CABEAMENTO ESTRUTURADO INFRA-ESTRUTURA E PROJETO DE REDES

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1 CABEAMENTO ESTRUTURADO INFRA-ESTRUTURA E PROJETO DE REDES EDIÇÃO 2009 ATUALIZADA INTRODUÇÃO...2 UNIDADE I - REDE LOCAL DE COMPUTADORES E OUTROS CONCEITOS BÁSICOS Redes de Computadores Enlaces de Comunicação e Topologias físicas Rede Local de Computadores (LAN) Componentes da LAN Futuro das LANs: o cabeamento estruturado será substituído pelas redes sem fio? Conceitos básicos em redes de computadores e telecomunicações...12 UNIDADE II - MATERIAIS EMPREGADOS EM CABEAMENTO ESTRUTURADO Cabos metálicos Acessórios para cabeamento metálico A classificação dos materiais metálicos em categorias e classes Fibras óticas e acessórios Espelhos e caixas de sobrepor Racks...31 UNIDADE III CONECTORIZAÇÃO DE CABOS UTP/STP E SINALIZAÇÃO EM LANs Conexão transparente (pino-a-pino) Sinalização em rede Ethernet/Fast Ethernet, conexão transparente vs cross-over Conectorização de cabos de 25 pares Sinalizações em redes Gigabit Ethernet e respectivas categorias de cabos...38 UNIDADE IV TRANSMISSÃO ÓTICA EM REDE LOCAL Espectro de frequências do sinal de luz Janelas Óticas de Transmissão Opções de meio para tecnologia Gigabit Ethernet Opções de meio para 10 Gigabit Ethernet Especificação de fabricantes de fibras Fontes de luz em equipamentos óticos...47 UNIDADE V - NORMAS AMERICANAS EIA/TIA EIA/TIA 568-B Commercial Building Telecomunications Cabling Standard EIA/TIA 569-A Commercial Building Standards For Telecommunications Pathways and Spaces EIA/TIA 606-A Administration Standard for the Telecommunications Infrastructure of Commercial Buildings...73 UNIDADE VI - NORMA TÉCNICA ABNT NBR Definições Identificação Materiais empregados Projeto de cabeamento estruturado...81 UNIDADE VII - EMENDAS EM FIBRAS ÓTICAS Emenda por Fusão Emenda Mecânica...95 UNIDADE VIII - TESTE E CERTIFICAÇÃO EM CABEAMENTO ESTRUTURADO Equipamento mapeador de fios (TEST LED) Equipamento certificador de enlaces com cabos de pares trançados Power Metter: Equipamento de medição de atenuação luminosa em fibras óticas OTDR Optical Time Domain Reflectometer REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SITES NA INTERNET Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 1

2 INTRODUÇÃO As redes de computadores e, em especial, as redes locais (LAN - Local Area Networks) são hoje parte da realidade de qualquer corporação que faça uso da informática como ferramenta de trabalho. Seu largo emprego em grandes e pequenas empresas foi impulsionado em grande parte pela gradativa redução dos custos de equipamentos de informática e pelo advento da tecnologia Ethernet. Com esta tecnologia, difundida principalmente nos anos 90, as então promissoras redes locais Token Ring foram rapidamente substituídas pela nova concorrente, bem mais rápida, confiável, robusta e com custos cada vez mais atraentes. Essa e outras modernas tecnologias exigiram mudanças nas técnicas de cabeamento existentes. Até então, o cabeamento em edifícios comerciais era constituído por vários tipos de cabos incompatíveis entre si, cada um deles adequado a uma aplicação específica como: transmissão de voz, dados, imagem, sistemas de automação e controle, sistemas de segurança, etc. Era necessário que o conceito e as tecnologias de cabeamento interno fossem redefinidos para adequação as novas e futuras aplicações. Para atender esta demanda, em 1991 os organismos norte-americanos Aliança de Indústrias de Eletrônicos (EIA) e Associação de Industrias de Telecomunicações (TIA) publicaram a norma EIA/TIA 568, que trazia pela primeira vez o conceito de cabeamento estruturado e a especificação dos cabos de pares trançados categoria 3. Os boletins técnicos (TSB Technical Systems Bulletin) que complementaram essa norma foram reunidos na norma EIA/TIA 568-A lançada em 1995, onde aparecia a descrição dos cabos categoria 4 e 5. A Organização Internacional para Padronização (ISO International Orgazation for Standardization) também editou a sua versão sobre o tema em 1995 (ISO/IEC 11801). A norma NBR da ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas), cuja primeira versão é de 2000, já nasceu desatualizada pois reconhecia no máximo os cabos categoria 5 enquanto o mercado já adotava os cabos categoria 5e (extended). Em 2001 os americanos aprovaram um adendo à sua norma que padronizava o cabeamento categoria 5e e eliminava a categoria 5. Em 2002 eles normatizaram o cabeamento categoria 6a (augmented), enquanto a ISO concebia a inovadora categoria 7. No ano de 2007 foi publicada a segunda edição da norma brasileira que deixou de ter a cara dos documentos americanos e passou a se basear nas normas da ISO, inclusive em relação a nova categoria 7. Essa norma brasileira trouxe a vantagem de reconhecer as categorias de cabos já adotadas internacionalmente. Porém, esse documento tem alguns pontos negativos. Em primeiro lugar, não trouxe um modelo de projeto como o que existia na versão anterior. Além disso, o documento se preocupa demais com complexas equações matemáticas (referentes aos limites de certificação de cabeamento) que pouco interessam para os profissionais de projeto e execução de infraestruturas de redes. Não quero aqui menosprezar o estudo do teste e da certificação de cabling, muito antes pelo contrário. Conhecer profundamente esse assunto é fundamental, o que se mostra pouco útil é centrar a discussão em abstratas equações matemáticas. Hoje o que se discute no mundo do cabeamento é o uso dos cabos categoria 6 e 6a e sobretudo a grande briga de mercado que existirá em torno dos surpreendentes cabos categoria 7, já reconhecidos pelo organismo internacional ISO mas ainda não aprovados pela EIA/TIA americana. E as fibras óticas? Onde entram nesse embate que envolve fabricantes de cabos e equipamentos, projetistas, instaladores e usuários desses sistemas? São estes alguns dos temas que iremos discutir a partir de agora nos vários capítulos dessa apostila Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 2

