Camada Física
Introdução
Funções
Suporte
físico
Codificação e
modulação
Os tópicos a serem examinados
podem ser encontrados nos seguintes capítulos de livros:
Computer
Networks, Tanenbaum, cap. 2
Redes de
Computadores, Soares et alii, caps. 3, 4, 6 e 9
Outros bons livros de redes de
computadores, nos capítulos sobre camada física
do protocolo OSI
1. Introdução
Após a discussão sobre os
problemas no gerenciamento de E/S para o dispositivo de rede, se
torna interessante voltarmos ao estudo dos protocolos de redes
envolvidos efetivamente com o envio e recebimento de sinais na rede.
Como já examinado, os protocolos
de comunicação são estruturados em camadas.
Começaremos nosso estudo pela camada física, que é
aquela que trata diretamente das especificações de como
as máquinas se conectam fisicamente para permitir a
comunicação.
Devemos observar também que, apesar de seguirmos parcialmente o
modelo RM-OSI, grande parte do que será visto neste e nos próximos capítulos é originado de
outros protocolos, como os 802-xx para a camada de enlace ou TCP-IP para rede e transporte.
2. Funções
Como a função primária
da camada física é o estabelecimento de regras para a
ligação mecânica/elétrica entre máquinas,
pode-se estabelecer um conjunto de serviços que a mesma deve
prover à camada de rede. Esses serviços dependem, na
prática, de características do ambiente físico
em que se encontra a rede, as quais ficam, no momento, restritas a:
Definição
do suporte físico
Definição
de características eletromecânicas dos conectores
Definição
de técnicas de codificação
Definição de técnicas de modulação
Dessas características não
examinaremos aqui os detalhes eletromecânicos dos conectores
(RJ-45, RS-232, RS-449, RS-422, etc.), uma vez que são dados
tabelados e que não interferem na especificação
conceitual de uma rede. As demais funções serão
examinadas a seguir.
3. Suporte Físico
Suporte físico é, na
realidade, o elemento no qual serão transmitidas as mensagens
pela rede. Assim, os tipos de suporte físico disponíveis
são o par trançado, o cabo coaxial, a fibra ótica,
e o próprio ar. As diferentes capacidades de transmissão
e de imunidade a ruídos diferenciam a aplicação
de cada tipo de suporte. Outra restrição ao tipo de
suporte está ligada ao tipo de topologia adotado, uma vez que
nem sempre é conveniente usar um determinado tipo de
cabeamento para determinados tipos de topologia.
Outros aspectos a serem considerados são
o custo do cabeamento, sua flexibilidade e sua capacidade mecânica
(resistência física). Esse conjunto de fatores é
que determina, no final das contas, qual tipo de suporte físico
será adotado, exceto em aplicações específicas,
quando uma característica especial acaba sendo determinante
sobre as demais.
Uma consequência importante da escolha por um dado tipo de
suporte físico e da topologia usada é o mecanismo a ser adotado para o controle de acesso ao
meio. Diferentes combinações de suporte e topologia demandam diferentes técnicas para
definir quem pode transmitir a cada instante. Os protocolos IEEE 802-xx fazem exatamente a
definição dessas técnicas para redes em barramento, anel, sem-fio, etc.
4. Codificação e modulação
A transmissão de informações
entre duas máquinas envolve, na prática, o envio de
sinais (elétricos, eletromagnéticos ou óticos)
ao longo do suporte físico. Temos então ondas, que
sofrem sempre alguma forma de atenuação por parte do
meio em que estão sendo transmitidas. Essa atenuação
é proporcional a dois fatores: a frequência do sinal e
do seu espectro de potência.
A transmissão de sinais
em banda básica, isto é, em frequência e valores
exatamente iguais ao sinal a ser transmitido, é a forma mais
simples de se transmitir um sinal. Esse modo, porém, apresenta
forte atenuação em função de seu espectro de potência.
Isso faz com que o sinal em banda básica não possa ser
transmitido para distâncias maiores. Além disso, no
sinal em banda básica podemos ter longas sequências de
zeros ou uns, o que fatalmente faria as máquinas comunicantes
perderem o sincronismo entre si.
Para corrigir o problema de perda de
sincronismo e do espectro de potência ruim faz-se a codificação
do sinal a ser transmitido. Existem vários códigos
distintos que podem ser usados, como Manchester, Miller, Diferencial,
etc. O interessante nesses códigos é que todos procuram
provocar transições frequentes no sinal transmitido, mesmo que o
valor do bit na infomação permaneça constante
Finalmente, a modulação
do sinal corrige o problema de alcance em função da frequência do mesmo.
A modulação faz com que os sinais transmitidos sejam de uma frequência maior
(a portadora) e que o sinal modulado seja depois recebido pela máquina
destinatária do sinal, que o demodularia para extrair o sinal
real, num processo idêntico ao de transmissão de rádio ou televisão.
Essa modulação pode ser feita classicamente em amplitude, em
frequência ou ainda em fase, conhecidos pelas siglas ASK, FSK e PSK. Alternativas
mais recentes de modulação para transmissão de dados envolvem técnicas de
telefonia celular, como CDMA, GSM, etc.
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