Prof. Airton Ribeiro Meios Físicos para Redes Fundamentos de Cabeamento
Visão Geral Cabos de cobre são usados em quase todas as redes locais. Estão disponíveis diferentes tipos de cabos de cobre, cada tipo tem suas vantagens e desvantagens. Uma seleção cuidadosa de cabeamento é a chave para uma operação eficiente de redes. Haja visto que o cobre transporta informações usando corrente elétrica.
Visão Geral A fibra óptica é o meio mais frequentemente utilizado para as transmissões ponto-a-ponto em grandes distâncias e com alta largura de banda necessárias para backbones das redes locais e em WANs. Usando um meio óptico, usa-se luz para transmitir dados através de uma fibra fina de vidro ou plástico. Os sinais elétricos fazem com que o transmissor de fibra óptica gere os sinais de luz que são enviados através da fibra. O host receptor recebe os sinais de luz e os converte em sinais elétricos na extremidade mais distante da fibra. No entanto, não existe eletricidade no próprio cabo de fibra óptica. Aliás, o vidro usado no cabo de fibra óptica é um isolante muito bom.
Visão Geral A conectividade física permitiu um aumento na produtividade tornando possível o compartilhamento de impressoras, servidores e software. Os sistemas de redes tradicionais exigem que as estações de trabalho permaneçam estacionárias permitindo movimentação apenas dentro dos limites dos meios e da área de escritórios.
Visão Geral A apresentação de tecnologia sem fio elimina essas restrições e oferece uma portabilidade verdadeira ao mundo da computação. Atualmente, a tecnologia sem fio não fornece transferências a alta velocidade, segurança ou confiabilidade no tempo de atividade nas redes cabeadas. Portanto, a flexibilidade da tecnologia sem fio justifica o sacrifício.
Resultados Esperados Descrever as especificações e desempenho dos diferentes tipos de cabos. Descrever o cabo coaxial e suas vantagens e desvantagens sobre outros tipos de cabos. Descrever cabos de par trançado blindado (STP) e suas utilizações. Descrever cabos de par trançado não blindado (UTP) e suas utilizações. Examinar as características dos cabos direto, cruzado e rollover e onde cada um é usado. Explicar os conceitos básicos do cabo de fibra óptica.
Resultados Esperados Descrever como as fibras podem guiar a luz para longas distâncias. Descrever fibra multimodo e monomodo. Descrever como e quando as fibras são instaladas. Largura de Banda.
Meios de cobre Especificação de cabos :
Meios de cobre Questionamentos que devem ser levados em consideração antes de iniciar um projeto de redes : Quais são as velocidades para transmissão de dados que podem ser alcançadas quando se usa um determinado tipo de cabo? A velocidade da transmissão de bits através do cabo é extremamente importante? A velocidade da transmissão depende do tipo do meio físico usado? 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?
Meios de cobre (cabos) Tipos mais comuns: Coaxial de 50 e 75 Ohms; Par Trançado(UTP e STP); Fibra óptica(monomodo e multimodo);
Principal Características Os cabos coaxiais se dividem em : Cabo coaxial fino (Thin Ethernet, 50 Ohms); Cabo coaxial grosso (Thick Ethernet, 75 Ohms). Taxa de transmissão : de 10 a 50 Mbps(Thin Ethernet);
Cabo Coaxial 50 Ohms
Cabo coaxial fino
Cabo coaxial fino (Thin Ethernet) Principais características: Apenas uma camada de malha e blindagem; Tamanho máximo do segmento (distância da rede) é de 185 Metros; Tamanho mínimo do segmento : 0,45 Metros; Se desconectar um dos nós e não fechar a ponta do cabo, toda a rede para de transmitir (toda rede cai) Esta em desuso por em redes de computadores Atualmente muito utilizados em antenas de tv
Cabo coaxial fino (Thin Ethernet) Número máximo de segmentos : 5; Tamanho máximo total com repetidores : 925 Metros; Capacidade por segmento : 30 Hosts; Operava apenas em Half-Duplex; Mais sensível a ruidos, atenuação e latência.
