Redes de Computadores Curso de Eng. Informática Curso de Eng. Electrotécnica e Computadores Trabalho de Laboratório Nº1 Cablagem estruturada
1 Introdução Vivemos em plena segunda revolução industrial. Ao contrário da primeira, feita com base em maquinaria pesada cuja força motriz era no início o vapor e em seguida os derivados de petróleo, esta segunda revolução industrial é baseada na informação, na movimentação e processamento de quantidades maciças de informação. O que tornou possível esta revolução foi a conjugação de duas tecnologias: Computadores e Telecomunicações. Os computadores permitem o processamento de quantidades de informação cada vez maiores enquanto os sistemas de telecomunicações permitem o seu transporte a uma escala global com velocidades de transmissão cada vez maiores. A rápida diminuição dos custos dos computadores aliada ao aumento das suas capacidades de processamento levou ao aparecimento de um grande número de meios informáticos. O grande número de meios informáticos leva a uma grande dispersão da informação e a uma grande necessidade de movimentação da informação. 2 Cablagem estruturada As redes locais são sistemas que permitem a troca de informação e a partilha de meios informáticos em distâncias normalmente inferiores a 1 Km. Para a realização de redes locais são utilizados sistemas de cablagem normalizadas denominada cablagem estruturada. Esta cablagem é baseada na norma ISO/IEC 11801 Generic Cabling for Costumer Premises Cabling. A norma define ISO/IEC 11801 define a estrutura de um sistema de cablagem, um conjunto de especificações e recomendações sobre o tipo de cablagem a usar e comprimentos máximos. Também são definidas sete tipos de aplicações em função da largura de banda necessária. Tabela 1 Classes de aplicações ISO/IEC 11801 Classe Capacidade Aplicação A 100 KHz Voz B 1 MHz Dados de baixo débito C 16 MHz Dados de médio débito D 100 MHz Dados de alto débito E 200 MHz Dados de alto débito F 600 MHz Dados de muito alto débito Óptica > 600 MHz Débitos acima das capacidades da cablagem de cobre O tipo de cabo recomendado depende da distância e da velocidade de transmissão. Para distâncias que necessitem de comprimentos de cabo inferiores a 90 metros utiliza-se normalmente cablagem de cobre. Para distâncias maiores ou para velocidades de transmissão acima das suportadas pela cablagem de cobre, utilizam-se fibras ópticas. 2007/2008 2
2.1 Cabos de pares entrançados Nas cablagens estruturadas em cobre os sinais eléctricos são transmitidos com o recurso a pares de condutores de cobre enrolados em torno de si próprios de modo a formarem uma trança. Colocando vários pares entrançados dentro de um isolamento comum obtém-se um cabo de pares entrançados. Os pares entrançados tendem a ter uma grande atenuação e a serem bastantes sensíveis ao ruído quando colocados perto de fontes de campos electromagnéticos fortes. Devido ao efeito pelicular, a condução nos fios de cobre faz-se tanto mais à superfície quanto mais alta for a frequência do sinal, logo a área útil do condutor diminui tendo como consequência o aumento da sua resistência eléctrica. Nos pares entrançados é utilizada transmissão diferencial, um dos condutores transporta o sinal enquanto o outro transporta o sinal invertido. V V V Figura 1 Transmissão diferencial num par entrançado No receptor é recuperada a diferença de potencial entre os dois condutores. Qualquer interferência externa afecta igualmente os dois condutores e na recepção ao efectuar-se a diferença, a interferência é substancialmente reduzida. Um outro problema dos pares entrançados é a emissão de radiação electromagnética. A utilização de transmissão diferencial também reduz substancialmente este problema porque a radiação emitida por um condutor de um par tende a anular a radiação emitida pelo outro condutor do par. A emissão de radiação electromagnética e a protecção contra interferências electromagnéticas podem ser melhoradas com o recurso a blindagens. Os cabos são designados de acordo com o tipo de blindagem