aula03 camada física - meios de transmissão

Centro Universidade Anhanguera

de Campo Grande – Unidade 1

Superint. CENTRO-OESTE

Tec. Em Redes de

Computadores

Aula03 -Camada física -

Meios de Transmissão

Introdução aos Meios

•Um meio de transmissão, em termos gerais, pode se definido como qualquer coisa

capaz de transportar informações de uma origem a um destino.

•O meio de transmissão geralmente pode ser o espaço livre, um cabo metálico ou um

cabo de fibra óptica.

•A camada Física está ligada ao meio físico de rede e à sinalização. Essa camada

produz a representação e os agrupamentos dos bits, como voltagens, frequências de

rádio ou pulsos de luz.

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•Os materiais através dos quais flui a corrente oferecem graus variáveis de

oposição, ou resistência, ao movimento dos elétrons.

•Os materiais que oferecem pouca ou nenhuma resistência são chamados

condutores.

•Todos os materiais que conduzem eletricidade têm certa medida de resistência ao

fluxo de elétrons através deles.

•O termo atenuação é importante quando se estuda sobre redes. A atenuação se

refere à resistência ao fluxo de elétrons e porque um sinal se torna degradado ao

mover-se através do meio.

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•A letra R representa resistência. A unidade de medida para resistência é o ohm (Ω). O símbolo

vem da letra grega ômega.

•Os isolantes elétricos, ou isolantes, são materiais que permitem o fluxo de elétrons com grande

dificuldade ou não permitem tal fluxo de forma alguma. Exemplos de isolantes elétricos incluem

plástico, vidro, ar, madeira seca, papel, borracha e o gás hélio. Esses materiais têm estruturas

químicas muito estáveis, com elétrons em órbita firmemente presos aos átomos.

•Condutores elétricos, geralmente conhecidos como apenas condutores, são materiais que

permitem o fluxo de elétrons com grande facilidade. Eles fluem facilmente porque os elétrons

nas órbitas periféricas não estão fortemente ligados ao núcleo e são liberados com facilidade.

•À temperatura ambiente, esses materiais têm um grande número de elétrons livres que podem

oferecer condução.

•A introdução da voltagem faz com que os elétrons livres se desloquem, causando a passagem da

corrente.

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•Semicondutores são materiais onde a quantidade de eletricidade conduzida pode ser

controlada precisamente.

•Esses materiais estão listados juntos em uma coluna da tabela periódica. Os exemplos

incluem o carbono (C), germânio (Ge) e a liga arsenieto de gálio (GaAs). O mais

importante semicondutor, que faz os melhores circuitos eletrônicos microscópicos, é o

silício (Si).

•O silício é muito comum e pode ser encontrado na areia, no vidro e em muitos tipos

de rochas.

•A região de San Jose, na Califórnia, é conhecida como Vale do Silício porque a indústria

de computação, que depende de microchips de silício, começou nessa área

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os padrões do meio físico de cobre são

definidos por:

•Tipo de cabeamento de cobre utilizado;

•Largura de banda da comunicação;

•Tipo de conectores utilizados;

•Códigos de cor das conexões do meio físico;

•Distância máxima do meio físico;

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Especificações de Cabos

•Quais são as velocidades para transmissão de dados que podem ser alcançadas

quando se usa um determinado tipo de cabo?

•As transmissões serão digitais ou baseadas em tecnologia analógica?

•Qual é a distância que um sinal pode percorrer através de um certo tipo de cabo

antes que a atenuação desse sinal se torne um problema?

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•Alguns exemplos de especificações Ethernet relacionadas ao tipo de cabo incluem:

–10BASE-T

–10BASE5

–10BASE2

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•A 10BASE-T se refere à velocidade de transmissão a 10 Mbps. O tipo de transmissão é

banda de base, ou interpretada digitalmente. O T significa par trançado.

•A 10BASE5-T se refere à velocidade de transmissão a 10 Mbps. O tipo de transmissão

é banda de base, ou interpretada digitalmente. O 5 representa a capacidade do cabo

de permitir que o sinal transite aproximadamente 500 metros antes que a atenuação

venha a interromper a capacidade do receptor de interpretar corretamente o sinal

sendo recebido.

•A 10BASE5 é geralmente conhecida como Thicknet. A Thicknet é na realidade um

tipo de rede, enquanto que a 10BASE5 é o cabeamento usado naquela rede.

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•A 10BASE2 se refere à velocidade de transmissão a 10 Mbps. O tipo de transmissão é banda de

base, ou interpretada digitalmente.

