reflexão;

� Lei 01: estabelece que o raio incidente, o raio refratado e a normal pertencem a um mesmo plano;

� Lei 02: Numa refração, o produto do índice de refração do meio no qual ele se propaga pelo seno do ângulo que o raio luminoso faz com a normal é constante (Lei de Snell-Descartes);

Refração� Quando um meio possui um índice de refração maior que o

meio em que a luz incide, o ângulo de refração atinge o seu limite de refração. A lei de Snell-Descartes pode ser usada para determinar o ângulo limite e incidência (maior valor possível é 90º, com o ângulo limite de incidência);

� Se a luz incidir num ângulo superior ao limite, ocorre o que éa denominada de reflexão total, ou seja, a luz retorna para o meio do qual ela se originou, não ocorrendo refração;

� Portanto, quando o ângulo é menor que o ângulo crítico (limite), a luz se reflete e se transmite, ao mesmo tempo;

� Porém, quando o ângulo é maior que o ângulo crítico, toda a luz se reflete (reflexão total);

Fonte de luz� LEDs (Light Emition Diode):

� Mais comuns, pois emitem luz invisível próxima do infravermelho. Oferecem melhor emissão de luz, mas as perdas de acoplamento são maiores nestes emissores;

� ILD (Injection LASER Diode):� Apenas o laser semicondutor encontra aplicação prática em sistemas de comunicação por fibras ópticas devido a custo, dimensões e tensão de alimentação. É mais indicado para sistemas de longas distâncias por acoplar maiores potências em fibras ópticas;

Codificador/decodificador� A luz chegando ao destino, o sinal luminoso édecodificado em sinais digitais por um segundo circuito chamado de foto-diodo. O conjunto dos dois circuitos échamado de CODEC (codificador/decodificador);

� Em longas distâncias (mais de meia milha, ou cerca de um km), ocorre alguma perda de sinal quando a luz étransmitida através da fibra. Por isso, é inserido um ou mais regeneradores ópticos ao longo do cabo;

Multiplexador� Multiplexação: diferentes tipos de sinais podem ser transportados por um sistema de transmissão óptico, ou seja, é um meio em que é possível transmitir dois ou mais canais de informação simultaneamente [35] [66].

Fibra óptica - vantagens� Segurança:

� Como não soltam faíscas, usar em ambientes onde existe perigo de incêndio ou explosões;

� O sinal transmitido através é difícil de interceptar;

� Transmitem luz:� Isolador elétrico (plástico e vidro);

� Maiores distâncias, velocidade alta e com baixa perda de transmissão;

� Tamanho e peso menores (aviões, navios e satélites);

Fibra óptica - desvantagens� Custo (equipamentos e componentes mais caros);

� Exige mão de obra especializada;

� Ainda, não é usada em redes locais comuns;

� Alimentação dedicada para repetidores;

� As pequenas dimensões das fibras ópticas exigem procedimentos e dispositivos de alta precisão na realização das conexões e junções;

Fibra óptica - Aplicação� Redes de computadores

� Sistema de comunicação (rede telefônica: maior distância e maior transmissão);

� Rede digital de serviços integrados (RDSI);� Cabos submarinos (+ 100Kg sem repetidores);� Televisão por cabo (maior qualidade no sinal e menor número de amplificadores; um cabo para 500 aparelhos domésticos) ;

� Redes locais de computadores;

Considerações finais

� Um dos maiores benefícios de uma rede é o compartilhamento de informações entre os usuários, no entanto, o avanço tecnológico experimentado pelas redes de computadores tem exigido dos sistemas de computação a capacidade de atender aos constantes aumentos das taxas de transmissão de dados para os diversos sistemas de informação;

Considerações finais

� Nesse quadro, as redes ópticas se apresentam como a alternativa tecnológica mais viável e assim, as fibras ópticas vêm substituindo gradativamente os cabos metálicos na infra-estrutura das redes de computadores e aumentando potencialmente a capacidade e a confiabilidade dos sistemas de informática existentes;