utilizada. UTP Unshielded Twiested Pair: Cabo sem qualquer tipo de blindagem STP Shielded Twiested Pair: Cabo com blindagem individual em cada par e blindagem exterior envolvendo todos os pares S/UTP Screened Unshielded Twiested Pair, ScTP Screened Twiested Pair, FTP Foiled Twiested Pair: Cabo com blindagem exterior envolvendo todos os condutores mas sem blindagem individual dos pares. Os cabos normalmente utilizados possuem quatro pares entrançados. Tabela 2 Código de cores dos cabos de quatro pares entrançados Par 2007/2008 3 Cor 1 Azul + Azul/Branco 2 Laranja + Laranja/Branco 3 Verde + Verde/Branco 4 Castanho + Castanho/Branco
Figura 2 Cabo FTP de quatro pares A norma ISSO/IEC 11801 define sete categorias de cabos: Categoria Cat1 Cat2 Cat3 Cat4 Cat5 Cat5e Cat6 Cat7 Classe suportada A B C C D D E F Largura de Banda (MHz) - 1 16 20 100 100 250 600 A categoria 5e resulta de um melhoramento da categoria 5 para tornar possível o suporte da Gigabit Ethernet. Qualquer instalação nova deverá ser realizada com o recurso a cabo de categoria 5e ou superior. Na figura 3 encontra-se esquematizada uma pequena rede estruturada. O comprimento máximo do cabo entre o equipamento informático e o equipamento activo da rede nunca poderá exceder 100 metros. Como se pode observar existem três troços de cabo, o cabo de ligação entre o computador e a tomada de rede, o cabo horizontal entre a tomada e o patch panel e o patch cable entre o patch panel e o equipamento activo. Segundo a norma, o cabo horizontal não pode exceder 90 metros de modo a dar uma margem de 10 metros para as restantes ligações. Cabo de Ligação Tomada de Rede (RJ45) Cabo Horizontal Patch Panel Patch Cable Equipamento Activo Figura 3 Rede de pequena dimensão com cablagem estruturada Nos cabos são utilizados conectores RJ45 macho e na tomada conectores RJ45 fêmea. 2007/2008 4
Figura 4 Conector RJ45 e código de cores EIA/TIA 568B Tabela 3 Código de cores para conectores RJ45 Pino EIA/TIA 568A Cor EIA/TIA 568B 1 Verde/Branco Laranja/Branco 2 Verde Laranja 3 Laranja/Branco Verde/Branco 4 Azul Azul 5 Azul/Branco Azul/Branco 6 Laranja Verde 7 Castanho/Branco Castanho/Branco 8 Castanho Castanho O entrançamento dos pares de fios protege-os de interferências externas dos sinais que passam pelos outros pares. No entanto, esta protecção só ocorre se o sinal diferencial passar por um mesmo par entrançado (Figura 5). Se os sinais passarem por pares diferentes (cablagem com pares divididos), o efeito de anulamento mútuo já não ocorre (Figura 6). A consequência é um aumento da diafonia. Figura 5 Cablagem correcta Figura 6 Cablagem incorrecta com pares divididos 2007/2008 5
2.2 Teste de cablagens Depois de montada a cablagem tem de ser testada e certificada de modo a ser possível verificar se opera a um nível aceitável. O teste não termina apenas porque a instalação está certificada por estar de acordo com as normas. A rede deve ser testada periodicamente para se confirmar se continua com um desempenho aceitável. Isto pode ser feito comparando as medições actuais com as medições previamente registadas. Uma alteração significativa é uma indicação de que algo está errado. Um exemplo de um testador de cabos é o MicroScanner Pro da Fluke. Este testador permite a verificação dos condutores dos cabos (verifica a continuidade da blindagem, abertos, curtos, pares cruzados, pares rompidos e pares invertidos), medir o comprimento de cabos, determinar se o cabo está aberto, em curto ou conectado a um equipamento activo. Figura 7 Testador de cabos MicroScanner Pro da Fluke Os testadores de cabos variam quanto ao tipo de funções que fornecem. Alguns fornecem relatórios impressos, outros ligados a um PC guardam os resultados numa base de dados. 3 Realização experimental Pretende-se montar uma pequena rede local com o recurso a cablagem estruturada. Como primeiro passo é construído um cabo transparente ou directo para a ligação de um computador a uma tomada de rede que normalmente se encontra embutida numa calha. O passo seguinte é efectuar a cablagem horizontal, ligação entre a tomada de rede e a distribuidor de cabos (patch panel). PC com adaptador de rede Tomada na calha técnica 1 2 Distribuidor ou patch panel 1 2 Hub 1 Hub 10/100 Mb/s Cabo Horizontal Cabo transparente Cabo Transparente Pretende-se ainda construir um cabo cruzado. 2007/2008 6
