2 Classificação das Transmissões de Dados

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1 1 Cabeamentos Os cabeamentos na transmissão de dados apresentaram sempre inúmeras finalidades: Conectar computadores com outros computadores de mesma plataforma Conectar computadores de plataformas diferentes, Computadores com máquinas de produção o Efetuando coletas de dados de sensores dos mais variados tipos Temperatura, pressão, tensão, vazão, ph, etc Contagem de peças o Controlando manufatura de toda espécie de produtos Esses cabeamentos podem empregar aparelhos que estabelecem compartilhamentos, chaveamentos, filtros ou rotas para os dados nesses cabeamentos. Os padrões desses cabeamentos são tão variados quanto suas aplicações, sendo suas normalizações definidas por duas entidades: IEEE Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos dos EUA ITU União Internacional de Telecomunicação Europeu 2 Classificação das Transmissões de Dados As transmissões de dados é método mais comum de enviar dados entre dois DTEs 1 (computadores, controladores etc) ou ainda, entre um DTE e um DCE (Servidor de Comunicações). 2.1 Modo: Serial Os padrões mais populares para esse tipo de transmissão serial (bit a bit) são os seguintes: RS Modo: Paralela Nessa transmissões os dados são enviados por vários canais simultaneamente, gerando um volume efetivos de dados transmitidos maior. Os cabos entre portas paralelas tinha essa característica. 3 Cabeamentos para Dados Os cabeamentos para dados, evoluíram dos cabeamentos empregados para voz, sendo que vários padrões foram desenvolvidos por empresas de telefonia dos EUA, como a Bell Labs e a AT&T, e do comitê europeu de telefonia o atual ITU - International Telecommunication Union (antigo CCITT). 1 DTE: Data Terminal Equipament = Equipamento para Termina de Dados 1

2 Uma das grandes dificuldades nas transmissões de dados foram as interferências (naturais ou artificiais) do meio ambiente como: Campos eletromagnéticos( motores e reatores), Ondas de Rádio ( Broadcasting, Radio Amador, Telefones Sem-Fio, Micro- Ondas etc. ) A melhor solução para os vários tipos de cabeamentos foi durante um bom tempo o cabo coaxial, cuja construção apresenta uma disposição onde o fio com os dados fica no centro de uma capa plástica envolvida por uma malha radial metálica, que aterrada, isola os dados dessas interferências. Esse cabo foi substituído em eficiência, porém com valor muito maior, pelas fibras óticas. Várias plataformas de computadores do grande porte aos microcomputadores se beneficiaram dos cabeamentos coaxiais, sendo empregados na época com impedância de 50 ohms para dados. No padrão Ethernet, cuja especificação técnica do IEEE é a IEEE responsável pelo CSMA/CD, podemos encontrar dois desenvolvimentos de cabos coaxiais de 50 ohms. Esse tipo de cabo volta ao cenário de transmissão de dados conectando as placas de redes WiFi, conectando antenas externas ou internas, até os cabos de interface, que conectam esses cabos grossos com a placa de rede WiFi, conhecidos por cabo Pigtail (rabo-de-porco). Outra área onde o emprego dos cabos coaxiais também é presente são CableTV (CATV). Essas instalações são as mais populares nos provedores de serviços integrados: TV à Cabo, Telefone e Internet de Banda-Larga. Nessas instalações o cabeamento empregado é 75 ohms (RG-6). Alimentam os cable-modems com os três serviços, sendo usando na entrada e na distribuição dos recursos nos clientes. 3.1 Cabo Coaxial Grosso ou Thicknet (10Base-5): O padrão Ethernet teve um desenvolvimento de cabos com malha de isolamento duplo, conhecido por Ethernet Padrão ou Coaxial Grosso. Esse padrão teve conseguiu expandir o alcance dos segmentos das redes até 500 metros com uma taxa de transmissão de 10 Mb/s (Megabits por segundo) e a classificação como 10Base-5 ( 10 da taxa de 10 Mb/s (Baseband) e o 5 dos 500 metros ). Outras características do 10Base-5: Comprimento máximo de 500 metros para um segmento. É permitido no máximo dois repetidores entre dois dispositivos. O cabeamento poderá apresentar um comprimento total de no máximo 2,5 Km. 2

