Elias Cabreira Leveck
1 PROJETO DE REDES Curso Tecnológico de Redes de Computadores Disciplina: Infraestrutura de Redes de Computadores - 1º período Professor: José Maurício S. Pinheiro AULA 02 Cabeamento Metálico V. 01/10 1 Cabeamento de Rede Quando utilizamos o termo cabeamento de rede, estamos nos referindo ao conjunto formado pelos meios guiados de transmissão e demais acessórios, responsáveis pela interligação dos diversos dispositivos componentes de uma rede com o objetivo de transferir algum tipo de informação entre os dispositivos Meios Guiados e Não-Guiados Basicamente, a função de qualquer meio de transmissão é carregar um fluxo de informações através de uma rede, ficando essa capacidade de transmissão limitada apenas pelas características particulares de cada meio. Os meios (ou mídias) de transmissão são divididos em dois grupos: meios guiados, como os fios de cobre e os cabos de fibras ópticas e, meios não-guiados, como as ondas de rádio e os raios laser transmitidos pelo ar Propriedades do Cabeamento Metálico Dentre as características do cabeamento metálico, que devem ser observadas na montagem de uma rede, podemos destacar como mais importantes a resistência e a impedância Resistência A resistência representa a perda de energia que um sinal sofre ao trafegar por um meio metálico. É um parâmetro importante quando se discute não só a taxa máxima de transmissão, mas também a distância máxima permitida, qualquer que seja o tipo do meio metálico. A perda de energia aumenta com a distância, até chegar um determinado ponto onde o receptor não consegue mais reconhecer o sinal. A energia pode ser perdida na forma de radiação ou calor. Por exemplo, um par trançado pode chegar até várias dezenas de metros com taxas de transmissão de alguns megabits por segundo Impedância Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 1
2 Uma característica importante que deve ser observada na montagem de uma rede é a impedância dos cabos. A impedância é uma característica elétrica complexa que envolve a resistência e a reatância e que só pode ser medida com equipamentos apropriados. Os cabos devem ter uma impedância específica para que possam funcionar com os componentes elétricos das placas de interface. Em princípio, uma impedância alta ou baixa não causa qualquer problema, mas um cabo deve ter uma impedância correta para evitar a perda do sinal e interferências. A distância entre dois condutores, o tipo de isolamento e outros fatores especificam uma determinada impedância elétrica para cada tipo de cabo Categorias de cabeamento A partir da década de 1980, com a introdução dos padrões internacionais para o projeto de redes, os fabricantes de sistemas de cabeamento passaram a produzi-los sob normas definidas. Convém salientar que a performance de uma infraestrutura de rede não é expressa por sua taxa de transmissão em bits, mas sim por sua banda de freqüência de operação. Por esse motivo, dentro dos padrões de cabeamento foram criados grupos de especificações chamados categorias ou níveis, (a nomenclatura varia dependendo do padrão), que definem a aplicação dos cabos e conectores em função da banda de freqüência de operação. Quanto mais elevada for a classificação do cabo ou acessório, tanto maior é a sua capacidade de transmitir dados. Por exemplo, o cabeamento para redes locais é classificado pela EIA/TIA nas categorias 3, 4, 5, 5e, 6 e 7, sendo que apenas esta última ainda encontra-se em fase de normalização Cabo Coaxial Um cabo coaxial consiste em um fio de cobre rígido que forma o núcleo, envolto por um material isolante que, por sua vez, é envolto por um condutor cilíndrico externo na forma de uma malha metálica entrelaçada ou uma lâmina metálica. Esse condutor externo é coberto por uma capa plástica protetora. Inicialmente foi o tipo de mídia mais utilizada nas primeiras redes locais de computadores e para a transmissão a longa distância nos sistemas de transmissão das concessionárias de telefonia fixa. Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 2