3 Vamos lá. Mas antes vamos conhecer a definição de REDE INTERNA ESTRUTURADA de acordo com a norma da ABNT lançada em 2000: "Entende-se por rede interna estruturada aquela que é projetada de modo a prover uma infra-estrutura que permita evolução e flexibilidade para serviços de telecomunicações, sejam de voz, dados, imagem, sonorização, controle de iluminação, sensores de fumaça, controle de acesso, sistemas de segurança, controles ambientais (arcondicionado e ventilação) e outros. Considerando-se a quantidade e a complexidade destes sistemas, é imprescindível a implementação de um sistema que satisfaça as necessidades iniciais e futuras em telecomunicações e que garanta a possibilidade de reconfiguração ou mudanças imediatas, sem a necessidade de obras civis adicionais". Essa definição da ABNT exprime os principais objetivos da implantação de um sistema de cabeamento estruturado, que podem ser resumidos em quatro princípios básicos: Garantir que o cabeamento atenda a critérios técnicos e de desempenho mínimos necessários; Convergir todos os serviços de telecomunicações internos, incluindo voz e vídeo, para um mesmo padrão de cabeamento capaz de suportar todos eles; Implantar um cabeamento dimensionado para suportar a evolução futura dos sistemas de telecomunicações, como, por exemplo, aumento de velocidade de transmissão de dados em redes locais. Evita-se assim, a troca do cabeamento existente cada vez que for adotado um novo padrão de rede para transmissão de dados, voz, imagem, etc; Evitar a necessidade de modificações no cabeamento em caso de mudança do lay-out dos escritórios e áreas de trabalho. De maneira similar, a nova edição da norma da ABNT de 2007 estabelece como sendo seu escopo "um cabeamento genérico para uso nas dependências de um único ou um conjunto de edifícios em um campus", cobrindo cabeamento metálico e ótico, sendo o cabeamento concebido para suporte de serviços de voz, dados, texto, imagem e vídeo. Essa norma não cobre os requisitos de proteção e segurança elétrica, proteção contra incêndio e compatibilidade eletromagnética. Objetivo dessa apostila Este trabalho tem por objetivo apresentar uma introdução as redes locais de computadores, com ênfase nos meios físicos guiados (cabos e todos os seus variados acessórios), alguns conceitos básicos relativos aos sinais em redes, além de reunir de forma resumida os principais aspectos teóricos, normativos e práticos que envolvem o projeto e a implantação de cabeamento estruturado em ambientes corporativos, bem como de infra-estrutura de redes em geral. Não é intenção do autor que este texto substitua as normas originais Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 3

4 O autor Técnico em Eletrônica pelo Colégio Técnico da UFMG (1988), o Eng. Eletricista Rodrigo Moreno Marques graduou-se na Escola de Engenharia UFMG em Trabalhou durante cinco anos com redes locais, equipamentos de conectividade, cabeamento estruturado e integração de sistemas. Especialista em Engenharia de Telecomunicações pelo Centro de Pesquisas e Desenvolvimento em Eng. Elétrica da UFMG (2001) e especialista em Design Instrucional para Ensino a Distância pela Universidade Federal de Itajubá (2008). Atuou na empresa Telemar/Oi por seis anos no desenvolvimento de soluções para transmissão de dados, voz e imagens em redes MAN e WAN corporativas. Desde 2001 dedica-se a docência em cursos de graduação e cursos técnicos na área de tecnologia da informação, redes de computadores, telecomunicações e gestão de TI. Atualmente é professor da Universidade FUMEC e das FaculdadeS Estácio de Sá e Inforium, além de prestar consultorias e ministrar treinamentos eventuais para empresas. Desde 2008 cursa mestrado em Ciência da Informação na Escola de Ciência da Informação da UFMG. Suas pesquisas voltam-se para as políticas de informação e comunicação, dentro da linha de gestão da informação e do conhecimento. Contatos: 2008 Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 4

