Centro Universitário da Cidade. UniverCidade. Escola de Ciências Exatas e Tecnologia - PDF
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Thiago Minho Correia
1 Centro Universitário da Cidade UniverCidade Escola de Ciências Exatas e Tecnologia Cadeira de Laboratório de Redes Professor Fred Sauer
2 . 1 Introdução Tecnologia de Redes Ethernet 10Mbps Fast Ethernet 100Mbps Gigabit Ethernet GE ATM Asynchronous Transfer Mode Revisão para acompanhamento do capítulo Técnicas de Compartilhamento do Meio Físico Unidades de Medida Importantes Parâmetros do Cabeamento Metálico Distorção e Ruído Distorção Distorção por atenuação Distorção por Retardo (de fase) Ruído Ruído branco (térmico) Ruído impulsivo Diafonia (Crosstalk) Perda de Retorno (Return Loss) Relação Atenuação-Diafonia (ACR) Jitter de Fase e Amplitude Atraso de Propagação Relativo (Skew Delay) Certificação de Redes Locais Testes Típicos Mapeamento de condutores Comprimentos de Cabos Atenuação NEXT Paradiafonia Return Loss, Propagation Delay e Delay Skew ACR Attenuation to Crosstalk Ratio Normas Técnicas para Cabeamento Estruturado Adendo 1 da ANSI/TIA/EIA 568-a Adendo 2 da ANSI/TIA/EIA 568-A (Agosto de 1998) Adendo 3 da ANSI/TIA/EIA 568-A (Dezembro de 1998) Adendo 4 da ANSI/TIA/EIA 568-A (Novembro de 1999) Adendo 5 da ANSI/TIA/EIA 568-A (Fevereiro de 2000) Categoria Cabeamento Estruturado Resumo das Normas para cada área de Cabling Aspectos Práticos de Cabeamento Estruturado Aterramento Soluções de Conectividade (equipamentos ativos) Hubs (Concentradores) Switches (Comutadores) Roteadores (routers) Gateways Produtos para Cabling Cabos
3 Cabos de Cobre Cabos e Conectores Óticos Caixas e tomadas para terminação do Cabeamento Horizontal Ferramentas de Crimpagem Painéis de Conexão e Patch-Panels Racks Atividades Laboratoriais Atividade Preliminar Atividade Principal Primeira Tarefa Segunda Tarefa Terceira Tarefa
4 . 1 Introdução Centro Universitário da Cidade UniverCidade Escola de Ciências Exatas e Tecnologia Cadeira de Laboratório de Redes Professor Fred Sauer Este material se presta a fornecer os conceitos básicos para o acompanhamento da cadeira de Laboratório de Redes da UniverCidade. Seu conteúdo é integralmente extraído de normas e outras referências disponíveis, visando exclusivamente permitir o seu acompanhamento, não pretendendo ser o único material de consulta para a atividade de implementação de Redes Locais. Além disso, a tecnologia evolui muito rapidamente, e um bom profissional busca contínuo aprendizado e aperfeiçoamento. Esta apostila é organizada da seguinte maneira: o segundo capítulo descreve uma revisão de conceitos básicos de Tecnologia de Redes, com vistas a um nivelamento entre os alunos. Basicamente, são assuntos já discutidos no contexto de outras cadeiras do curso. O terceiro capítulo ilustra as maiores preocupações de um projetista de redes, os aspectos particulares dos cabos, especialmente os metálicos, que podem comprometer a qualidade das transmissões. O capítulo quatro apresenta os testes utilizados atualmente para aferir os parâmetros descritos no capítulo três. No capítulo cinco são apresentadas as normas técnicas fundamentais, cujo conhecimento é necessário para qualquer Projeto de Redes. O sexto capítulo descreve soluções típicas para a maioria das necessidades de conectividade, de acordo com os produtos hoje utilizados. O sétimo capítulo apresenta alguns produtos utilizados para a implementação do cabling de redes. O oitavo capítulo faz um apanhado dos equipamentos de conectividade, suas funcionalidades e características funcionais, e o nono capítulo descreve atividades laboratoriais que deverão ser realizadas para consolidação dos conceitos apresentados. O Apêndice A descreve procedimentos detalhados para testes de certificação em redes Cat 5e, descritos pela Fluke Networks, e o Apêndice B é a Revisão da NBR para cabeamento de redes. 4