3 As conexões necessitam de transceivers para permitir a conexão com placas de rede, sendo a conexão entre o cabo 10Base-5 e a placa de rede feita com um cabo AUI, com no máximo de 50 metros. A distância mínima entre dois transceivers é de 2,5 metros. A quantidade máxima de transceivers em cada segmento é de 100 aparelhos. As duas extremidades do cabo coaxial devem receber um conector resistivo de 50 ohms, e o cabeamento ficará com impedância de 25 ohms. Uma das extremidades do cabo deve ser conectada ao aterramento. Esse cabeamento além da maior distância apresenta a maior estabilidade das conexões. Conectores serie N para as extremidade e para os casos dos cabos segmentados. Nas redes locais esse tipo de cabeamento foi muito empregado como backbone, que é o cabeamento mestre, que conectavam, entre si, as diversas redes locais de uma empresa. 3.2 Cabo Coaxial Fino ou ThinNet (10 Base-2) Os cabos coaxiais finos ou 10Base-2 foram empregados buscando reduzir os custos, sob pena de perder a característica mais importante dos cabos coaxiais grossos, que era a estabilidade obtida por um cabo sem interrupção. Essa rede onde o cabeamento de camada isolante simples e apresenta as seguintes características: 3

4 Permite um comprimento máximo de 182 metros (cuja indicação de padrão é 2 para indicar 200 metros), numa taxa de 10 Mb/s. Nesse cabeamento, os segmentos de cabo Terminador interligando as nics comporão o cabeamento, Resistivo sendo o conector entre eles o Conector Te, conectado diretamente ao conector BNC (Bayonet Neill-Concelman) da placa de rede, sem emprego de cabo. No máximo 30 conexões estarão ligadas a um segmento. Nas extremidades serão empregados terminadores resistivos de 50 ohms, que dado ao arranjo o cabeamento deverá apresentar uma resistividade Conector de 25 ohms. BNC Para um funcionamento eficiente contra interferências eletromagnéticas, uma das extremidades de cada segmento de cabeamento deverá está ligada ao aterramento exclusivo para a rede. Conector Tê 3.3 Cabo Par-Trançado ou 10Base-T Esse cabeamento cujas características são uso de cabo baixo custo por metro com terminadores plásticos também baratos, conectados a um compartilhador (hub) ou chaveador (switch). Essa tecnologia buscou aproveitar os desenvolvimentos dos laboratórios americanos de telefonia, que concentraram seus esforços num padrão denominado EIA/TIA2568, inicialmente sua versão A, válida até 2000, sendo substituída pela norma EIA/TIA-568B de Esse cabeamento pode ser encontrado, normalmente, empregado com cabos trançados, sendo que na categoria 3, foi possível o uso de cabos com os fios em paralelo. A impedância desses cabos é 100 ohms. Conector RJ-45 A vantagem dos cabos trançados é a redução dos campos eletromagnéticos de cada fio, que pode atenuar o sinal elétrico, dificultando a passagem dos dados. 2 EIA = Eletronics Industries Association TIA = Telecomunications Industry Association 4

5 Campos Eletro-magnéticos Crosstalk ou Diafonia é a medida da interferência que a superposição dos campos eletro-magnéticos provoca. Esses cabos apresentam uma classificação em categorias segundo em taxas de transmissão: Categoria 3 até 16 Mb/s (Ethernet) Categoria 4 até 20 Mb/s (Ethernet ou Token-Ring ) Categoria 5 até 100 Mb/s à 100 Mhz (Fast Ethernet em modo full-duplex garantido = 4 pares de dados ) Categoria 5e de 100 Mb/s até 1000 Mb/s à 100 Mhz (Fast Ethernet em modo fullduplex garantido = 4 pares de dados ) Categoria Base-T ou 1Gbase-T - 1 Gb/s à 4 pares com freqüências de até 250 Mhz. Categoria 6a 1000Base-T ou 1Gbase-T - 1 Gb/s à 4 pares com freqüências de até 500 Mhz. Suporta até 10 Gb/s. Categoria 7 10Gbase-T 10 Gb/s com frequência de até 600 Mhz com Cabo TP blindado (S/FTP). Categoria 7a 10Gbase-T 10 Gb/s com frequência de até 1000 Mhz com Cabo TP blindado (S/FTP). Os conectores para esse padrão serão metálicos e aterrados Filme no Conjunto Filme por Par UTP S/UTP S/STP Norma ISO A designação formal para os cabos de cobre (copper) foi estabelecida numa norma ISO/IEC 11801, que dispõe sobre sistemas de cabeamento (cabeamento 5