5 UNIDADE I - REDE LOCAL DE COMPUTADORES E OUTROS CONCEITOS BÁSICOS 1.1 Redes de Computadores Uma rede de computadores é composta por equipamentos processadores interligados entre si através de um sistema de comunicação de dados para, principalmente, permitir a troca de informações. Além de estações de trabalho (workstation) dos usuários, estas redes permitem que sejam interligados outros dispositivos compartilhados, de forma a permitir que os recursos disponíveis sejam melhor aproveitados. Alguns exemplos: Vários usuários de uma rede podem utilizar uma mesma impressora compartilhada, evitandose que cada computador tenha uma impressora dedicada; Todos os usuários podem acessar um único servidor de banco de dados com back-up periódico, liberando as estações de armazenando local sem cópia de segurança, Todos os usuários podem originar e receber ligações telefônicas através dos microcomputadores da rede dotados de kit multimídia através de um computador "servidor de voz". Esta máquina irá acolher as chamadas internas e externas e distribuí-las aos destinatários, que poderão atende-las on line ou armazena-las eletronicamente. As redes de computadores são projetadas para fornecer uma transferência de dados ágil e rápida entre os equipamentos, além de permitir que os vários usuários acessem bancos de dados compartilhados, executando consultas e modificações nestas bases de dados de forma controlada. Dentre outras aplicações, as redes permitem também que sejam definidos nomes de usuários e senhas para que cada um deles tenha acesso limitado aos recursos disponíveis, podendo ler, criar e/ou modificar apenas aqueles dados ou programas bem definidos, de acordo com a função/cargo que cada um deles ocupa na corporação. As redes de computadores podem ser classificadas como LAN, MAN ou WAN. Pode-se caracterizar uma LAN (local area network) ou rede local como sendo uma rede que permite a interconexão de equipamentos de comunicação de dados numa pequena região. De fato, tal definição é bastante vaga principalmente no que diz respeito às distâncias envolvidas. Em geral, nos dias de hoje, costuma-se considerar pequena região distâncias entre 100m e 25 Km, muito embora as limitações associadas às técnicas utilizadas em redes locais não imponham limites a essas distâncias. Outras características típicas encontradas e comumente associadas a redes locais são: altas taxas de transmissão (10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps ou 10 Gbps) e baixas taxas de erro (de 10-8 a ). É importante notar que os termos pequena região, altas taxas de transmissão ou baixas taxas de erro são susceptíveis à evolução tecnológica; os valores que associamos a estes termos estão ligados à tecnologia atual e certamente não serão mais os mesmos dentro de poucos anos. Outra característica dessas redes é que elas são, em geral, de propriedade privada. As redes MAN (metropolitan area networks), ou redes metropolitanas, são aquelas cujos enlaces estão situados dentro dos limites de uma cidade. As redes WAN (wide area networks) são redes de grande abrangência e podem interligar computadores localizados em diferentes cidades ou entre países distintos. Em geral, tanto as MAN quanto as WAN empregam infra-estrutura alugada de empresas de telecomunicações para implementação de seus enlaces. Sobretudo por questões de custo dos enlaces alugados, em geral em MANs e WANs as taxas de transmissão contratadas são bem mais baixas do que aquelas das redes locais, sendo usual a oferta de links a partir de 64kbps e seus múltiplos (Nx64kbps até 2Mbps), 34Mbps, Nx155Mbps e, mais recentemente, estão sendo oferecidos pelo mercado de telecom enlaces privativos com 10Mbps, 100Mbps ou Gbps Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 5

6 1.2 Enlaces de Comunicação e Topologias físicas As linhas de transmissão de dados ou canais de comunicação, também conhecidas como enlaces (ou links) de comunicação, podem ter duas classificações (configurações) físicas básicas: Ligação ponto-a-ponto: Caracteriza-se pela presença de apenas dois pontos de comunicação, um em cada extremidade do enlace. 1 o Enlace ponto-a-ponto 2 o Enlace ponto-a-ponto Figura: Dois links ponto-a-ponto Ligação multiponto: Caracteriza-se pela presença de três ou mais dispositivos de comunicação que podem utilizar o mesmo enlace. Enlace multiponto Figura: Um link multiponto Basicamente, a topologia física de uma rede representa a forma com que seus componentes (estações de trabalho, servidores, impressoras, etc.) estão conectados e caracteriza o caminho de comunicação entre os elementos da rede. A correta definição da topologia física a ser adotada é um dos aspectos mais importantes no projeto de uma LAN, afetando aspectos como performance (velocidade de transmissão de dados), custos, disponibilidade (tempos de interrupção para manutenção) e administração/gerência. Simplificadamente podemos dizer que as topologias físicas de rede mais empregadas em redes locais (LAN) são: anel, barramento e estrela. Topologia em anel: Na topologia em anel as estações se interligam através de um meio transmissão (ponto-a-ponto ou multiponto) formando uma caminho totalmente fechado. Topologia em barramento: Esta topologia apresenta sempre uma configuração multiponto, onde as estações se conectam ao mesmo meio de transmissão, que forma um caminho não fechado, com duas extremidades onde são instalados os terminadores de rede (ou casadores de impedância). Topologia em estrela: Na topologia em estrela cada estação de trabalho se conecta a um ponto de concentração da rede, que em geral é um equipamento (hub ou switch). Topologia em árvore: é composta por várias sub-redes em estrela ligadas a um ou mais equipamentos concentradores através de enlaces de maior taxa de transmissão. Esse tipo enlace que interconecta as sub-redes é conhecido como backbone ou espinha dorsal da rede Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 6