3 Figura 1 - Estrutura do cabo coaxial Cabo Coaxial Fino O cabo coaxial fino, também conhecido como cabo coaxial banda base, "Thin Ethernet" ou 10Base2, consiste de um fio de cobre rígido, que forma o condutor central, envolto por um material isolante, que por sua vez é envolto por um condutor cilíndrico na forma de malha entrelaçada, tudo coberto por uma capa plástica protetora. É utilizado para transmissão digital, possuindo impedância característica 50Ω. É o meio mais empregado no início das redes locais na década de Figura 2 - Coaxial fino As principais características de cabos coaxiais do tipo banda base, de impedância característica de 50Ω são: Utilizam especificação RG-58 A/U; Tamanho máximo do segmento: 185 metros; Tamanho mínimo do segmento: 0,45 metro; Número máximo de segmentos: 5; Tamanho máximo total com repetidores: 925 metros; Tamanho Máximo sem Repetidores: 300 metros; Capacidade: 30 equipamentos por segmento; Taxas de transmissão: 10 a 50Mbps (dependente do tamanho do cabo); Topologia mais usual em barramento. Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 3
4 O cabo coaxial fino é mais maleável e, portanto, mais fácil de instalar em comparação com o cabo coaxial grosso. Na transmissão em banda base, o cabo de 50Ω sofre menos reflexões devido às capacitâncias introduzidas na ligação das estações ao cabo, além de possuir uma maior imunidade aos ruídos eletromagnéticos de baixa freqüência Cabo Coaxial Grosso O cabo coaxial grosso, também conhecido como cabo coaxial de banda larga, "Thick Ethernet" ou 10Base5, consiste de um fio de cobre rígido, que forma o núcleo, envolto por um material isolante, que por sua vez é envolto por um condutor cilíndrico de alumínio rígido, coberto por uma capa plástica protetora. Possui uma blindagem geralmente de cor amarela e seu diâmetro externo é de aproximadamente 10 mm. Em redes locais, o cabo é utilizado fazendo uma divisão da banda em dois canais ou caminhos: Transmissão (Inbound); Recepção (Outbound). Figura 3 - Coaxial grosso As principais características de redes locais utilizando cabo coaxial de banda larga estão na sua utilização para a integração dos serviços de dados, voz e imagens e na automação de escritórios. Uma diferença fundamental entre os cabos coaxiais de banda base e banda larga é que sistemas em banda larga necessitam de amplificadores analógicos para amplificar periodicamente o sinal. Entretanto, esses amplificadores só transmitem o sinal em um único sentido Cabos de Par Trançado O cabo de par trançado é normalmente utilizado para a transmissão em banda básica. Pode ser empregado também em redes locais com taxas de transferência maiores, trabalhando não somente a 10Mbps, mas também com taxas desde 100Mbps até 1Gbps. Sua transmissão pode ser tanto analógica quanto digital. A desvantagem do par trançado é sua sensibilidade às interferências e ao ruído elétrico. Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 4
5 O nome de cabo de par trançado é devido ao fato dos pares de fios se entrelaçarem por toda a extensão do cabo, evitando assim interferências externas ou entre os próprios condutores do cabo. Os fios de um par são enrolados em espiral a fim de através do efeito de cancelamento, reduzir o ruído e manter constantes as propriedades elétricas por toda a sua extensão Cabos STP Um cabo STP (Shielded Twisted Pair - Par trançado com blindagem), além de possuir uma malha blindada que lhe confere uma maior imunidade às interferências eletromagnética e de radiofreqüência, possui uma blindagem interna envolvendo cada par trançado com o objetivo de reduzir a diafonia. Figura 4 - Cabo STP Cabos FTP Os cabos de pares trançados blindados FTP (Foiled Twisted Pair Par Trançado com fita metalizada) foram projetados especialmente para aplicações de cabeamento que necessitam de isolamento adicional de acordo com os requisitos da norma ANSI/EIA/TIA-568 e especificações para cabeamento horizontal ou secundário entre os painéis de distribuição (Patch Panels) e os conectores nas áreas de trabalho. Figura 5 - Cabo FTP Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 5