6 estruturado) de propósito geral, que é abrangente para uma ampla variedade de aplicações como: telefonia analógica e ISDN (duas linhas de dados + uma linha de voz), vários padrões de sistemas de comunicações de dados, sistemas de controle de edifícios, automação de fábricas etc. Ela abrange cabeamento balanceados de cabeamento de cobre e cabeamento de fibras óticas. O padrão foi projetado para uso com propósitos comerciais, que consistem desde edifícios isolados até múltiplos prédios, como num campus. Sua premissa de otimização foi para distâncias de até 3Km, escritórios com área de até 1 Km 2, com população entre 50 a pessoas, sendo possível ser aplicada para instalações fora desses intervalos. Um padrão correspondente, para instalações de escritórios pequenos ou escritórios residenciais (SoHo) é a norma ISO/IEC 15018, a qual abrange também links de 1.2 GHz para aplicações de TV a cabo ou satélites Classes e Velocidades O padrão define muitas classes para interconexões de cabos Par-Trançados (TP) de cobre (todos com impedância de 100Ω), com suas freqüências máximas e suas categorias. Classe A até 100KHz cabos categoria 1 Classe B até 1 MHz cabos categoria 2 Classe C até 16 Mhz cabos categoria 3 Classe D até 100 Mhz cabos categoria 5e Classe E até 250 Mhz cabos categoria 6 Classe E A até 500 MHz cabos cat. 6 A Classe F até 600 Mhz cabos cat. 7 Classe F A até 1000 MHz cabos cat. 7 A Conectores para TP Os conectores para os cabos TP tradicionais categorias 3, 4 e 5 são os RJ-45, os quais são crimpados aos cabos UTP. Os conectores RJ-45 não apresentavam guias de montagem que facilita sobremaneira o arranjo dos fios antes da crimpagem. Para a categoria 5e os conectores já existem conectores apropriados que apresentam melhorias de materiais. Para as categoria 6 os conectores são próprios para ela, os materiais são melhorados, mas continuam sendo RJ- 45. Podem inclusive apresentar blindagem metálica no conector, necessidade quase que certa na categoria 7, que ainda esta em desenvolvimento. 6

7 3.3.4 Arranjo Comerciais dos Fios Existem atualmente 3 disposições, comerciais, para os fios dos cabos TP diretos, isto é aqueles que não apresentam inversões de seus fios. São chamados cabos diretos, isto significa que a montagem dos fios nos conectores é idêntica nas duas extremidades. O IEEE reconhece dois arranjos para os cabos TP, são conhecidos por T568-A, que é o mais popular, o T568-B, e o USOC ( ). A Unicamp emprega o padrão T568-A. Os layouts dos cabos são os seguintes: Os layouts levam ainda em conta a presença dos compartilhadores de modo a promover as ligações entre os pinos que transmitem dados (TX) aos pinos que recebem dados (RX) do outro computador. A condição universal para qualquer transmissão de dados é cada dispositivo Enviar dados para a Recepção de Dados do outro e, buscar na recepção os dados que o outro dispositivo enviou. Nesses casos o layout de montagem dos cabos TP podem diretos, isto é, sem inversão do pinos no cabo. Os cabos destinados a conexão direta de um microcomputador a outro, apresentando a inversão na montagem dos cabos é de denominado cabo de pinagem cruzada ou cross-over. Cabo de Pinagem Direta Montagem empregando duas extremidades com montagem T568A. 7

8 Cabo de Pinagem Cruzada ou Cross-Over Montagem empregando uma montagem T568A e um T568B Atualmente os modernos aparelhos de conexão switch de tecnologia de Gigabits permitem o uso de qualquer tipo de pinagem direta ou cruzada. 4 Cabeamento Estruturado Como os cabeamentos de dados empregando os cabos TP, tiveram sua origem em cabeamentos de telefonia, seria natural que uma normalização buscasse a integração desses serviços (telefonia + dados), e como outros serviços são comuns nos edifícios comerciais como: sistemas de vigilância (imagens de monitoramento), 8

9 sensores de presença, sonorização ambiente, controles de ar-condicionado, sensores de fumaça, chuveiros automáticos (sprinklers) e outros sistemas antiincêndio, passassem a serem incorporados aos cabeamentos estruturados. O cabeamento estruturado emprega componentes específicos para a tecnologia como patch panels (painéis com conectores RJ-45 frontais e blocos 110 no verso), que colaboram com a organização e padronização das conexões. O emprego de cabeamento diferenciados (sólido para a parcela embutida) e flexível para os cabos externos (patch cables), garantem um melhor aproveitamento das instalações. 4.1 Componentes dos Cabeamentos Estruturados Os são divididos em seis conjuntos: 1. Equipamentos de Entrada (Entrance Facilities) 2. Salas de Equipamentos (Equipments Rooms) 3. Salas de Equipamentos de Telecomunicação (Telecommunications Rooms) 4. Cabeamento Vertical entre Salas de Equipamentos (Backbone Cabling) 5. Cabeamento Horizontal (Horizontal Cabling) 6. Componentes das Áreas de Trabalho (Work-area Components) Seis Componentes 9