7 1.3 Rede Local de Computadores (LAN) Atualmente as topologias mais empregadas em redes locais de computadores (LAN) são as topologias em estrela e em árvore. Os equipamentos concentradores são os switches. (a) Anel ponto-a-ponto (b) Anel multiponto (c) Rede em barramento (d) Rede em estrela Figura: Topologias Físicas (e) Rede em árvore Os primeiros sistemas de computação a possuírem acessos interativos de usuários a um grande computador central (mainframe) basearam-se na interface serial RS-232. Neste sistema todo processamento e armazenamento de dados é realizado pelo mainframe e os terminais de acesso são usados somente para entrada e saída de informações a serem processadas no mainframe. A evolução dos sistemas trouxe as redes locais Token Ring em anel e barramento (desenvolvidas pela IBM), cujas estações autônomas (com capacidade de processamento e armazenamento) conectam-se em geral através de cabo coaxial. Estas implementações apresentam a grande desvantagem de serem vulneráveis a desconexão acidental do cabo coaxial (o que interrompe o tráfego de dados em toda a rede), além de serem limitadas a uma velocidade máxima de 16 Mbps. A topologia em estrela elimina este risco, uma vez que a interrupção em um dos cabos de pares trançados irá afetar apenas a estação conectada através deste cabo. Na topologia em árvore, há o risco de rompimento de um backbone, o que pode isolar um grupo de estações dos servidores localizados em outro ambiente. Além disso, o equipamento concentrador empregado nas redes da família Ethernet (hub ou switch) pode estar sujeito a uma pane, o que poderá interromper o funcionamento de toda a rede. Dentro os defeitos As mais modernas redes locais da família Ethernet não adotam mais o cabo coaxial. Empregamse fibras óticas e principalmente cabos de pares trançados, que podem ser revestidos de uma malha para blindagem eletromagnética (FTP) ou sem blindagem (UTP unshilded twisted pair), sendo este último o mais comum. Apesar de mais cara do que as suas antecessoras, a infra Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 7

8 estrutura em estrela ou árvore com cabos de pares trançados permitiu o aumento da banda disponível para transmissões, o que será discutido nas próximas unidades. Todas as questões relativas as topologias de redes apresentadas até aqui se referem ao conceito de topologia física, ou seja, a maneira como os elementos da rede estão fisicamente conectados, incluindo encaminhamento de cabos, conexão de equipamentos, etc. Outro conceito diferente deste é o da topologia lógica, relativo a forma como os dados trafegam na rede, independente de sua topologia física, isto é, independente dos tipos de cabos que interligam os equipamentos e do desenho dos caminhos formados por estas conexões. Para entender melhor a diferença entre topologia física e topologia lógica podemos usar o exemplo de uma rede local Ethernet implementada com hubs: sua topologia física é do tipo estrela, mas sob o ponto de vista das aplicações (tráfego dos dados, softwares ou programas) seu funcionamento é do tipo barramento. 1.4 Componentes da LAN A chamada infra-estrutura de uma rede local é composta basicamente por três tipos de componentes: Equipamentos (hardware) ativos; Equipamentos (hardware) passivos; Sistema operacional de rede (software de rede) Equipamentos ativos Este tipo de hardware é composto por equipamentos que se conectam a rede (estações de trabalho, servidores, impressoras, etc.) ou servem para permitir a conexão das estações de trabalho à rede (hubs, switches, etc.). Os principais equipamentos ativos são: Estações de trabalho: são os microcomputadores conectados, usados pelos usuários para acessar a rede local. Servidores: são computadores dotados de maior capacidade de processamento, memória e espaço em disco que executam aplicações específicas como por exemplo: TIPO DE SERVIDOR APLICAÇÕES. Banco de dados Armazenamento de dados Servidor de administração Gerenciamento de usuários, senhas e direitos de acesso Servidor de impressão Gerenciamento de filas de impressão Servidor web Gerenciamento de acesso a Internet Servidor de Gerenciamento de correio eletrônico Equipamentos concentradores: são equipamentos (em geral hubs ou switches) que permitem a comunicação entre os computadores. Os hubs e switches são dispositivos concentradores, responsáveis por centralizar a distribuição dos quadros de dados em redes fisicamente ligadas em estrela ou árvore, sendo dotados de portas para conexão de cada computador. A função básica do hub é a de repetidor multiportas. Ele é responsável por replicar para todas as suas portas as informações recebidas em qualquer uma destas. Por exemplo, se uma máquina tenta enviar um quadro de dados para uma outra, todas as demais máquinas da rede recebem também esse quadro de dados, como ilustrado abaixo. Nota-se que o envio de um quadro ocupa todo o barramento do hub, impedindo outras transmissões simultâneas Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 8

9 Figura: Funcionamento básico do hub: REPETIDOR MULTIPORTAS O hub opera na camada física do modelo OSI. Ele não tem como interpretar os quadros de dados que está enviando ou recebendo e, por isso, ele não tem a capacidade de saber os endereços MAC das placas de redes dos computadores ligados a ele. Já os switches têm a função básica de chaveador (comutador) multiportas. Eles enviam os quadros de dados somente para a portas de destino corretamente endereçadas. Com isso, esse dispositivo consegue aumentar o desempenho da rede, já não ocupará todo o barramento da rede e mais de uma comunicação poderá ser estabelecida simultaneamente, desde que as comunicações não envolvam portas de origem ou destino que já estejam sendo usadas. Figura: Funcionamento básico do switch: CHAVEADOR MULTIPORTAS Os switches conseguem enviar quadros diretamente para as portas de destino porque eles são dispositivos que aprendem. Quando um switch recebe quadros de dados em suas portas, ele lê cada campo de endereço MAC de origem dos quadros e registra esses endereços em uma tabela interna (memória RAM, volátil), associando cada um destes MAC a sua respectiva porta de entrada. Assim, quando o switch recebe um quadro para ser retransmitido, antes do envio ele lê o endereço MAC de destino daquele pacote e consulta sua tabela para enviar o quadro somente para a porta devida. Assim como ocorre com os hubs, os switches são classificados de acordo com a sua velocidade de operação (10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps). Estes equipamentos são especificados de acordo com a quantidade de portas que eles possuem, a taxa de transmissão (em bps) de cada uma delas e suas respectivas interfaces e conectores, dentre outros parâmetros técnicos que irão definir seu desempenho, inclusive algum sistema operacional que esteja ali embarcado Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 9