5 . 2 Tecnologia de Redes Neste capítulo serão discutidas as tecnologias utilizadas para prover a implementação do ambiente de Redes Locais 2.1 Ethernet 10Mbps Atualmente, a tecnologia mais usada em redes locais de computadores é a Ethernet, por seu baixo custo, pouca complexidade e grande confiabilidade. Uma vez que o fundamento das redes Ethernet é o mesmo, seja qual for a taxa de transmissão 10, 100 ou 1000 Mbps, a escalabilidade nos projetos de redes é privilegiada. A rede Ethernet pode ser comutada (usando switches) ou compartilhada (usando hubs). Na rede compartilhada, todas as estações competem pelo acesso ao meio de transmissão no mesmo domínio de colisões. Switches segmentam o domínio de colisões em vários domínios. Cada porta de um switch define um único domínio de colisões. Um dos parâmetros mais importantes, o retardo de propagação, está associado ao domínio de colisões. O retardo, ou tempo máximo, deve ser menos que o tempo necessário para que o remetente envie 512 bits. No caso de 10 Mbps, esse retardo deve ser menor que 51,2 ms. Essa restrição limita a distância máxima permissível entre as estações da rede e a quantidade de repetidores no percurso, já que cada repetidor introduz um retardo adicional na transmissão. A Ethernet compartilhada é half-duplex, pois qualquer estação só transmite quando o meio está livre e, portanto, não há como transmitir e receber simultaneamente. Em ligações ponto a ponto, como entre uma porta de switch e uma estação ou entre switches, é possível transmitir e receber simultaneamente, ou seja, em full-duplex. A Ethernet 10Mbps é a implementação direta do método de acesso ao meio físico CSMA/CD, publicado no padrão do IEEE. A tabela 1 apresenta os primeiros tipos de cabos para redes locais, com taxas de 10Mbps. Tabela 1- Ethernet a 10Mbps Este tipo de tecnologia foi revolucionário, porque ofereceu uma taxa bem superior ao típico nas linhas de comunicação de dados da época (9600bps) e permitiu a criação dos primeiros ambientes de compartilhamento não apenas de dados, mas 5
6 . também de periféricos caros como impressoras. Surgem também os primeiros Sistemas Operacionais de Redes, como o Novell Netware e o Windows A tabela 2 ilustra a primeira solução para ampliação do alcance físico das redes, as fibras óticas. Tabela 2-10Mbps em Fibra Multimodo Estas fibras, do tipo multimodo, devido ao seu processo de fabricação, tem alcance limitado devido às reflexões do feixe de luz no diâmetro interno do cabo. No entanto, possibilitam um custo razoável para o benefício obtido. As fibras óticas são um capítulo a parte na história da conectividade. Em 1854, Alexander Graham Bell transmitiu um sinal telefônico a 200 metros de distância usando um feixe de luz. No entanto, apenas na década de 70, com o domínio da tecnologia de fabricação de fibras óticas e de emissores de luz, como o laser, os sistemas de transmissão passaram a explorar esse potencial. Cabos transatlânticos cruzam os oceanos entre América e Europa com repetidores a cada 45 Km, e possibilitando até ligações telefônicas simultâneas. Há várias características construtivas e de instalação que influenciam a capacidade de utilização das fibras. Um parâmetro importante é a atenuação, que determina o alcance máximo de um segmento não repetido. Sua forma mais natural de ocorrência decorre da perda da potência do sinal ao longo do cabo. No entanto, pesquisadores observaram que a atenuação é também função do comprimento de onda usado para gerar a portadora do sinal, conforme ilustrado na figura 1. Figura 1 - Janelas de Transmissão 6
7 . Nesta figura, se podem observar três janelas onde a transmissão possui uma atenuação estável, passível de ser utilizada para cálculo de comprimento máximo dos segmentos. Estas três janelas, 850, 1250 e 1550 nanômetros são comprimentos de onda típicos das configurações de transmissão via fibras óticas. Outro aspecto é a dispersão, observada nos cabos multímodo. O feixe de luz segue trajetórias diferentes ao longo do cabo, causando perda de energia na propagação do sinal devido à energia despendida para reflexão do sinal. Fibras mais evoluídas possuem a característica de índice gradual, reduzindo as reflexões e tornando o feixe mais comportado. Para redução máxima desta dispersão é necessário reduzir o diâmetro da fibra até que não haja mais reflexão do mesmo ao longo do cabo. Tais fibras são denominadas de singlemode. As figuras 2 e 3 ilustram as fibras multi e monomodo. Figura 2 - Diâmetro das Fibras Figura 3 - Efeito da Distorção 7