10 Os Equipamentos de Entrada (Entrance Facilities) são compostos pelos equipamentos que conectam os prédios com o ambiente externo: telefonia convencional, conexão de Internet, Sistema de monitoramentos (Segurança privada) etc. Sala de Equipamentos (Equipments Room). A Sala de Equipamentos (Equipments Room) é composta pelos equipamentos de infra-estrutura interna do prédio: Servidores de Bancos de Dados (Datacenter), Sistemas de armazenamento de dados (storages), Sistemas de Baterias (Nobreaks), Equipamentos de Armazenamento de Imagens de Segurança, Controles de Ar-Condicionado, Sensores de Presença, Controles de Iluminação etc. Salas de Telecomunicação (Telecommunications Rooms). As Salas de Equipamentos de Telecomunicação (Telecommunications Rooms) são as centrais de distribuição dos recursos de Telecom nos pavimentos dos edifícios, setorizando essa distribuição. Essas salas comunicam-se com o a Sala de Equipamentos através do Cabeamento Vertical. Cabeamento Vertical (Backbone Cabling) Cabeamento Vertical (Backbone Cabling) é estrutura de comunicação que inteliga os pavimentos, através de suas salas de Equipamentos, para cabeamentos usando cabos TP a máxima distancia é de 100 m. Cabeamento Horizontal (Horizontal Cabling) O Cabeamento Horizontal é a comunicação distribuída pelo pavimento conectando os dispositivos de Área de Trabalho (Work-Area) até sua respectiva Sala de Telecomunicação. Nessa estrutura é permitido o emprego de um quadro de equipamentos intermediário, com finalidade de redução de excesso de cabos que se acumula para instalações afastadas. Devemos ainda lembrar que o cabeamento Par- Trançado limita o máximo comprimento para esses cabeamentos em 100m (considerando 90m na horizontal e 10m para as subidas e descidas de cada segmento). Área de Trabalho (Work-Area), A Área de Trabalho (Work-Area), corresponde a entrega da comunicação (Dados e Telefonia, no mínimo) diretamente nas ilhas de trabalho dos usuários. Podemos empregar os cabos flexíveis (TP), de conexão dos conectores RJ-45 até a placas dos comutadores, com um comprimento máximo. Podem ser substituídos os cabos Par-Trançados (mais populares), por fibra óticas, que tem uma normalização própria para cada tipo de instalação e modo de fibra. 5 Fibras Óticas São as estruturas de transmissão de dados mais eficientes, atualmente, pois não são afetadas por nenhum tipo de interferência eletro-magnética, pois conduz luz Laser. 10

11 As fibras óticas são compostas por dois componentes: o núcleo (que conduz a luz) e a casca ( que envolve a fibra ). O núcleo é obtido à partir de silício que vai sendo beneficiado até o máximo de pureza, sendo aí melhorado através da adição de gazes nobres melhorando suas características de condução de luz. O núcleo sem a casca não conseguiria conter a luz no seu interior perdendo-se na lateral principalmente nas curvas. A diferença do Índice de Refração dos dois componentes (casca e núcleo), confere ao núcleo um aspecto espelhado, que ajuda a conduzir a luz por uma distância maior. A luz transmitida nas fibras é a luz Laser que tem como características todas as suas ondas serem paralelas, não se propagando em todas as direções como os demais tipos de luz. A luz empregada é do espectro não-visivel, com comprimentos de ondas, mais comuns, entre 800 a 1600 ηm (nanômetros), cor Infra-Vermelha, não devendo tentar observá-la sob pena de lesar os olhos. Trabalham nas conexões de dados, normalmente bidirecionais, com duas fibras para cada conexão, uma só para transmissão e a outra só para recepção ( TX + RX), compondo um transmissão duplex, isto é, o tráfego dos dados ocorre nas duas direções ao mesmo tempo. Podemos encontrar instalações com fibras isoladas em aparelhos que geram transmissões de dados numa única direção, ou seja, transmissão simplex. Esses dispositivos de leituras (vazão, contadores de peças, temperatura, pressão etc.) a transmissão pode empregar uma única fibra. Para situações onde necessitamos de muitas conexões simultaneamente, podemos empregar cabos óticos multi-pares, que acomodam dentro da mesma capa várias pares de fibras óticas. Isso melhorar o custo benefício dos cabos óticos, principalmente naqueles para condições especiais de reforços mecânicos, e reforços plásticos e metálicos para as fibras. Para condições externas as fibras necessitam pelo menos uma capa de PVC preto e reforços para permitir tração no cabo para a passagem em tubulações, para evitar a luz do sol. As fibras óticas pode ser de dois tipos segundo sua capacidade de transmitir a luz, em: Multimodo Monomodo Fibra multimodo Fibra monomodo 11