6 Cabos UTP O cabo UTP (Unshielded Twisted Pair - Par trançado sem blindagem) é atualmente o cabo mais utilizado em redes de computadores. O cabo UTP tem como vantagens ser de fácil manuseio e instalação, além de permitir taxas de transmissão elevadas. A EIA/TIA padronizou os tipos de cabos UTP, dividindo em categorias no que se refere à bitola dos fios e aos níveis de segurança. Figura 6 - Cabo UTP 1.4 Categorias e Classes de Desempenho A evolução tecnológica permanente e a crescente necessidade de acesso aos serviços em banda larga levaram o cabeamento à subdivisão em sistemas que apresentam características distintas de performance, caracterizadas principalmente pela freqüência de trabalho (largura de banda) e pela aplicação (alcance) dos diversos tipos de cabos (par trançado, coaxial, fibra óptica) utilizados. Com o aumento das taxas de transmissão e a inevitável tendência para as redes de alta velocidade com necessidades de alcance cada vez maiores, um cabeamento de cobre de alto desempenho tornou-se uma necessidade. Considerando que o fator principal para determinar o alcance máximo possível de um sistema é a atenuação do sinal ao longo do cabo, foi necessário estabelecer alguns modos de classificação para o cabeamento em par metálico e o respectivo hardware de conexão. Criou-se então a subdivisão em uma série de categorias e classes por capacidades de desempenho. Nessa classificação, uma categoria ou classe de desempenho superior do cabo significa maior eficiência e uma menor atenuação. É oportuno lembrar que Categoria de Desempenho e Classe de Desempenho são terminologias utilizadas respectivamente pela ANSI/EIA/TIA e pela ISO/IEC, para designar os sistemas de cabeamento de telecomunicações. Por exemplo, na segunda edição do padrão ISO/IEC 11801, o cabeamento Categoria 6 é referido como Class E Cabling, sendo que as especificações da ISO/IEC são essencialmente as mesmas contidas no documento ANSI/TIA- 568-B.2-1. Todavia nem sempre existe uma correspondência entre categorias e classes: Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 6
7 CATEGORIAS 1 e 2: Especificadas pela norma EIA/TIA-568-A, eram recomendadas para comunicação de voz e dados até 9,6Kbps. Não têm equivalência ISO/IEC e atualmente estão fora de uso; CATEGORIA 3: Características de desempenho para cabeamento e conexões em transmissões de dados e voz até 16Mhz, na velocidade de até 10Mbps; CATEGORIA 4: Características de desempenho para cabeamento e conexões em transmissões de dados e voz na velocidade de até 16Mbps. Não há uma classe de desempenho ISO/IEC equivalente; CATEGORIA 5: Características de desempenho para cabeamento e conexões em transmissões de dados e voz na velocidade de até 100Mbps. Não há uma classe de desempenho ISO/IEC equivalente; CATEGORIA 5e: (Enhanced - Melhorada), é uma melhoria das características dos materiais utilizados na categoria 5, que permite um melhor desempenho, sendo especificada até 100Mhz; CATEGORIA 6: Desempenho especificado até 250Mhz e velocidades de 1Gbps até 10Gbps. Atualmente as soluções em par trançado Categoria 3 são utilizadas unicamente na distribuição vertical de voz tradicional, ao passo que as soluções Categoria 5e e Categoria 6 são utilizadas na distribuição horizontal e em alguns casos na distribuição vertical de voz e dados. O cabeamento Categoria 5 é normalmente direcionado para o mercado residencial, mas sua utilização vem caindo devido ao seu custo ser praticamente o mesmo da Categoria 5e. Reforçando essa afirmativa, nos projetos atuais de infraestrutura é recomendada a utilização de cabeamento de, no mínimo, Categoria 5e para pequenas redes com poucos serviços ou que tenham caráter provisório e Categoria 6 para as redes novas ou de maior porte. Ainda sobre a Categoria 6, esta deverá ser utilizada inclusive no mercado residencial, suportando altas velocidades no acesso a Internet em banda larga. Por exemplo, as aplicações envolvendo a transmissão de vídeo nas residências devem aumentar, exigindo maiores taxas de transmissão Categoria 5e x Categoria 6 A principal diferença entre a Categoria 5e e a Categoria 6 está na performance de transmissão e na largura de banda estendida de 100MHz da Categoria 5e para 250MHz da Categoria 6. A largura de banda é a medida da faixa de freqüência que o sinal de informação ocupa. O termo é também usado como referência às características de resposta em freqüência de um sistema comunicação. No sentido mais qualitativo, a largura de banda é proporcional à complexidade dos dados transmitidos. Já a performance se traduz em uma menor atenuação. Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 7