3.1 Etapa 1 - Cabo UTP transparente Nesta configuração os pinos das fichas têm a mesma correspondência nas duas extremidades do cabo. Laranja/Branco 1 1 Laranja 2 2 Verde/Branco 3 3 Ficha RJ45 Azul 4 4 Azul/Branco 5 5 Verde 6 6 Castanho/Branco 7 7 Castanho 8 8 Ficha RJ45 Figura 8 Ligações num cabo transparente Material necessário: cabo UTP categoria 5 de 4 pares; fichas RJ45; alicate de cravar fichas RJ45; testador de cabos MicroScanner Pro. Procedimentos: cortar o cabo UTP com a dimensão adequada; colocar os 8 condutores na ficha na ordem correcta; verificar se os condutores chegam ao topo da ficha e cravar utilizando o alicate adequado; testar as ligações entre as duas fichas utilizando o testador de cabos. 3.2 Cabo horizontal Pretende-se ligar uma tomada RJ45 fêmea a um distribuidor de cabos (patch panel) através de um cabo UTP de quatro pares. Material necessário: cabo UTP categoria 5 de 4 pares; fichas RJ45 fêmeas; patch panel; ferramenta de impacto; 2007/2008 7
testador de cabos MicroScanner Pro. Figura 9 Ficha RJ45 fêmea Figura 10 Distribuidor de cabos (Patch Panel) Procedimentos: Figura 11 Ferramenta de impacto cortar o cabo UTP com a dimensão adequada; colocar os 8 condutores na ficha na ordem correcta; cravar os condutores com a ferramenta de impacto; testar as ligações entre as duas fichas utilizando dois cabos transparentes e um testador de cabos; meça o comprimento total dos cabos. 3.3 Etapa 3 - Cabo UTP cruzado Os dispositivos que comunicam através de uma rede 10BaseT ou 100BaseTX utilizam um dos pares entrançados para a transmissão de informação e outro para a sua recepção. O tipo de cabo utilizado depende do tipo de dispositivo que se pretende interligar. A regra a seguir é de o par entrançado de transmissão de um dos dispositivos tem de ser ligado ao par de recepção do outro dispositivo. Os computadores utilizam os pinos 1 e 2 para a transmissão de informação e os pinos 3 e 6 para a recepção de informação. Os equipamentos activos utilizados nas redes, switches e hubs, utilizam os pinos 1 e 2 para a recepção de informação e os pinos 3 e 6 para a transmissão de informação. Para estes casos utilizam-se cabos transparentes. Quando se pretende a interligação de computadores, switches ou hubs torna-se necessário a utilização de cabos cruzados. A ligação cruzada difere da transparente na correspondência dos pinos nas duas fichas. 2007/2008 8
Assim teremos a seguinte relação entre pinos: Ficha 1 Ficha 2 Pino Cor Pino Cor 1 Laranja/Branco 1 Verde/Branco 2 Laranja 2 Verde 3 Verde/Branco 3 Laranja/Branco 4 Azul 4 Azul 5 Azul/Branco 5 Azul/Branco 6 Verde 6 Laranja 7 Castanho/Branco 7 Castanho/Branco 8 Castanho 8 Castanho Função Ficha 1 Ficha 2 Tx+ -> Tx- -> Rx+ -> Rx- -> 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Figura 12 Ligações num cabo cruzado Depois da construção deste cabo, não se esqueça de testar os contactos e as correspondências através do um testador de cabos. 2007/2008 9
4 Questões Finais 1) Que tipo de transmissão é utilizada num cabo de pares entrançados? 2) Preencha a tabela seguinte, considerando as várias designações dadas aos cabos de pares entrançados de acordo com a blindagem usada. Designação do cabo Blindagem exterior Blindagem individual nos pares 3) Qual o objectivo da introdução da blindagem nos cabos de pares entrançados? 4) Porque se devem utilizar dois condutores do mesmo par para transmissão dos sinais? 5) Quando se diz que um cabo tem pares divididos? 6) Qual o efeito provocado pela existência de pares divididos? 7) Porque existem cabos directos e cabos cruzados para interligação de dispositivos de rede? 8) Considerando os tipos de cabo de interligação, preencha a tabela seguinte? PC Hub Switch PC Hub Switch 2007/2008 10