•O 2 em 10BASE2 refere-se ao máximo comprimento aproximado de um segmento ser 200

metros, antes que a atenuação venha a interromper a capacidade do receptor de interpretar

corretamente o sinal sendo recebido. O comprimento máximo do segmento é de fato 185

metros.

•A 10BASE2 é geralmente conhecida como Thicknet. A Thicknet é na realidade um tipo de rede,

enquanto que a 10BASE2 é o cabeamento usado naquela rede.

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Meio físico de Cobre

•O meio físico mais utilizado para a comunicação de dados é o cabeamento

que usa fios de cobre para sinalizar dados e controlar bits entre os dispositivos

de rede

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Cabo de par trançado -UTP

•O cabeamento UTP (Unshielded twisted-pair), conforme utilizado nas LANs Ethernet, consiste em

quatro pares de fios coloridos codificados que foram trançados juntos e envolvidos em um revestimento

de plástico flexível.

•Cada um dos 8 fios individuais de cobre no cabo UTP é coberto por material isolante. Além disso, cada

par de fios é trançado em volta de si.

•Esse tipo de cabo usa apenas o efeito de cancelamento, produzido pelos pares de fios trançados para

limitar a degradação do sinal causada por EMI e RFI.

•O trançado dos fios visa cancelar os sinais não desejados. Quando dois fios de um circuito elétrico são

colocados juntos, os campos eletromagnéticos externos criam a mesma interferência em cada fio.

•Os pares são trançados para manter os fios fisicamente o mais próximos possível.

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Vantagens

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•Ele é fácil de ser instalado e mais barato que outros tipos de meios de rede.

•O UTP custa menos por metro do que qualquer outro tipo de cabeamento de redes locais.

•Tem o diâmetro externo pequeno,

•Não enche os dutos de cabeamento tão rapidamente quanto outros tipos de cabo.

•O UTP é instalado usando-se um conector RJ, fontes potenciais de ruído na rede são muito

reduzidas e uma conexão bem sólida é praticamente garantida.

Desvantagens

•O cabo UTP é mais propenso a ruído e a interferência elétrica do que outros tipos de

meios físicos de rede;

•A distância entre amplificações dos sinais é menor no UTP do que nos cabos coaxiais

e de fibra óptica.

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DECIBEL

Diafonia(CrossTalk)

•A diafonia ou linha cruzada é a interferência provocada pelo campo eletromagnético

ao redor dos pares adjacentes dos fios do cabo. Quando uma corrente elétrica passa

pelo fio, ela cria uma campo magnético circular ao redor do fio. Com o fluxo em

direções opostas nos dois fios do par, os campos magnéticos - iguais mas de sentidos

opostos - têm efeito de cancelamento um no outro. Além disso, os diferentes pares de

fios no cabo utilizam um número diferente de trançado por metro para ajudar a

proteger o cabo de diafonia entre os pares.

•O trançado dos fios visa cancelar os sinais não desejados. Quando dois fios de um

circuito elétrico são colocados juntos, os campos eletromagnéticos externos criam a

mesma interferência em cada fio. Esse efeito é chamado de cancelamento.

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Diafonia(CrossTalk)

DIAFONIA - NEXT

É a diferença da intensidade entre o sinal original de um par em uma

extremidade e a interferência na mesma extremidade do cabo causada por outro

par. Quanto maior o next melhor, já que significa que o sinal original está alto em

relação à interferência.

DIAFONIA - FEXT

É a diferença da intensidade entre o sinal original de um par em uma

extremidade e a interferência na outra extremidade do cabo causada por outro

par. Ocorre no início da transmissão onde o sinal ainda é forte, por isso a

degradação do sinal é quase imperceptível.

DIAFONIA - PSNEXT

Não é medido e sim calculado.

É o somatório do efeito NEXT de um par sobre os outros 3 pares do cabo.

São analisados 4 efeitos do PSNEXT em cada cabo, pois cada par dos 4 existentes é

avaliado.

Deve-se aceitar um valor de intensidade de crosstalk menor, mesmo que em um número

maior de pares do que um nível elevado de crosstalk em um número menor de pares.


•As características elétricas do cabeamento de cobre são definidas pelo Institute of Electrical and

Electronics Engineers (IEEE).

•O IEEE avalia o cabeamento UTP de acordo com o desempenho.

• Os cabos são colocados em categorias de acordo com a capacidade de transportar taxas mais

elevadas de largura de banda.