8 Devido a esses fatores (performance e largura de banda), associando uma melhor imunidade às interferências externas, os sistemas que operam em Categoria 6 são mais estáveis em relação aos sistemas baseados na Categoria 5e. Isto significa redução nas retransmissões de pacotes, proporcionando uma maior confiabilidade e estabilidade para a rede Aplicações da Categoria 6 Todas as aplicações que funcionam atualmente em Categoria 5e funcionam igualmente na Categoria 6. Em aplicações onde são exigidas altas taxas de transmissão, os cabos Categoria 6 permitem adicionalmente a redução de custo dos equipamentos ativos utilizados na transmissão e recepção dos sinais. Por exemplo, a figura seguinte apresenta uma comparação entre os protocolos de transmissão Gigabit Ethernet para sistemas baseados em Cat5e e Cat6. Figura 7 - Gigabit Ethernet sobre Cat5e e Cat6 1.5 Cabeamento categoria 7 A Categoria 7/ Classe F é uma nova categoria ou classe de desempenho que apresenta uma largura de banda de 600Mhz e que usa um tipo de conector diferente do RJ-45 tradicional. No caso do conector, foi padronizada pelo IEC uma interface do tipo não-rj designada por IEC , padrão destinado aos sistemas de cabeamento estruturado de Categoria 7/Classe F. Figura 8 - Conector IEC Fonte: Siemon Company Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 8
9 A infraestrutura para atender a Categoria 7 utiliza cabeamento S/FTP (Screened Foil Twisted Pair). São cabos com dupla blindagem, onde cada par individual recebe uma blindagem do tipo folha metálica (foirl) e todos recebem uma blindagem geral tipo malha de blindagem (screened). Os sistemas dessa Categoria somente podem ser implementados utilizando os cabos S/FTP, não existindo nenhum cabo UTP e ScTP Classe F/ Categoria 7. Figura 9 - Cabo S/FTP Fonte: Siemon Company Características da Categoria 7 A Categoria 7 foi desenvolvida para ser um sistema aberto, capaz de suportar algum padrão de rede Gigabit Ethernet, ou mesmo para ser utilizada em alguma arquitetura de rede ainda mais rápida. Dessa forma, os cabos da Categoria 7 se enquadram em um novo padrão de cabeamento de rede em par trançado, que utilizam os 4 pares de fios blindados e hardware de conexão também blindado, sendo capazes de trabalhar com freqüências de 600MHz, em contraste com os cabos cat 5 e cat 5e que suportam freqüências de até 400MHz. As especificações de diversos itens referentes a interconectividade (hardwares de conexão) ainda encontra-se em desenvolvimento, mas os links que utilizam o cabeamento Categoria 7 já estão classificados como Classe F na norma ISO. Na tabela seguinte é apresentado um resumo das principais características do cabeamento em par metálico segundo as normas ISO e EIA/TIA: Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 9
10 ISO EIA/TIA Utilização Cat 1 Serviços telefônicos e dados de baixa velocidade Cat 2 RDSI e circuitos T1/E1-1,536 Mbps/2,048 Mbps Classe C Cat 3 Dados até 16 MHz, incluindo 10Base-T e 100Base-T Classe B Cat 4 Dados até 20 MHz, incluindo Token-Ring e 100B-T (extinto) Classe D Cat 5 Dados até 100 MHz, incluindo 100Base-T4 e 100Base-TX (extinto) Cat 5e Dados até 100 MHz, incluindo 1000Base-T e 1000Base-TX Classe E Cat 6 Dados até 200/250 MHz, incluindo 1000Base-T e 1000Base-TX Classe F Cat 7 Dados até 500/600 MHz 1.6 Tipos de Conectores Conectores são dispositivos utilizados para estabelecer a terminação mecânica dos cabos, permitindo o acesso dos terminais ao restante da rede Terminações em cabos coaxiais Existem cinco tipos de conectores para serem utilizados com cabos