8 . 2.2 Fast Ethernet 100Mbps O padrão Fast Ethernet foi especificado na IEEE 802.3u e é uma evolução do Ethernet 802.3, o que garantiu seu sucesso pela facilidade de migração. São definidas três implementações possíveis: 100BaseTX - sobre cabos UTP categoria 5, inclusive com as mesmas configurações de conectorização do padrão 10BaseT; 100BaseT4 - sobre cabos UTP categoria 3, 4 ou 5. Foi projetado para aproveitar a base instalada de cabos Categoria 3. Usa 3 pares de fios para transmissão e um quarto par para detectar colisão; 100BaseFX - sobre cabos de fibra óptica monomodo e multimodo. A tabela 3 mostra o tamanho máximo do domínio de colisões de acordo com o meio físico. Para fibra óptica monomodo a limitação depende dos equipamentos e do próprio cabo. Em ligações full-duplex entre switches, a fibra monomodo pode permitir distâncias de 10 ou 20 km. Tabela 3 - Limitações do Fast Ethernet 2.3 Gigabit Ethernet Definida no padrão IEEE 802.3z, para uso em cabos de fibra óptica monomodo e multimodo e no padrão IEEE 802.3ab para cabos de par trançado. Assim como no Fast Ethernet, é fundamentado nos requisitos básicos do CSMA/CD, com o mesmo formato e estrutura do quadro padrão 802.3, tornando a migração direta a partir das tecnologias anteriores. No entanto, diferentemente do 10BaseT (que opera o CSMA/CD em halfduplex), o Gigabit Ethernet opera em full-duplex usando todos os oito fios do cabo. Entretanto, mantendo as características de tamanhos de cabos e de mensagens se facilita sua rápida adoção pelo mercado. Para uso em cabos de fibra óptica existem duas especificações: 1000BaseSX - em fibra multimodo, com comprimento de onda de 850 nm, para cabeamento horizontal e backbones; e 1000BaseLX - em fibra multimodo ou monomodo, com comprimento de onda de 1310 nm, para backbones de prédio e de campus. A tabela 4 ilustra os tipos acima. 8
9 . Tabela 4 - Gigabit Ethernet A especificação 1000BaseT se destina ao cabeamento horizontal e da área de trabalho, e foi escrita inicialmente para operar sobre cabeamento UTP categoria 5 (já existente na maioria das empresas), desde que os enlaces sejam aprovados em testes adicionais de Perda de Retorno e ELFEXT introduzidos pelo boletim técnico ANSI/EIA/TIA TSB95. No Gigabit Ethernet, cada um dos 4 pares do cabo categoria 5 deve suportar uma taxa efetiva de 250 Mbps em cada direção simultaneamente até uma distância de 100 m, garantindo que a taxa de erros de bit (BER) fique abaixo de Para prover maior margem de segurança no atendimento aos requisitos da nova tecnologia, mesmo no pior caso de topologia (4 conexões: 2 patch panels, 1 ponto de consolidação e 1 tomada de telecomunicação), foi elaborado um adendo à EIA/TIA 568, chamado de categoria 5 Enhanced (ou 5e). Para instalações novas é recomendado o uso, no mínimo, de cabeamento categoria 5e. A revisão da norma, a ser publicada como EIA/TIA 568-B, entre outras alterações, deve mencionar cabos categoria 3 e 5e apenas, tornando as outras categorias (4 e 5) obsoletas. Todas as novas instalações devem ser feitas com todos os elementos de cabeamento categoria 5e para garantir a escalabilidade e vida útil mais longa. Há ainda a especificação 1000BaseCX, utilizando cabo biaxial blindado balanceado de 150 Ohm, apropriada para conexões dentro de armários de telecomunicação ou salas de equipamento. A distância máxima permitida entre dispositivos ligados por esse tipo de cabeamento é de 25 m GE Um grupo intitulado HSSG (Higher Speed Study Group) foi criado para desenvolver e realizar estudos em protocolos com velocidades superiores a 1 Gbps. Estes estudos viabilizaram o desenvolvimento do protocolo 10 GE (10 Gigabit Ethernet), sendo aprovado pelo comitê em março de Foram definidas especificações para camadas físicas (LAN e LAN Estendida, WAN e MAN), além de uma classe de redes para comunicações entre dispositivos de armazenamento (redes SAN - Storage Area Networks), apresentando tipos de transmissores, receptores e 9