Cabo coaxial grosso (Thick Ethernet, 75 Ohms)
Cabo coaxial grosso (Thick Ethernet, 75 Ohms) Principais características : Duas malhas e duas lâminas metálicas; Maior resistência mecânica; Trabalha em dois :caminhos : Transmissão (Inbound), e (OutBound); Primeiro cabo a transmitir a 100 Mbps (2 canais de 50Mbps). Recepção Se desconectar um dos nós e não fechar a ponta do cabo, toda a rede para de transmitir (toda rede cai) Esta em desuso por em redes de computadores Também é atualmente muito utilizados em antenas de tv
Cabo coaxial grosso (Thick Ethernet, 75 Ohms) Era o cabo mais utilizado para a conexão de redes em ambientes industriais, devido a sua maior resistência mecânica e maior resistência á ruídos, atenuação, diafonia e latência.
BNC - Bayonet Neill and Concelman Conectores BNC para cabo coaxial Conector Vai na ponta do cabo Conector T Vai nas pontas dos cabos Terminador Vai no fim do cabo
Cabos Par Trançado (STP e UTP) Cabos STP (Shielded Twisted Pair); 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, e todos os pares são blindados juntos.
Cabos STP, FTP e UTP Cabos FTP (Foiled Twisted Pair); O cabo de par trançado blindado (FTP) combina as técnicas de blindagem, cancelamento e trançamento de fios; Cada par de fios é envolvido por uma malha metálica.
CABOS FTP: Esquema de construção :
Cabo STP:
Cabos STP e FTP o STP e FTP reduz o ruído elétrico dentro dos cabos; Os ruídos externos são também conhecidos como EMI(Interferência Eletromagnética); RFI(Interferência por Freqüência de Rádio); Reduz também a DIAFONIA ou CROSSTALK.
CABOS UTP (Unshielded Twisted Pair ) Cabos de rede de par trançado sem blindagem; É um meio de fio de quatro pares usado em uma variedade de redes; Cada um dos 8 fios individuais de cobre no cabo UTP é coberto por material isolante;
CABOS UTP (Unshielded Twisted Pair ) 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.
CABOS UTP (Unshielded Twisted Pair ) O cabo de par trançado não blindado tem muitas vantagens. Ele é fácil de ser instalado e mais barato que outros tipos de meios de rede. Aliás, o UTP custa menos por metro do que qualquer outro tipo de cabeamento de redes locais.
CABOS UTP (Unshielded Twisted Pair ) Modelo de construção :
CABOS UTP (Unshielded Twisted Pair ) Vantagens: Baixo custo; Fácil manutenção; Diâmetro reduzido; Utilizado em vários tipos de rede; Encontrado em quase todos os locais especializados em equipamentos de rede e/ou informática.
CABOS UTP (Unshielded Twisted Pair ) Desvantagens : Muito mais propenso a ruídos externos e interferências externas EMI e RFI. Não tem muita resistência física (não se pode puxar demais o cabo). Mais susceptível á latência, diafonia, atenuação e ruídos; Distância máxima: 100 Mts.
Cabos UTP (Unshielded Twisted Pair ) Existem cabos de CAT1 até CAT7. Os cabos cat 5 são suficientes tanto para redes de 100 quanto de 1000 megabits, são os mais comuns e mais baratos; Geralmente custam em torno de 1,50 real o metro. Os cabos CAT5 (comuns atualmente) seguem um padrão um pouco mais restrito, por isso dê preferência a eles na hora de comprar.
Categorias de Cabos de Par trançado: Categoria 1 Utilizado em instalações telefônicas, porém inadequado para transmissão de dados. Sem blindagem, apenas uma capa de plástico protegendo os fios de cobre, contém apenas 2 pares.
Categorias de Cabos de Par trançado: Categoria 2 Outro tipo de cabo obsoleto. Permite transmissão de dados a até 2.5 megabits e era usado nas antigas redes Arcnet e thicknet (AUI). Sem blindagem, apenas uma capa de plástico protegendo os fios de cobre também apenas 2 pares de fios.
Categorias de Cabos de Par trançado: Categoria 3 Era o cabo de par trançado sem blindagem mais usado em redes há uma década. Pode se estender por até 100 metros e permite transmissão de dados a até 10 Mbps. A principal diferença do cabo de categoria 3 para os obsoletos cabos de categoria 1 e 2 é o entrançamento dos pares de cabos.