12 A fibra multimodo apresenta um diâmetro maior, o que permite que o raio de luz seja refletido pela lateral da fibra, nas curvas e, justamente essa reflexão vai reduzir o desempenho final da fibra. A fibra monomodo é tão fina que a luz não consegue fazer essas reflexões nas laterais e segue somente numa direção. 5.1 Fibra Multimodo Fibras óticas multimodo são as mais populares, atualmente, e são as que transmitem os dados às menores distâncias. Essa capacidade de conduzir a luz está diretamente ligada a bitola do núcleo da fibra ótica, sendo a fibra monomodo que apresenta o núcleo mais fino entre 52,5 a 62,5 µm (micra) e com a casca a bitola da fibra vai para 125 µm. As fibras necessitam cuidados com os raios das curvas a ela aplicados, pois podem ser raios muito apertados comprometer sua capacidade de condução da luz, chegando até mesmo a partí-las. Existem várias maneiras de emendar fibras partidas, porém é um processo especializado, caro e demanda aparelhos especiais para todas as etapas, determinação da posição da ruptura, fusão, e verificação do resultado. Os padrões para as fibras óticas definidos pelo IEEE foi inicialmente o 10Base-FL (10 Mb/s FOIRL= Fiber Optic Inter Repeater Link), que atingia distancias de até 2 Km com fibras multimodo. A próxima evolução dos padrões para a fibra foi o 100Base-FX, que também atinge 2 km em modo de transmissão full-duplex, não é compatível com o padrão 10Base-FL. O padrão TIA 100Base-SX, é incompatível com 100Base-FX, pois o SX busca uma compatibilidade com com padrão 10Base-FL, permitindo uma auto negociação de taxa (10 ou 100). Outros padrões são: 1000Base-SX que emprega 1 Gb/s usando fibra multimodo (até 275 m), 1000Base-LX transmite 1Gb/s usando fibra multimodo até 550m. Nos padrões 10GBase-SR e 10GBase-LX4 nas fibras óticas convencionais as distâncias são de apenas 33metros e 300 metros, respectivamente. Para melhorar essas distâncias foi desenvolvido um padrão especial de fibras ótica otimizada para essas altíssimas velocidades chamado LOMMF - Laser Optimized Multimode Fiber (ou OM-3), que extende os comprimento das fibras para valores de 300 metros para o padrão 10GBase-SR e 1000 metros para o padrão 1000Base-SX. 12

13 Conectores para fibras apresentam sempre novidades de acordo com o desenvolvimento tecnológico de cada fabricante, alguns apresentam.vantagens de custo porém não evitam conexões invertidas (TX - Rx), outros ocultam o ferrule cerâmico (ajuda a evitar a sua quebra por manuseio), outros alguns outros além de ocultar apresentam guia que evitam a inversão do par etc. Os conectores de fibra ótica apresentam sempre um processo de montagem que envolve a remoção das capa externas, dos reforços, finalmente da casca da fibra. Os passos seguintes serão a inserção da fibra no conector, a colagem da fibra, uma crimpagem mecânica do conector, a clivagem do excedente de fibra no ferrule ou ferrolho o polimento da fibra e finalmente a inspeção com microscópio. 5.2 Fibras Monomodo As fibras monomodo são extremamente finas, onde núcleo apresenta diâmetro entre 7,1 e 8,5 µm (micra), a casca pode chegar até 125 µm (micra). As fibras monomodo não apresenta reflexões da luz nas suas laterais, conseqüentemente a luz passante avança muito mais. As curvas nas fibras monomodo devem ser evitadas o serem muito progressivas. As fibras monomodo atualmente são empregadas para distancias de até 50 km sem necessidade de correção. A correção podem ser feita por um dispositivo que lê uma parcela da luz da fibra, avalia a necessidade de aumento de energia e correção de distorções e numa bomba de laser aplica a energia necessária e corrige os dados por outros 50 km. Os fabricantes atuais das fibras monomodo LOMFF, obtém as seguintes distâncias para os padrões: 1000Base-LX (1Gb/s) = 5 km, 10GBase-LR (10Gb/s) = 10 km, 10GBase-ER (10Gb/s) = 40 Km. 13