10 Placas de rede: as placas de rede são instaladas em cada computador que será conectado à rede. As placas de rede são responsáveis pela troca de dados entre cada computador e o(s) equipamento(s) concentrador(es). As placas de rede não devem ser confundidas com as placas de fax/modem que se destinam a conexões entre micros (ou aparelhos de fax) através da Rede de Telefonia Fixa Comutada (RTFC), ou seja, através de conexões discadas via concessionárias de telefonia fixa Dispositivos passivos Passivos são aqueles dispositivos que não são alimentados por energia elétrica. São os componentes do meio físico (cabos, conectores, tomadas, etc.) empregados para transporte de dados entre computadores e demais equipamentos ativos da rede. São também exemplos de dispositivos passivos: fibras óticas, painéis de conexão (patch panels), blocos de conexão, distribuidores óticos, racks (armários de telecomunicações), etc Sistema operacional de rede São os programas desenvolvidos em linguagem computacional que permitem o controle dos usuários da rede, as aplicações ou tarefas que cada um deles pode executar, como por exemplo: acesso/modificações em banco de dados, impressão de arquivos, correio eletrônico ( ), acesso a Internet, etc. As permissões de acesso são definidas por profissionais especiais, chamados de "administradores da rede", de acordo com o cargo ou função de cada usuário. Atualmente vemos que os sistemas operacionais da Microsoft estão perdendo espaço para o Linux. A evolução do mercado de tecnologia da informação (TI) mostra claramente que o domínio do Windows está se enfraquecendo cada vez mais e dando lugar às plataformas livres de código aberto. 1.5 Futuro das LANs: o cabeamento estruturado será substituído pelas redes sem fio? Com a expansão cada vez maior das redes locais sem fio Wi-Fi (IEEE ), das novas redes Wi-Max (IEEE ), além da telefonia de 3 a e 4 a gerações, muito se tem questionado se as redes que empregam o meio físico aéreo irão substituir as redes baseadas nos meios físicos guiados (cabos). Existem três fortes motivos para crer que as redes sem fio não irão substituir todas as aplicações que são implementadas em cabos de pares metálicos ou cabos de fibras óticas, conforme explicamos a seguir. Velocidade das redes locais cabeadas e aéreas Até pouco tempo as redes sem fio IEEE b suportavam no máximo uma velocidade de 11Mbps, quando as enlaces da família IEEE em cabos metálicos já atingiam 100Mbps por um preço relativamente baixo. Atualmente os padrões Wi-Fi IEEE 802.3a e 802.3g podem atingir 54Mbps (de maneira compartilhada, sem garantia de velocidade nos links) e o padrão Wi-Max IEEE estabelece um suporte a canais de até dezenas de Mbps. Nota-se que a evolução das redes wireless está trazendo um aumento nas suas taxas de transmissão, mas estas velocidades ainda estão bem distantes nas taxas 1Gbps e 10Gbps que podem ser implantadas em cabos de pares trançados ou fibras óticas por um preço relativamente baixo. Por esse motivo é fácil supor que as redes cabeadas ainda dominarão os cenários onde as aplicações exigem alto desempenho, como por exemplo em backbones, conexões de servidores e dispositivos de storage (armazenamento) Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 10

11 Segurança nas redes locais cabeadas e aéreas Não existe rede que seja 100% segura e qualquer tipo de rede está sujeita a ataques, invasões e sabotagens. Tudo que se faz na área de segurança de redes, incluindo a adoção de firewalls ou sistemas de detecção de intrusos (IDS Intruder Detection System), se destina a diminuir o risco de dados, mas sem a pretensão de ser totalmente eficaz. Em uma rede baseada em cabos, invasões podem se dar através de algum hacker presencial que tem acesso a uma das portas de um switch/hub da LAN ou através de algum hacker remoto que acessa a rede local através da Internet. Por outro lado, as redes sem fio trazem uma vulnerabilidade a mais: o hacker pode captar o sinal aéreo da rede e invadi-la sem que seja preciso se conectar fisicamente a um switch/hub dessa LAN. E isso aumenta muito a insegurança dos sistemas wireless. Os defensores das redes sem fio alegam que é possível estabelecer uma política se segurança boa, através de ferramentas de gerenciamento de usuários e senhas, filtros de MAC, criptografias, autenticações, servidores do tipo RADIUS, alocação dinâmica de endereçamento IP, protocolos como WPA2-Enterprise, WEP dinâmico com 802.1X+EAP, dentro outras. Porém, não é difícil concluir que todas essas medidas são fundamentais quando se adota um meio físico aberto como o meio aéreo, por ser ele muito mais vulnerável do que os cabos que conseguem limitar a propagação dos sinais por caminhos fechados. O risco de interferências das redes aéreas Enlaces óticos baseados em fibra ótica não sofrem interferências de sinais, o que é uma grande vantagem desse meio físico. Os cabos UTP podem sofrer interferências eletromagnéticas dos sinais elétricos internos nos cabos ou de sinais externos. Para combater esse risco as normas estabelecem cabos com proteções (blindagens) e outros detalhes construtivos que evitam ou minimizam esse problema. Também é possível reduzir esse inconveniente através da adequada separação física dos cabos de dados das possíveis fontes de interferência eletromagnética. Porém, no cenário das redes sem fio a interferência é um problema freqüente e de solução muitas vezes complexa ou inviável. Isso se deve ao fato que a grande maioria das redes Wi-Fi empregam faixas de frequências liberadas para uso sem necessidade de licenciamento junto a Anatel (2,4GHz e 5,8GHz). Essa liberdade de uso faz com que redes W-Fi vizinhas concorram entre si no uso do espectro de frequências e eventualmente disputem a mesma faixa. Torna ainda mais complicado o problema a existência de outros dispositivos que também usam as frequências livres, como os telefones fixos sem fio e alguns aparelhos de controle remoto especiais. As interferências entre os canais de comunicação dos controladores de vôo e as estações de rádio demonstram a complexidade desse fato, assim como a briga pelo uso do espectro estabelecida entre as empresas de radiodifusão e as operadoras de telefonia celular. Concluindo Podemos concluir, portanto, que a expansão da tecnologia sem fio se dará em redes onde não há grande preocupação com sua segurança, onde não é necessária alta velocidade de transmissão digital e onde não há interferências entre sistemas adjacentes. Nos sistemas críticos, com informações confidenciais, restritas ou estratégicas e nos locais onde existe o risco de interferência, os cabos metálicos e óticos ainda reinarão por bastante tempo com certeza Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 11