coaxiais em redes de computadores: 1. Conector BNC, padrão macho para as pontas do cabo coaxial e fêmea para as placas de rede; 2. Conector BNC tipo "T" liga dois conectores tipo macho ao conector fêmea da placa de rede, sendo formado por duas entradas tipo BNC fêmea e uma saída do tipo BNC macho; 3. Conector BNC tipo "I", também conhecido como Barrel, serve para ligar as extremidades de dois segmentos de cabo coaxial, muito utilizado para aumentar a distância entre um nó e outro; 4. Conector Transceiver ou "Vampiro", que serve para ligar um cabo coaxial grosso à estação; 5. Conector BNC de terminação, ou simplesmente terminador, que deve ser colocado na extremidade final localizada no último segmento de rede. Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 10
11 Figura 10 - Tipos de conectores para cabos coaxiais Terminações em cabos UTP Nas redes utilizando o cabeamento UTP, a norma EIA/TIA padronizou o conector RJ-45 para a conectorização dos cabos. São conectores que apresentam facilidade de manuseio, tempo reduzido na conectorização e confiabilidade, sendo que estes fatores influem diretamente no custo e na qualidade de uma instalação. Os conectores estão divididos em dois tipos: macho (plug) e fêmea (jack). Figura 11 - Conector RJ Interferências em Cabeamento Metálico Ruído Elétrico Os problemas de energia elétrica são as maiores causas de defeitos em redes de computadores. Conhecido como Interferência eletromagnética - EMI e Interferência de Rádio Freqüência - RFI, o ruído elétrico pode ser causado por diversos fatores tais como descargas atmosféricas, motores elétricos, equipamentos industriais, transmissores de rádio, etc. Os ruídos elétricos podem Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 11
12 produzir algum tipo de falha nas redes de computadores resultando em perdas de dados e erros em programas executáveis. Os ruídos também podem ser classificados quanto ao tipo e duração. Quanto ao tipo, os ruídos podem ser classificados em ruído radiado (campos elétricos e magnéticos propagando-se pelo ar) e conduzido (através do cabeamento, conduítes metálicos e plano terra). Quanto à duração, os ruídos podem ser classificados em permanentes (por indução), quase-permanentes (curto-circuito e partida de motores elétricos) e transitórios (descarga atmosférica e lâmpada fluorescente) Ruídos EMI / RFI O EMI é qualquer tipo de sinal indesejável (conduzido ou irradiado), capaz de interferir no correto funcionamento dos equipamentos de uma rede. Trata-se do tipo mais importante de interferência entre sinais de dados e voz em sistemas de cabeamento. Representa a interferência sobre a transmissão ou recepção de sinais devido ao acoplamento de campos elétrico ou magnético, separadamente, ou pelo efeito de ambos, combinados. As principais fontes de EMI são os circuitos elétricos, as descargas elétricas atmosféricas e os transmissores de rádio. A interferência de RFI, igualmente danosa para os sistemas que utilizam o cabeamento metálico como meio de transporte de informações, é causada normalmente por distúrbios na energia elétrica que produzem sinais com uma freqüência que interfere no funcionamento dos circuitos eletrônicos. Dentre as fontes de RFI podem-se citar os motores elétricos e as fontes de alimentação de alguns equipamentos eletrônicos Delay Skew Os sinais que trafegam por um cabo de pares certamente possuem velocidades de propagação diferentes. A diferença de propagação (medida em nanossegundos) entre o maior valor de propagação e o menor valor representa o atraso de propagação ou Delay Skew. Nos sistemas com alto throughput (alta capacidade de transmitir dados), é muito importante que a diferença entre os atrasos de propagação seja a menor possível para garantir a performance do sistema Diafonia Quando um sinal elétrico trafega por um condutor, gera ao redor deste, um campo elétrico. Diafonia ou Crosstalk é a medida da interferência elétrica gerada em um par pelo sinal que está trafegando num par adjacente dentro do mesmo cabo. Uma menor interferência acarreta um melhor desempenho. Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 12