10 . princípios de codificação compatíveis com o tipo de mídia utilizada. No caso da especificação WAN PHY (do inglês physical), é destinada a carriers comerciais, provedores de serviços e redes corporativas, operando sobre uma taxa compatível com a padronização OC-192 com SDH VC-4-64c e com infra-estrutura óptica em DWDM 1. Tradicionalmente, o protocolo Ethernet é amplamente referenciado às topologias LAN e LAN Estendida (Redes Locais corporativas interligando sites remotos). Este novo protocolo irá oferecer os benefícios da LAN Ethernet à WAN Ethernet, estabelecendo conjuntos compatíveis de dispositivos de rede, que possam estabelecer uma ponte transparente de operação e migração entre 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps e 10 Gbps. A tabela 5 ilustra as limitações do padrão 10 GE. Tabela 5-10 Gigabit Ethernet Para especificações 10GBase SR/SW, S = Shortwave Serial Laser em 850nm e duas fibras multimodo. Para 10GBase LR/LW, L = Long Wavelength Serial Laser em 1310nm e duas fibras monomodo. Para 10GBase ER/EW, E = Extra Long Wavelength Serial Laser, em 1550 nm e duas fibras monomodo. Para especificações 10GBase- LX4/LW4, utiliza-se duas fibras multimodo ou monomodo com WWDM (Wide Wavelength Division Multiplexing ) 2.5 ATM Asynchronous Transfer Mode O ATM pode ser usado tanto em redes LAN como em redes WAN. Ao contrário de outros protocolos de LAN, o ATM é baseado em conexões e comutação de células em circuitos virtuais. Ao invés de pacotes de tamanho variável como no Ethernet, o ATM opera com células de tamanho fixo (53 bytes). Como é pouco provável que uma rede LAN seja totalmente ATM, devido aos altos custos, existem padrões definidos para 1 DWDM Dense Wavelenght Division Multiplexing Técnica de multiplexação para feixes de luz 10
11 . transmitir pacotes de outros protocolos como IP, IPX e Apple Talk através dos switches ATM. LAN Emulation (LANE), IP over ATM e Multiprotocolo sobre ATM (MPOA) executam essa tarefa. Apesar da complexidade e do custo, o ATM é uma boa escolha para backbones de redes quando os requisitos de banda são muito grandes e quando as aplicações necessitam de recursos de Qualidade de Serviço (QoS). Em outros tipos de redes LAN ou WAN geralmente não se pode garantir a Qualidade de Serviço de um extremo a outro, embora muitos protocolos estejam surgindo para acrescentar às redes IP essa funcionalidade. Aplicações como vídeo-conferência, tratamento de imagens, telefonia e outras que misturam dados, voz e vídeo, exigem largura de banda elevada, são sensíveis a retardo (Delay) ou à variação do retardo (Jitter), podem ser beneficiadas pelos recursos de garantia de QoS do ATM. Em redes WAN, um cliente pode ter economia usando ATM, uma vez que permite a locação dinâmica de banda e controle de congestionamento (e portanto exige menos linhas para executar o mesmo serviço) ao invés de usar linhas dedicadas e TDM que desperdiçam banda. Em cabeamento metálico, o ATM pode funcionar (de acordo com o que está padronizado) em taxas de transmissão de 25,6 Mbps até 155 Mbps (OC-3). Em fibra óptica, são admitidas taxas de transmissão de até 9,952 Gbps (OC-192) e superiores, com a utilização de tecnologia WDM. Para velocidades de transmissão de 622 Mbps (OC-12), o ATM Fórum especificou somente interfaces para fibra óptica (multimodo 62,5/125 µm e 50/125 µm, e monomodo) e não existem equipamentos comerciais para operar ATM a 622 Mbps fora dessas especificações. Apesar de só existirem definições de ATM para cabos metálicos categoria 3, 4 e 5, é recomendada a utilização de cabeamento categoria 5e, que suporta todas as definições propostas. Seu uso é limitado a distâncias de 100 m no cabeamento horizontal, conforme a EIA/TIA 568-A e ISO Restrições de distância dos enlaces de fibra óptica dependem do meio físico, da taxa de transmissão e dos equipamentos de rede. Deve ser consultado o fabricante do equipamento para saber a distância máxima de transmissão sobre o meio físico a ser considerado. A figura 4 representa a multiplexação estatística do ATM. 11