Categoria 3 Enquanto nos cabos 1 e 2 não existe um padrão definido. Cada par de cabos tem um número diferente de tranças por metro, o que atenua as interferências entre os pares de cabos. Praticamente não existe a possibilidade de dois pares de cabos terem exatamente a mesma disposição de tranças. A partir do cabo CAT3 começou-se a utilizar os cabos com 4 pares de fios.
Categorias de Cabos de Par trançado: Categoria 4 Cabos com uma qualidade um pouco melhor que os cabos de categoria 3. Este tipo de cabo foi muito usado em redes Token Ring de 16 megabits. Em teoria podem ser usados também em redes Ethernet de 100 megabits, mas na prática isso é incomum, simplesmente porque estes cabos não são mais fabricados
Categorias de Cabos de Par trançado: Categoria 5 Este é o tipo de cabo de par trançado usado atualmente, que existe tanto em versão blindada quanto em versão sem blindagem, e é a mais comum (Categoria 5e). A grande vantagem sobre esta categoria de cabo sobre as anteriores é a taxa de transferência: eles podem ser usados tanto em redes de 100 megabits, quanto em redes de 1 gigabit
Categorias de Cabos de Par trançado: Categoria 6 Utiliza cabos de 4 pares, semelhantes aos cabos de categoria 5. Este padrão não está completamente estabelecido, mas o objetivo é usa-lo (assim como os 5e) nas redes Gigabit Ethernet. A diferença entre o o CAT5 e o CAT6 é a qualidade.
Categorias de Cabos de Par trançado: Categoria 7 Os cabos cat 7 também utilizam 4 pares de fios, porém utilizam conectores mais sofisticados e são muito mais caros. Tanto a frequência máxima suportada, quanto a atenuação de sinal são melhores que nos cabos categoria 6. Está em desenvolvimento um padrão de 10 Gigabit Ethernet que utilizará cabos de categoria 6 e 7.
Categorias de Cabos de Par trançado: Cabos CAT5 e conector RJ45.
Por que o cabo UTP, o STP e o FTP são trançados? Os cabos de categoria 3 (assim como os de categoria 4 e 5) possuem pelo menos 24 tranças por metro e por isso são muito mais resistentes a ruídos externos. O trançamento faz o chamado cancelamento dos campo magnéticos gerados pelos pares. Quando um par envia e outro recebe, os campo magnéticos positivos e negativos se anulam com as tranças do cabo.
DIAFONIA ou CROSSTALK: A diafonia ocorre quando um sinal transmitido em um fio interfere ou até mesmo corrompe o sinal que está sendo transmitido no fio adjacente. Fisicamente falando, isto ocorre porque quando um dado está sendo transmitido em um fio, ele gera um campo eletromagnético ao seu redor, e um fio posicionado dentro deste campo eletromagnético funciona como uma antena, capturando o sinal e, assim, modificando o sinal que estava sendo transmitido por este fio.
Como a diafonia interfere no desempenho da rede? A diafonia oriunda do meio físico (cabos) que embaralham o fluxo de sinais elétricos dentro do meio físico.
Ruído: O ruído é caracterizado pela interferência de meios externos á rede, ou seja podem ser oriundos de geradores (interferência eletromagnética EMI, fios elétricos etc..) ou pode ainda ser de gerado por fontes de rádio freqüência RFI.
Lembrete: Sempre que forem lançados cabos de rede deve-se tomar muito cuidado com os fatores externos que podem comprometer o desempenho da rede. O ruído é causado por fontes externas, a diafonia ou crosstalk é causada por meios internos (cabos despadronizados, crimpagem incorreta, emendas, entre outros...
O que pode causar interferência eletromagnética em uma rede? Fontes de Luz Fluorescente; Motores Elétricos; Motores de combustão; Fontes de energia elétrica; Fontes Magnéticas (eletroimãs) Antenas de TV, AM/FM e telefonia. Indutância Elétrica; Fontes de Raios X; Fontes de Raios Gama; Fontes de Raios Ultravioleta.