12 1.6 Conceitos básicos em redes de computadores e telecomunicações Sinal analógico: É o sinal que têm variação contínua ao longo do tempo Exemplos: voz humana, música de LPs, fita K7 ou VHS, filme fotográfico, todos os filmes que passam nas grandes salas de cinema, sinais em automação industrial: variações de temperatura e pressão, sinal de TV aberta, rádio FM e todas as propagações de sinais no ar (transmissão dos sistemas wireless, ou sem fio) Figura: sinal analógico periódico senoidal Figura: sinal analógico não periódico Sinal digital: É o sinal que tem variação não contínua (discreta), ou seja, em níveis fixos préestabelecidos. Exemplos: música digital (CD, WAV, MP3), DVD, fotografia digital, filmes digitais, arquivos texto, banco de dados, comunicação entre computadores nas redes locais Figura: sinal digital binário Figura: sinal digital não binário Período, Amplitude, Frequência, Fase e um sinal Os dois gráficos abaixo ilustram os conceitos de período (T, tempo) e amplitude (neste exemplo em Volts) em uma onda senoidal e em uma onda retangular. Período é uma medida de tempo e sua unidade é o segundo. Figura: Amplitude e frequência em uma onda senoidal e em uma onda retangular 2008 Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 12

13 Frequência é uma unidade que mede quantos ciclos por segundo um sinal periódico varia ao longo de um tempo. A unidade que se adota é o Hertz (Hz). Um Hertz equivale a um ciclo por segundo. Matematicamente temos uma relação entre período (T, tempo) e frequência (f) dada pela fórmula: 1 f = T onde: f = frequência (Hz) T = período (segundos) O gráfico (b) abaixo mostra a variação de amplitude de um sinal em relação ao sinal do gráfico (a). O gráfico (c) ilustra a variação de frequência de um sinal em relação ao primeiro sinal (a). O gráfico (d) ilustra a variação da fase de um sinal em relação ao sinal original (a). Bit, byte, bps e seus múltiplos Figura: variação de amplitude (b), frequência (c) e fase (d) em relação a uma onda senoidal original (a) A matemática e a lógica binária dos equipamentos digitais empregam apenas dois tipos de sinais: ZERO (nível baixo) e UM (nível alto). Eletronicamente, o ZERO (nível baixo) pode ser representado pela inexistência de voltagem (zero volt) e o UM (nível alto) pode ser representado uma voltagem definida (5 volts, por exemplo). Dessa maneira, toda informação digital é composta por bits 0 e 1. Oito bits agrupados formam um conjunto que chamamos de byte. Sinal digital: Representação binária do sinal digital acima: Volts bits formam 1 BYTE tempo No caso da medida de tamanho de arquivo ou espaço para armazenamento em unidades de armazenamento (disco, fitas, memórias, etc) usamos as seguintes unidades: byte (B), kbyte (kb), Megabyte (MB), Gigabyte (GB), etc. Unidade usada em Medida do tamanho de um arquivo ou espaço para armazenamento 2008 Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 13

14 Os múltiplos usados neste caso, por se tratar de sistema binário, se baseiam em potência de 2 (2 10, 2 20, 3 20, etc) e não na potência de 10 do sistema decimal que estamos acostumados a usar no nosso dia a dia (10 1, 10 2, 10 3, etc). Portanto, os múltiplos usados para TAMANHO DE ARQUIVO são: kbyte = kbyte = 2 10 bytes = bytes megabyte = Mbyte = 2 20 bytes = bytes gigabyte = Gbyte = 2 30 bytes = bytes Exemplos: 1,44 kbytes = 1,44 x bytes = 1.474,6 bytes 700 MBytes = 700 x bytes = bytes 80 Gbytes = 180 x bytes = bytes No caso da medida de velocidade de transmissão de bits nas redes de computadores e nos sistemas de telecomunicações digitais adotamos outras unidades que são: Bits por segundo (bps), kbps, Mbps, Gbps Unidade usada em Velocidade de transmissão de sinais digitais, ou seja, taxa de transmissão digital Neste caso os múltiplos são os tradicionais múltiplos de 10 do sistema decimal (10 1, 10 2, 10 3,... ). Portanto, os múltiplos usados em VELOCIDADE (bps) são: Quilobits por segundo = kbps = bps = 10 3 bps Megabits por segundo = Mbps = bps = 10 6 bps Gigabits por segundo = Gbps = bps = 10 9 bps Exemplos: 64kbps = 64 x bps = bps 100Mbps = 100 x bps = bps 1 Gbps = 1 x bps = bps Portanto, sempre que quisermos representar velocidade de transmissão digital, devemos usar as unidades listadas acima. São exemplos dessa aplicação: - Especificação de velocidade de portas em switches da família Ethernet (100Mbps, 1Gbps, etc.) - Especificação de velocidade em planos e contratos de acesso à Internet (1Mbps, 2Mbps, etc.) As únicas exceções a essa regra são as velocidades de navegação na Internet informadas por alguns medidores on-line. Nesses casos, é possível encontrar: bits por segundo ou bytes por segundo. Atenção e cuidado!!! A NATUREZA DO SINAL DIGITAL Os sinais digitais são formados por um somatório de ondas senoidais de frequências distintas. A figura abaixo ilustra o somatório do sinal (a) de frequência f com o sinal (b) de frequência 3f, o que dá origem ao sinal (c), que já pode ser considerado eletronicamente como uma boa aproximação de um sinal digital binário. Destes gráficos podemos extrair dois conceitos importantes que serão explicados na seção seguinte: 2008 Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 14