12 . Figura 4 - Multiplexação ATM 2.6 Revisão para acompanhamento do capítulo Alguns conceitos utilizados neste capítulo já foram vistos no decorrer do curso em outras cadeiras. Visando tão somente evitar a necessidade de busca de referências anteriores para relembrar tais conceitos, este capítulo apresenta uma fundamentação básica para o acompanhamento do mesmo Técnicas de Compartilhamento do Meio Físico A grande motivação para esta cadeira é a grande necessidade do ser humano de se comunicar, interagir, expandir-se. Atualmente, as Redes de Comunicação de Dados são ferramentas para esta globalização humana, que seguiu um caminho evolutivo desde os primeiros sistemas de Código Morse até os dias atuais. A transmissão de voz foi um dos principais motivadores para este fenômeno. Uma vez que a voz é uma mídia analógica, que é gerada analogicamente e que necessita ser reproduzida analogicamente para que possa ser compreendida pelo ser humano, os primeiros sistemas compartilhados de transmissão de voz usavam ondas portadoras analógicas para a codificação da voz. Usando freqüências diferentes para a transmissão de cada sinal, como se faz até hoje nos rádios AM/FM, pode-se compartilhar o maio físico. A figura 5 demonstra a transmissão compartilhada através da multiplexação por divisão da freqüência, o FDM. 12
13 . Figura 5 - Multiplexação FDM A evolução dos meios de transmissão, em especial as fibras óticas, conduziu o modelo de multiplexação para a divisão do tempo entre os usuários, que possuem slots onde amostras dos seus sinais são representadas e transmitidas juntamente com as amostras de outros usuários. A figura 6 demonstra este modelo. Figura 6 - Time Division Multiplexing Para a voz, que gera tráfego contínuo de taxa constante, este modelo se aplicava perfeitamente, mas para o tráfego de dados não. A característica de rajada (burst) faz com que seja necessário otimizar o meio de transmissão, alocando apenas o necessário para cada usuário. O compartilhamento na comutação de pacotes faz com que as 13
14 . demandas nem sempre sejam atendidas, mas existe a possibilidade da utilização da banda ociosa, o que não ocorre no TDM. A figura 7 ilustra a diferença entre os modelos. Figura 7 - TDM versus Pacotes Unidades de Medida Importantes Medidas de sinal e ruído Os parâmetros de certificação de cabeamento são basicamente apenas três: freqüência, tempo e performance. Destes três, apenas a performance, medida em decibéis, merece uma explicação mais detalhada. Este parâmetro mede a distorção do sinal em várias situações diferentes. O decibel é definido através da seguinte fórmula; db = 10 log 10 (W1/W2) = 20 log 10 (V1/V2) Sendo: W1 Potência medida W2 Potência de referência V1 Tensão medida V2 Tensão de referência Por exemplo: supondo-se que um sinal inserido em um par metálico possuía 2Volts, e no seu terminal de saída mede-se apenas 1Volt, temos uma perda correspondente a: db = 20 log 10 (1/2) = - 6,02 O sinal negativo significa um resultado de atenuação (perda) e não de ganho. Na prática, este sinal não é utilizado. Este resultado nos permite concluir que um valor de atenuação, por exemplo, de 6dB produziria uma perda que chegaria a até 50% do sinal original. 14
15 . Por convenção, já que a atenuação sempre está presente nas mídias de transmissão, o cálculo da atenuação é feito invertido, obtendo-se o resultado positivo, com o mesmo módulo (valor). A figura 8 ilustra o cálculo da atenuação com resultado positivo. Figura 8 - Cálculo e efeito de Atenuação É conveniente observar neste momento que, diferentemente da atenuação e da Perda de Retorno (Return Loss), cujos valores nominais tabelados em db são MÁXIMOS, para as outras medidas, como o NEXT, FEXT, PSELFEXT, os valores indicados são MÍNIMOS, ou seja, qualquer valor obtido em equipamento superior ao tabelado é melhor. Isso se deve à forma com a qual estes parâmetros são calculados. O NEXT, por exemplo, é a relação entre um sinal injetado e a parcela de potência deste sinal que é induzido no par vizinho, ou seja, quanto MAIOR a relação, menor o sinal induzido (denominador da relação), indicando que o cabo possui uma interferência de crosstalk menor. Já o parâmetro ACR, que é global, é medido através da diferença entre o NEXT e da Atenuação observada em uma instalação, ou seja, quanto maior, melhor. A figura 9 ilustra este parâmetro (relação) global, usado nos trabalhos de certificação. 15