• Por exemplo, o cabo Category 5 (Cat5) é mais utilizado nas instalações 100BASE-TX

FastEthernet.

•Outras categorias incluem o cabo Enhanced Category 5 (Cat5e) e Category 6 (Cat6).

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Atenuação e Perda por Inserção em Meios deCobre

A impedância normal, ou característica, de um cabo Cat5 é de 100 ohms.

Tipos de Cabo UTP

•Cabo Direto (Ethernet)•Cabo Cruzado ou Crossover (Ethernet)•Cabo Rollover ou de Console

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Categorias dos cabos

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Cabo STP

•O cabo de par trançado blindado (STP) combina as técnicas de blindagem, cancelamento e

trançamento de fios.

•Cada par de fios é envolvido por uma malha metálica. Os dois pares de fios são totalmente

envolvidos por uma malha ou folha metálica. Geralmente é um cabo de 150 Ohm.

•Conforme especificado para utilização nas instalações de rede Token Ring, o STP reduz o ruído

elétrico dentro dos cabos como ligação dos pares e diafonia.

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Cabo STP

•O STP reduz também ruídos eletrônicos externos dos cabos, por exemplo a

interferência eletromagnética (EMI) e interferência da freqüência de rádio (RFI).

•O cabo de par trançado blindado compartilha muitas das vantagens e desvantagens do

cabo de par trançado não blindado (UTP).

•O STP oferece maior proteção contra todos os tipos de interferência externa, mas é

mais caro e difícil de instalar do que o UTP.

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Cabo STP

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Cabo ScTP

•Um novo híbrido do UTP como o STP tradicional é o Screened UTP (ScTP), também

conhecido como Foil Twisted Pair (FTP). O ScTP é basicamente o UTP envolvido em uma

blindagem de folha ou malha metálica.

•ScTP, como o UTP, também é um cabo de 100 Ohm.

•É altamente improvável que o verdadeiro cabo STP seja usado em um trabalho de

instalação de cabos.

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Cabo ScTP

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Considerações sobre o STP e o ScTP

•Os materiais da blindagem metálica no STP e no ScTP precisam estar aterrados nas

duas extremidades. Se o aterramento for feito incorretamente ou se houver qualquer

discontinuidade no comprimento inteiro do material blindado, o STP e o ScTP

podem se tornar suscetíveis a grandes problemas de ruído.

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Cabo Coaxial

•O cabo coaxial consiste em um condutor de cobre envolvido por uma camada de

isolamento flexível

•Sobre esse material de isolamento há uma malha de fios de cobre que atua como o

segundo fio do circuito e como uma proteção para o condutor interno. Essa segunda

camada, ou proteção, também reduz a quantidade de interferência eletromagnética

externa. Sobre esta proteção está o revestimento do cabo.

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Cabo Coaxial

•O cabo coaxial oferece muitas vantagens às redes locais.

•Pode cobrir maiores distâncias que o cabo de par trançado blindado (STP), cabo de par

trançado não blindado (UTP), e cabo de par trançado "screened" (ScTP) sem a

necessidade de repetidores.

•O cabo coaxial é mais barato do que o cabo de fibra óptica e a tecnologia é bem

conhecida.

•Ele tem sido usado por muitos anos em vários os tipos de comunicação de dados

inclusive televisão a cabo.

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Propósito do cabo coaxial

•O projeto do cabo coaxial foi adaptado devido a diferentes propósitos. O coaxial é um tipo de

cabo importante utilizado pelas tecnologias de acesso sem fio e a cabo.

•O cabo coaxial transporta a energia de radiofrequência (RF) entre as antenas e o equipamento

de rádio.

•O coaxial também é o meio físico mais utilizado para transportar sinais de alta frequência por fio,

especialmente sinais de TV a cabo. A TV a cabo tradicional, transmitida de forma exclusiva em

uma direção, foi completamente forma

•Os provedores de serviço a cabo estão, atualmente, convertendo os sistemas unidirecionais

para bidirecionais para fornecer conexão à Internet aos clientes. Para fornecer esses serviços,

partes do cabo coaxial e dos elementos de amplificação de suporte serão substituídos por cabos

ópticos multi-fibra. No entanto, a conexão final e a fiação interna no local do cliente ainda é de

cabo coaxial. O uso combinado de fibra e coaxial é conhecido como hybrid fiber coax (HFC).da

por cabo coaxial.