O que pode ser feito para evitar estes problemas? Evitar ao máximo expor cabos de rede ás fontes eletromagnéticas; Se necessário expor, usar cabos blindados se necessário. Sempre, identifique as canaletas que se encontram os cabos de rede; Alertar as demais pessoas (eletricistas) sobre o problema do ruído e como evitá-lo; Sempre supervisionar o trabalho de lançamento de cabos;
LATÊNCIA: A latência pode ser dita como o atraso na troca de mensagens de ida e volta, ou seja, tanto o envio como a confirmação do recebimento do pacote tem de ser semelhantes) quando ocorre uma diferença entre ambos, podemos dizer que está ocorrendo a LATÊNCIA.
Latência: As causas de latência ou atraso em uma rede podem ser várias : Placa de rede defeituosa; Segmento de cabo muito longo; Cabo de má qualidade; Excesso de ruídos externos; Diafonia; Concentrador (HUB ou SWITCH) com porta defeituosa.
LATÊNCIA: Quando ocorre muita latência na rede, ocorre também colisões de pacotes, devido a solicitação de reenvio por parte dos hosts.
Interferência por meios da luz: Lâmpadas fluorescente também geram interferência nas redes, deve-se observar quan for feito um cabeamento para não passar perto de lâmpadas.
Crimpagem de cabos Ao crimpar os cabos de rede, o primeiro passo é descascar os cabos, tomando cuidado para não ferir os fios internos que são frágeis. Eles são enrolados em quatro pares que por sua vez são diferenciados por cores. Um par é laranja, outro é azul, outro é verde e o último é marrom. Um dos cabos de cada par tem uma cor sólida e o outro é malhado, misturando a cor e o pontos de branco. É pelas cores que diferenciamos os 8 fios.
Crimpagem de cabos O segundo passo é destrançar os cabos, deixando-os soltos. É preciso organizá-los numa certa ordem para colocá-los dentro do conector e é meio complicado fazer isso se eles estiverem grudados entre si. É preferível descascar um pedaço grande do cabo, uns 6 centímetros para poder organizar os cabos com mais facilidade e depois cortar o excesso, deixando apenas os 2 centímetros que entrarão dentro do conector. O próprio alicate de crimpagem inclui uma guilhotina para cortar os cabos, mas você pode usar uma tesoura se preferir.
Padrões de Cabos Existem 2 padrões de crimpagem de cabos: O padrão EIA/TIA 568A; O padrão EIA/TIA 568B; EIA - Electronic Industries Alliance; TIA - Telecommunications Industries Association.
Padrão EIA/TIA 568A É o padrão utilizado nas Américas e a seqüência dos fios neste padrão é a seguinte : 1- Branco com Verde 2- Verde 3- Branco com Laranja 4- Azul 5- Branco com Azul 6- Laranja 7- Branco com Marrom 8- Marrom
Padrão EIA/TIA 568B É o padrão utilizado pelo restante do mundo principalmente Europa e Ásia, a sequência dos fios neste padrão é a seguinte : 1- Branco com Laranja 2- Laranja 3- Branco com Verde 4- Azul 5- Branco com Azul 6- Verde 7- Branco com Marrom 8- Marrom
Tipos de Cabos: Cabo Direto; Cabo CrossOver; Cabo RollOver.
Cabo Direto ou Straight-Thru As duas pontas do cabo usam o padrão EIA/TIA 568A ou EIA/TIA 568B; AS DUAS PONTAS são iguais; São utilizados para ligar os hosts aos concentradores (Hub s e switches).
Cabo Direto - Reto Transferência e recebimento pelos pares :
Cabo Cruzado ou Cross Over Uma ponta do cabo usa o padrão EIA/TIA 568A e a outra usa o EIA/TIA 568B; AS DUAS PONTAS são diferentes; São utilizados para cascatear hub s e switches, usado para conectar roteadores e hosts. Podemos montar uma rede com 2 hosts sem nenhum concentrador, apenas usamos um cabo cruzado.
Cabo Cruzado Transferência e recebimento pelos pares :
Cabos Cruzados Utilização :
Cabo RollOver Desenvolvido pela Cisco Systems, este padrão é utilizado apenas para interligar equipamentos Cisco, não sendo utilizável para uma instalação comum de rede.