16 . Figura 9 - ACR ideal e aferido Observando a figura 9, conclui-se que o aumento da freqüência provoca um decréscimo nos valores aferidos de NEXT (maior crosstalk), e aumento da atenuação (menor potência de saída), o que provoca um limite teórico, correspondente à interseção destas linhas. Neste ponto, teríamos um valor de potência de sinal igual ao de interferência (ruído), impossibilitando a sua recepção. Conclua você agora: o que é melhor: uma atenuação aferida de 10 db ou de 20 db? O que é mais rigoroso como exigência para um meio físico: uma medida NEXT de 29,3 db a 100 MHz (cat 5) ou 32,3 db a 100 MHz (cat 5e)? 16
17 . 3 Parâmetros do Cabeamento Metálico Os pares metálicos possuem um comportamento elétrico diferente daquele que seria considerado ideal. Isso se deve à existência de resistências, capacitâncias e indutâncias ao longo da fiação e circuitos comutadores, amplificadores e multiplexadores. Tal comportamento pode ser descrito pelo modelo apresentado na figura 10, que representa um quilômetro de linha de transmissão. Figura 10 - Efeitos elétricos em pares metálicos Os resistores R representam a resistência dos fios e são responsáveis por uma atenuação geral do sinal, independente da freqüência. Um determinado valor de resistência possui como significado físico uma limitação do tamanho de cabo através do qual uma corrente elétrica poderá percorrer. A resistência depende da seção transversal do condutor, do seu comprimento e do material do qual é composto. É importante frisar que a resistência é também função da freqüência, logo, influencia diretamente a taxa de transmissão. C representa a capacitância decorrente da proximidade entre os condutores. O efeito prático mais notável da capacitância é a diafonia (crosstalk). Vários fatores influenciam a capacitância, como temperatura, umidade, dobras e esmagamento nos cabos, entre outros. L é a indutância dos fios. A corrente elétrica, ao trafegar por um fio metálico, cria um campo eletromagnético ao seu redor. Este campo induz corrente nos outro fio do par. A indutância mede este efeito. G é condutância do isolante, que resulta em fuga de corrente através do dielétrico que o envolve. 17
18 . As influências da indutância e da condutância são normalmente desprezíveis. Além do comportamento elétrico da linha, outros fatores contribuem para a degeneração do sinal transmitido: Introdução de componentes que não faziam partes do sinal original, e Alteração da sua forma (freqüência, fase, amplitude). 3.1 Distorção e Ruído Todo sinal elétrico ao propagar-se em um meio de transmissão sofre degradação. As distorções de sinal são alterações determinísticas e sistemáticas da forma de onda do sinal, causadas pelas características de transmissão imperfeitas do Canal. Ruídos são perturbações de natureza aleatória, causadas por agentes externos ao sistema de comunicação. A figura 11 ilustra o efeito em um sinal enviado através de um meio de comunicação ruidoso. Figura 11 - Efeito do Ruído 3.2 Distorção É uma mudança indesejada na forma da onda, que ocorre sempre que é transmitido o sinal através de um canal. Conhecendo o canal, pode-se predizer o que irá acontecer sobre qualquer sinal que seja transmitido por ele. É passível de compensação pela adição de componentes elétricos passivos e/ou ativos ao canal, que eliminem ou minimizem seus efeitos. 18