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Interferências externas

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Limitando a interferfência

•Seleção de tipos de cabo ou categorias mais adequadas à proteção dos sinais de

dados em um determinado ambiente de rede

•Desenvolvimento de uma infra-estrutura de cabos para evitar fontes conhecidas e

potenciais de interferência na estrutura do prédio

•Utilização de técnicas de cabeamento que incluam a correta manipulação e conexão

dos cabos

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Meio óptico

•O cabeamento de fibra óptica utiliza vidro ou fibras de plástico para orientar os pulsos

de luz da origem ao destino.

•Os bits são codificados na fibra como pulsos de luz. O cabeamento de fibra óptica

suporta amplas taxas de largura de banda.

•A maioria dos padrões de transmissão atuais já se aproximam do potencial de largura

de banda desse meio físico.

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Componentes de uma fibra

•É composto de 5 partes. As partes são: o núcleo, o revestimento interno, umbuffer, um material reforçante, e uma capa externa.•O núcleo é o elemento de transmissão de luz no centro da fibra óptica. éfeito de vidro com uma combinação de dióxido de silício (sílica) e outroselementos.•Ao redor do núcleo está o revestimento interno. O revestimento interno étambém feito de sílica, Ajuda na Propagação do Sinal;•Envolvendo o revestimento interno existe um material de buffer quegeralmente é plástico. O material de buffer ajuda a proteger o núcleo e o

revestimento interno contra danos.•O material reforçante envolve o buffer, impedindo que o cabo da fibra sejaesticado quando os instaladores o puxem. O material freqüentemente usadoé Kevlar, o mesmo material usado para produzir coletes a prova de balas.•O elemento final é a capa externa. A capa externa envolve o cabo paraproteger a fibra contra abrasão, solventes e outros contaminantes. 40

Fibra Multimodo

•A parte de uma fibra óptica através da qual os raios de luz se propagam é camada núcleo da

fibra;

•Uma vez que os raios tenham entrado no núcleo da fibra, existe um número limitado de

caminhos ópticos que podem ser seguidos pelo raio de luz através da fibra. Estes caminhos

ópticos são chamados modos.

•Se o diâmetro do núcleo da fibra for suficientemente grande para que hajam muitos caminhos

por onde a luz pode se propagar através da fibra, a fibra é chamada fibra "multimodo".

•Cada cabo de fibra óptica usado para redes consistem em duas fibras de vidro em

revestimentos separados. Uma fibra transporta dados transmitidos do dispositivo A até o

dispositivo B.

•A segunda fibra transporta dados do dispositivo B ao dispositivo A.

•Isso proporciona um link de comunicação full-duplex.41

Fibra Multimodo

•Um cabo de fibra óptica multimodo padrão usa fibra óptica com um núcleo de 62,5 ou 50

microns e um revestimento interno de 125 microns de diâmetro. Esta é comumente designada

como fibra óptica de 62,5/125 ou 50/125 microns. Um micron é um milionésimo de um metro.

•A fibra multimodo (62,5/125) pode transportar dados a distâncias de até 2000 metros (6.560 ft).

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Fibra monomodo

•Consiste nas mesmas partes que o multimodo;

•A maior diferença entre a fibra multimodo e monomodo é que a monomodo permite

que somente um modo de luz se propague através do núcleo menor da fibra óptica;

•Os núcleos mais comuns são os de nove microns. Uma marcação 9/125 no

revestimento da fibra monomodo indica que a fibra do núcleo tem um diâmetro de 9

microns e o revestimento interno é de 125 microns em diâmetro;

•Devido a este desenho, a fibra monomodo é capaz de taxas mais altas de transmissão

de dados (largura de banda) e maiores distâncias de lances de cabo que a fibra

multimodo. A fibra monomodo pode transportar dados de rede local até 100Km.

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Comparações

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Fibra Comparada ao Cabeamento de Cobre

•Considerando que as fibras utilizadas no meio físico não são condutores elétricos, o meio físico

estará imune à interferência eletromagnética e não conduzirá correntes elétricas indesejadas.

Pelo fato das fibras ópticas serem finas e terem relativamente uma perda de sinal menor, elas

podem operar em distâncias muito maiores do que o meio físico de cobre, sem a necessidade de

repetição do sinal. Alguns padrões de fibra óptica permitem distâncias que podem chegar a

quilômetros.