15 Figura: a soma das senóides (a) e (b) produz a senóide (c), que já é uma boa aproximação de uma onda retangular Quando adicionamos componentes de frequência maior ao somatório, a onda digital se aproxima cada vez mais de uma onda digital ideal quadrada. A figura (a) abaixo ilustra um somatório onde foi incluída a componente senoidal com frequência 5f e a na figura (b) vemos a inclusão do componente com frequência igual a 7f. A figura (c) ilustra o caso ideal, apenas teórico, onde estão presentes infinitos componentes de frequência, o que torna a onda perfeitamente quadrada. Figura:a soma de harmônicos de frequências maiores produz uma onda cada vez mais próxima da onda ideal retangular 2008 Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 15

16 BANDA PASSANTE E LARGURA DE BANDA Banda Passante representa o intervalo de frequências (frequência inicial até a frequência final) de um sinal. A banda passante de um sinal também é conhecida como faixa de frequências ou espectro de frequências do sinal. Unidade de medida adotada: Hertz (Hz). Largura de Banda, que também tem o Hertz (Hz) como unidade de medida, representa o tamanho do intervalo de frequências do sinal, que é calculado através da fórmula matemática: L (Hz) = frequência final frequência inicial Conhecer estes dois parâmetros, medidos em Hertz (Hz), é de fundamental importância, tendo em vista que os sinais são formados por um somatório de ondas de frequências distintas e estas devem estar contidas no intervalo definido pela banda passante do meio de transmissão a ser empregado. O gráfico abaixo ilustra esses dois conceitos. 1.0 Ganho Frequência f i L f f Figura: Curva típica de ganho de um meio de transmissão A partir da figura acima podemos afirmar que: Banda Passante: de fi a ff Largura de Banda: L = ff fi Exemplo: para o sinal de voz humana Banda passante do sinal = de 300Hz a 3.400Hz Largura de banda do sinal = Hz = 3.100Hz Os parâmetros largura de banda e banda passante também são aplicados quando tratamos dos meios físicos de transmissão (cabos metálicos, fibras óticas ou meio aéreo). Simplificadamente, podemos dizer que cada meio físico de transmissão tem sua banda passante e sua uma largura de banda. Cabos metálicos são adequados para transmissão de sinais de baixa frequência e têm largura de banda estreita, enquanto as fibras óticas são mais adequadas para sinais com frequências maiores e têm largura de banda maior. Quanto maior a largura de banda (Hz) de um meio físico, maior será a seu suporte a taxas de transmissão digitais (bps) elevadas Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 16

17 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO DE FREQUÊNCIAS A figura abaixo mostra as faixas de frequências e larguras de banda dos diversos tipos de sinais e meios físicos empregados nos sistemas de telecomunicações. Exemplo 1: NOS MEIOS AÉREOS ROTEADOR WIRELESS COM INTERFACE ADSL, FABRICANTE: D-LINK, MODELO: DI-624S O fabricante D-link desenvolveu o roteador wireless DI-624S (servidor de acesso à Internet sem fio) que possibilita o compartilhamento de uma conexão à Internet ADSL com várias estações através do meio aéreo Wi-Fi, situadas até 100metros em ambiente interno ou 400 metros em ambiente externo. O equipamento funciona na faixa não licenciada conhecida popularmente como 2.4GHz. Nota-se nas especificações abaixo que o equipamento pode operar em frequências definidas pelo padrão americano ou pelo padrão europeu. No primeiro caso pode-se ter até 11 canais de comunicação simultâneos e no segundo caso é possível estabelecimento de 13 canais ao mesmo tempo. Servidor de Acesso a Internet sem fio Modelo: DI-624S Fabricante: D-Link Especificações: Faixa de Frequências: Padrão americano: 2,412 a 2,462 GHz Padrão europeu : 2,412 a 2,472 GHz Padrão americano: (2,462 2,412) GHz = 0,050 GHz Largura de Banda: Padrão europeu : (2,472 2,412) GHz = 0,060 GHz Velocidade de transmissão digital 54Mbps 2008 Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 17