13 Figura 12 Diafonia Dimensionamento do Cabeamento de Interligação Na rede estruturada utilizam-se tanto cabos metálicos como ópticos. A opção pelo uso de um ou outro, é feita em função de: topologia, interferência ou desempenho dos pontos a que se pretende comunicar. Estes fatores interferem diretamente na eficiência dos meios de transmissão, já que influenciam os parâmetros de uma rede. A tabela seguinte estabelece os limites de utilização para cada meio de transmissão. Meio Categoria Freqüência Comprimento máximo (m) (MHz) Rede Primária Rede Secundária UTP (1) 90 UTP UTP (1) Depende da aplicação Tabela 1 - Limites de transmissão para cabos UTP e fibras ópticas Considerando os limites mostrados na tabela anterior, os projetistas devem considerar todas as alternativas de projeto quando se depararem com trechos extensos de rede que ultrapassem os limites estabelecidos. Na prática, é interessante fazer uma estimativa da metragem dos cabos de interligação que serão utilizados na execução do cabeamento horizontal para a conexão com os pontos de rede definidos nas áreas de trabalho com vistas aos cálculos de material e custos do projeto. Neste caso, não é considerado para efeito do cálculo o cabeamento backbone. Partindo-se do diagrama físico da rede e da planta da edificação, que normalmente é executada em escala, pode-se calcular o comprimento do cabeamento nos percursos horizontais até os pontos terminais da rede. Esse cálculo pode ser feito individualmente para cada tipo de cabo (coaxial, fibra óptica, par trançado) através da seguinte fórmula: Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 13
14 TC = [(LL+LC+4PD)/2] x NP x 1,10 onde: TC = Total do cabeamento horizontal (em metros); LL = Comprimento linear do lance de cabo mais longo (em metros); LC = Comprimento linear do lance de cabo mais curto (em metros); PD = Altura do pé direito da edificação (em metros); NP = Número de pontos de rede projetado. A fórmula aqui apresentada é empírica e o valor obtido considera uma margem para reserva técnica de 10% nos cabos para a aplicação no cabeamento dos acessórios como gabinetes e racks e para manutenções futuras da rede. 1.9 Conclusão Partindo das perspectivas visando o futuro, é sempre uma boa escolha instalar o melhor tipo de cabeamento disponível. Algumas das vantagens de se utilizar tecnologias de cabeamento mais avançadas são evidentes: Preservação do investimento inicial, facilidades de adaptação quando da evolução das tecnologias, pois não serão exigidos grandes investimentos na infraestrutura de cabeamento, maior confiabilidade na infraestrutura da rede e compatibilidade com os sistemas anteriores. Porém, todo e qualquer sistema de cabeamento estruturado terá sua performance sempre dependente do tipo de material utilizado e fundamentalmente da qualidade do serviço de instalação. Se a rede já estiver em funcionamento avaliam-se os limites dos serviços que se deseja implementar; senão pode-se elaborar um projeto de instalação prevendo as evoluções e exigências futuras. Entretanto, para qualquer investimento na infraestrutura temos sempre que avaliar as necessidades atuais e futuras do ambiente de instalação e a relação custo/benefício das soluções propostas. É necessário considerar sempre o Custo Total de Propriedade (Custos de Aquisição + Manutenção + Atualização) e não apenas o custo de aquisição, que na maioria das vezes leva à escolha de uma solução inadequada. Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 14
15 Questionário 1. Qual é a função básica de um meio de transmissão? 2. Como é expressa a performance de uma infraestrutura de rede? 3. Por que o cabo de par trançado tem esse nome? 4. O que são categorias e classes? 5. Qual a principal diferença entre as categorias 5e e 6? 6. Quais as principais aplicações do cabeamento categoria 7? 7. Qual o conector padrão utilizado no cabeamento UTP? 8. Como podemos classificar os ruídos elétricos quanto ao tipo e duração? 9. O que é Diafonia? 10. O que é Delay Skew? Ref: BICSI; Pinheiro; ABNT; EIA/TIA 15