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 Transmissão Serial de Dados A transmissão serial de dados é método mais comum de enviar dados de um DTE 1 (computadores, controladores etc) para outro. Num computador onde dados para serem enviados num fluxo de um bit por vez através de um canal, é necessário a passagem desses dados por uma interface serial, para então serem transmitidos como dados seriais. Os padrões mais populares para esse tipo de transmissão serial (bit a bit) são os seguintes: RS-232 RS-449 RS-530 RS-422 RS-485 V.35 1 DTE: Data Terminal Equipament = Equipamento para Termina de Dados 1
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). 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 encontrados com impedância de 50 ohms e 93 ohms. No padrão Ethernet, cuja especificação técnica do IEEE é a IEEE 802.3 responsável pelo CSMA/CD, podemos encontrar dois desenvolvimentos de cabos coaxiais de 50 ohms. O padrão ArcNet, que foi normalizado pelo IEEE, também empregou o cabo coaxial fino, porém com impedância de 93 ohms. Os computadores IBM empregaram durante uma bom período, os DTEs interligados por cabos coaxiais finos de 93 ohms. Inclusive quando esses DTE eram remotos, as placas de emulação de terminal IBM 3270 (placas IRMA) apresentavam saídas para esse cabo. Esse tipo de cabo volta ao cenário de transmissão de dados conectando as placas de redes WiFi, até as antenas externas ou internas, num cabo denominado Pigtail (rabo-de-porco). 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 2
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 e o 5 dos 500 metros ). Outras características do 10Base-5: Comprimento máximo de 500 metros para um segmento. È permitido no máximo dois repetidores entre dois dispositivos. O cabeamento poderá apresentar um comprimento total de no máximo 2,5 Km. 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. 3
Nas redes locais esse tipo de cabeamento é muito empregado com 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 desenvolvidos 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 4
onde o cabeamento de camada isolante simples e apresenta as seguintes características: Conector Tê 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 interligando as nics comporão o cabeamento, sendo o conector entre eles o Conector Te, conectado diretamente ao conector BNC (Bayonet Neill-Concelman) da placa de rede, sem emprego de cabo. Distância mínima entre os conectores Te é de 0,5 metro. 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 de 25 ohms. Terminador Resistivo Para um funcionamento eficiente contra interferências eletromagnéticas, uma das extremidades de cada segmento de cabeamento deverá está ligada ao aterramento exclusivo para a rede. O comprimento máximo do cabeamento será de 925 metros. Esse padrão de cabo pode ser conectado a um transceiver e ser convertido para qualquer outro tipo de cabeamento do padrão IEEE802.3. 5
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/TIA 2-568, sendo posteriormente esse desenvolvimento denominado SP-2840. Conector RJ-45 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. 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. Campos Eletro-magnéticos Crosstalk ou Diafonia é a medida da interferência que a superposição dos campos eletro-magnéticos provoca. Método Par a Par (NEXT) No método de avaliação do crosstalk par a par, é também conhecido por NEXT, ele a atenuação de sinal, é medido para cada combinação de pares em um cabo. Em um cabo de 4 pares, o crosstalk é medido para um total de seis combinações. 2 EIA = Eletronics Industries Association TIA = Telecomunications Industry Association 6
O "pior crosstalk par a par" corresponde ao pior valor de atenuação de sinal medido em decibéis dos seis pares. Isto é ilustrado pela fórmula abaixo. Pior par-a-par (NEXT) = pior dentre PR1-2, PR1-3, PR1-4, PR2-3, PR2-4, PR3-4 Par 1 Par 2 Par 4 Par 3 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( Ethernet ou Fast Ethernet ) Categoria 5e até 100 Mb/s à 100 Mhz (Fast Ethernet em modo fullduplex garantido = 4 pares de dados ) Categoria 6 1000Base-T ou 1Gbase-T - 1 Gb/s à 4 pares com freqüências de até 250 Mhz Categoria 7 10Gbase-T 10 Gb/s com frequência de até 600 Mhz (ainda em desenvolvimento) o Cabo STP TP blindado o Os conectores para esse padrão serão metálicos e aterrados Cabo STP ( Fios Blindados) 7
Tomada Cat. 7 Conector Cat. 7 Outra designação para classificar os cabos TP: Classe C = Categoria 4 Classe D = Categoria 5 Classe E = Categoria 6 Classe F = Categoria 7 3.3.1 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. 3.3.2 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 8
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 EIA/TIA 568-A, que é o mais popular, o EIA/TIA 568-B, e o USOC ( ). A Unicamp emprega o padrão 568-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. 9
Cabo de Pinagem Direta 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 Cabo de Pinagem Cruzada ou Cross-Over 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 Atualmente os modernos aparelhos de conexão hub ou switch permitem o uso de qualquer tipo de pinagem direta ou cruzada. 4 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. 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. 10
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. Na verdade a única interferência seria para as fibras óticas é a luz do sol, caso ocorra um rompimento dos revestimentos das fibras. Trabalham nas conexões de dados, normalmente bidirecionais, com duas fibras para cada conexão, uma só para transmição 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
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. 4.1 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. 12
Para melhorar essas distâncias foi desenvolvido um padrão especial de fibras ótica otimizada para essas altíssimas velocidades chamado LOMMF - Laser Optimized Multimode Fiber, que extende os comprimento das fibras para valores de 300 metros para o padrão 10GBase-SR e 1000 metros para o padrão 1000Base-SX. 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. Alguns exemplos de conectores mais comuns: 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. 13
4.2 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. 14