•A implementação do meio físico de fibra óptica inclui:

–Mais gasto (em geral) do que o meio físico de cobre pela mesma distância (porém, por

mais capacidade);

–Diferentes habilidades e equipamentos exigidos para conectar a infra-estrutura dos cabos;

–Mais cuidado na manipulação do que o meio físico de cobre;

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Meios Sem Fio

•O meio físico sem fio transmite sinais eletromagnéticos nas frequências de

rádio e de microondas que representam os dígitos binários de comunicação

de dados.

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Tipos de Padrões

•Padrão IEEE 802.11 - Geralmente conhecido como Wi-Fi, é uma tecnologia Wireless LAN (WLAN)

que utiliza a contenção ou sistema não-determinístico com o processo de acesso ao meio físico

Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA).

•Padrão IEEE 802.15 - padrão Wireless Personal Area Network (WPAN), conhecido como

"Bluetooth", utiliza um dispositivo de processo em pares para se comunicar a distâncias entre 1 e

100 metros.

•Padrão IEEE 802.16 - Mais conhecido como WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave

Access), utiliza uma topologia ponto-multiponto para fornecer acesso de banda larga sem fio.

•Global System for Mobile Communications (GSM) - Inclui as especificações da camada Física

que permitem a implementação do protocolo Camada 2 General Packet Radio Service (GPRS)

para fornecer a transferência de dados pelas redes de telefonia celular móvel.

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Conectores

•Diferentes padrões da camada Física especificam o uso de diferentes conectores.

•Esses padrões especificam as dimensões mecânicas dos conectores e as propriedades elétricas

aceitáveis de cada tipo para as diferentes implementações nas quais elas serão empregadas.

•Embora alguns conectores pareçam iguais, eles podem ser conectados de forma diferente, de

acordo com a especificação da camada Física para a qual eles foram desenvolvidos.

•O conector RJ-45 especificado como ISO 8877 é utilizado para várias especificações da camada

Física, uma das quais é a Ethernet. Outra especificação, EIA-TIA 568, descreve os códigos de cor

dos fios para conectar nos devidos pinos (pinouts) para um cabo direto Ethernet (straight-

through) ou um cabo crossover (cruzado).

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Conector RJ45

•Os padrões EIA/TIA especificam o uso de um conector RJ-45 para cabos UTP. As letras

RJ representam Registered Jack, e o número 45 se refere a uma seqüência específica de

cabeamento. Um conector transparente RJ-45 mostra oito fios coloridos. Quatro desses

fios transportam a voltagem e são denominados "TIP" (T1 a T4). Os outro quatro fios são

aterrados e são conhecidos como "RING" (R1 a R4).

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Conectores de fibra óptica

•Os conectores de fibra óptica existem em diversas formas. A figura mostra as mais comuns:

•Straight-Tip (ST) (marca registrada da AT&T) - conector no estilo baioneta muito utilizado com a

fibra multimodo.

•Subscriber Connector (SC) - conector que utiliza o mecanismo push-pull para assegurar a

inserção correta. Esse tipo de conector é bastante utilizado com a fibra monomodo.

•Lucent Connector (LC) - pequeno conector que está se tornando popular para uso com fibras

monomodo e também no suporte de fibras multimodo.

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Conectores

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Sinais e ruídos - Atenuação

•A atenuação é a redução da amplitude do sinal ao longo de um link.

•Longos comprimentos de cabos e altas freqüências de sinais contribuem para

uma maior atenuação dos sinais.

•A atenuação em um cabo é medida por um testador de cabos usando as mais

altas freqüências indicadas para o regime do cabo.

•A atenuação é expressa em decibéis (dB) usando números negativos. Os valores

dB negativos menores indicam um desempenho melhor do link.

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Fontes de Ruído nos Meios de Cobre

•O ruído é qualquer energia elétrica no cabo de transmissão que torna difícil ao

receptor a interpretação dos dados enviados pelo transmissor;

•Diafonia – é o efeito pelo qual um sinal transmitido em um circuito ou canal de um

fio cria um efeito indesejado em outro circuito ou canal;

•O cabo de par trançado é desenhado para aproveitar-se dos efeitos da diafonia a fim

de minimizar o ruído. Em um cabo de par trançado, um par de fios é usado para

transmitir um sinal.

•O par de fios é trançado para que cada fio sofra diafonia similar.

•Já que um sinal de ruído em um fio aparenta ser idêntico ao do outro fio, o ruído

poderá ser facilmente detectado e filtrado no receptor.

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Referências

•Material Cisco•Comunicação de Dados e Redes de Computadores - Forouzan

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Technology