18 Exemplo 2: NOS MEIOS METÁLICOS DE REDE EXTERNA O gráfico abaixo ilustra as faixas de passagem e larguras de bandas nos canais de voz e dados da tecnologia ADSL, empregada por exemplo no produto Velox: Podemos notar no gráfico acima as diferentes faixas de frequências e larguras de banda do canal de voz (POTS), do canal de upload (upstream) e do canal de download (downstream). Essa tecnologia permite velocidade de transmissão de dados assimétrica de até 8Mbps para download e 512Kbps para upload. Tudo isso dentre de uma faixa de frequências que vai até 1.000KHz, ou seja, até apenas 1MHz. Exemplo 3: NOS CABOS METÁLICOS EMPREGADOS EM CABEAMENTO ESTRUTURADO A seção 2.3 da Unidade II a seguir descreve os cabos metálicos adotados em cabeamento estruturado. É importante conhecer as diversas categorias usadas para classificar esses cabos, suas respectivas larguras de banda em MHz e suas aplicações Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 18

19 UNIDADE II - MATERIAIS EMPREGADOS EM CABEAMENTO ESTRUTURADO 2.1 Cabos metálicos Cabo coaxial As últimas versões das normas internacionais para cabeamento estruturado e a norma brasileira da ABNT não recomendam o emprego dos cabos coaxiais em redes locais. Cada vez torna-se mais escassa a existência deste cabo em LANs, mesmo nas mais antigas. O cabo coaxial possui em um fio central para transmissão de sinais e uma blindagem que envolve este fio sem toca-lo. A blindagem, se devidamente aterrada, fornece proteção deste contra interferências eletromagnéticas, além de servir como referência elétrica para os sinais. Figura: Cabo coaxial Apesar de são serem mais admitidos pelas atuais normas de cabeamento estruturado, esse tipo de cabo ainda encontra aplicações fora desse escopo: Descidas de antenas (seja para rede de dados, voz ou imagem) Redes externas de TV a cabo Equipamentos de áudio Cabo par trançado não blindado (UTP unshilded twisted pair) Os cabos UTP são compostos de pares de fios trançados não blindados de 100 Ohms. Em geral, podem ter 4, 25 ou 50 pares, de acordo com sua aplicação, conforme será apresentado a frente. Por não serem protegidos contra intempéries (sol, água, etc.), não podem ser empregados em redes externas. Além disso, caso instalados em ambiente externo, os cabos metálicos poderiam propagar correntes elétricos induzidas por descargas atmosféricas. A medida que os cabos UTP e seus acessórios foram evoluindo, eles foram sendo classificados em categorias conforme suas características e performance, o que será discutido adiante. Figura: Cabo UTP (4 pares), categoria 5e. Figura: Cabo UTP (4 pares), categoria Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 19

20 Cabo par trançado blindado (STP, FTP, ScTP e SSTP) Os cabos classificados como blindados são revestidos por uma lâmina ou malha metálica que os protegem contra interferências eletromagnéticas externas. Os cabos blindados são recomendados para locais onde existe risco de que campos eletromagnéticos perturbem o sinal da rede introduzindo erros nas transmissões. Esse tipo de cabo deve ser empregado principalmente em locais críticos, como aeroportos ou hospitais, onde uma interferência de sinal pode gerar grandes transtornos ou mesmo o risco de morte. O emprego de cabos blindados exige que todos os demais acessórios (conectores, tomadas, etc.) sejam também blindados, o que irá garantir a efetiva proteção dos sinais contra interferências e ruídos externos. Por não serem protegidos contra intempéries (sol, água, etc.), não podem ser empregados em enlaces externos. Dentre as fontes externas de interferência eletromagnética que afetam as redes locais podemos citar: motores em geral, reatores de lâmpadas fluorescentes, circuitos de energia elétrica de alta ou baixa tensão (127/220 volts), descargas elétricas nas proximidades dos cabos, etc. Vale a pena destacar que o que produz o campo eletromagnético interferente é sempre uma variação de corrente. Portanto, uma corrente contínua (DC - direct current) com as de pilhas ou baterias não irá gerar campos eletromagnéticos. A norma EIA/TIA 568-A de 1995 adotou a sigla STP (Shilded Twisted Pair) para designar o cabo blindado criado pela IBM, que possuía dois pares trançados blindados individualmente mais uma blindagem geral. Esse tipo de cabo deixou de ser reconhecido pelas normas mais recentes, pois era muito volumoso e tinha apenas dois pares. As normas atuais empregam uma nomenclatura que foi bem recebida e adotada pelo mercado: chama-se de FTP (Foil Twisted Pair) o cabo de quatro pares blindado através de uma lâmina de alumínio que envolve todos os pares do cabo, enquanto o ScTP (Screened Twisted Pair) emprega não uma lâmina de alumínio, mas uma malha metálica em sua blindagem. Na nova norma para cabos categoria 7, já aprovada pela ISO, mas ainda não pela EIA/TIA, é especificado um o novo cabo SSTP (Shilded Screened Twisted Pair), também chamado de S/FTP (Screened Foil Twisted Pair), que possui uma blindagem laminada individual para cada um dos seus 4 pares de fios, além de uma blindagem em malha que envolve todo o grupo de fios, o que exigirá novos tipos de conectores macho e fêmea, incompatíveis com o consagrado padrão RJ-45. Muitos profissionais duvidam que esse novo sistema vai realmente colar, acreditando que as fibras óticas irão ser uma opção melhor em relação ao sistema categoria 7. O futuro dirá qual a solução vai ganhar essa briga. Fig: Cabo FTP (4 pares) categoria 5 Fig: o novo cabo SSTP categoria 7 da ISO Figura: o novo e completo conector dos sistemas categoria 7. Fabricante Siemon 2008 Rodrigo Moreno Marques - Reprodução permitida, desde que citada a fonte. 20

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