19 Distorção por atenuação As distorções, por serem sistemáticas e determinísticas, podem ser compensadas no transmissor e no receptor, através de circuitos de equalização. Se todas as componentes de um sinal tivessem suas amplitudes simplesmente atenuadas de forma constante, o sinal perderia potência, mas manteria a mesma forma de onda, sem distorção. A distorção ocorre porque a atenuação afeta de maneira diferente as amplitudes relativas de diferentes componentes do sinal. A figura 12 ilustra o efeito da atenuação, que é variável com a freqüência. Figura 12 - Efeito da Atenuação A perda geralmente é maior nas margens inferior e superior da banda de passagem do canal, conforme ilustrado na figura 12. A utilização de amplificadores e equalizadores em placas de rede e equipamentos de conectividade pode minimizar o efeito da distorção. Os equalizadores são dispositivos cuja função de transferência é o inverso daquela do canal, na faixa de freqüências de interesse, compensando o efeito da atenuação variável do canal. A figura 13 mostra o efeito da atenuação, sendo identificado com 1 o sinal original e 2 o sinal atenuado. Para freqüências entre 500 e 1000 Hz não há distorção significativa, mas sinais com freqüências mais altas e mais baixas que esta faixa são sensivelmente alterados. 19
20 . Figura 13 - Distorção por Atenuação (por freqüência) Distorção por Retardo (de fase) Não só a amplitude de uma onda portadora é afetada ao ser transmitida em um canal sua fase também é modificada. As componentes do sinal sofrem saltos de fase não- lineares, provocando um atraso maior nas freqüências que estão à margem da banda de passagem. É danosa à transmissão de dados, com a possibilidade de interferência entre símbolos. Para minimizar o efeito, podem ser utilizados equalizadores de fase. As figuras 14 e 15 ilustram o efeito da distorção de fase, provocando alteração na percepção do sinal. Figura 14 - Efeito da Distorção de Fase (Retardo) 20
21 . Figura 15 - Distorção de Retardo 3.3 Ruído Diferentemente das distorções determinísticas, é constituído por sinais eletrônicos aleatórios. Por serem aleatórios, não podem ser completamente compensados, dificultando a recepção do sinal. Existem dois tipos de ruído que afetam as comunicações em pares metálicos: Ruído branco Ruído impulsivo Ruído branco (térmico) Provocado pela agitação dos elétrons nos condutores. Sua intensidade é função da temperatura. É uniformemente distribuído em todas as freqüências do espectro. Na prática, é o chiado de fundo que pode ser ouvido em qualquer sistema de comunicação. A recuperação e amplificação do sinal em pontos intermediários de um canal de comunicação não melhora a relação sinal/ruído (RSR), já que um ruído branco também é amplificado e se adiciona ao nível de ruído presente no novo trecho de linha Ruído impulsivo É descontínuo e consiste em pulsos irregulares e com grandes amplitudes, sendo de difícil prevenção. A duração destes pulsos pode variar de alguns milisegundos até centenas de milisegundos. A figura 16 ilustra o efeito do ruído impulsivo. 21
22 . Figura 16 - Efeito do Ruído Impulsivo É tipicamente provocado por distúrbios elétricos externos, falhas nos equipamentos ou indução trazida pelo circuito telefônico (raios). É o causador da maior parte dos erros em comunicação de dados. Sua medida se realiza pela contagem do número de vezes que, num determinado período de tempo, os picos ultrapassem um nível pré-fixado Diafonia (Crosstalk) Ruído bastante comum em sistemas telefônicos, conhecido como linha cruzada. É o efeito provocado por uma interferência indesejável entre condutores próximos que induzem sinais entre si. Quanto maior a freqüência dos sinais, maior a probabilidade de ocorrência de crosstalk. Como este efeito é mais intenso em freqüências mais altas, é importante evitá-lo para obter maiores taxas de transmissão. A figura 17 ilustra o efeito. Figura 17 - diafonia (crosstalk) A diafonia pode ser classificada como paradiafonia (NEXT Near-end Crosstalk) ou telediafonia (FEXT Far-end Crosstalk). A figura 18 apresenta estes dois tipos de diafonia. 22
23 . Figura 18 - NEXT e FEXT O NEXT provoca a atenuação do sinal transmitido, e o FEXT causa o mesmo efeito, porém na outra extremidade do cabo. A figura 19 dá maiores detalhes sobre estas modalidades de diafonia. Figura 19 - Efeito atenuador do NEXT e FEXT A diafonia ocorre pelo acoplamento capacitivo entre os condutores, e é mais nociva com o aumento da freqüência. Ela representa o principal fator de limitação da transmissão em altas taxas. Uma outra medida importante para o trabalho de certificação, especialmente para taxas Gigabit e acima é o ELFEXT, que é medido no próprio cabo que sofre a interferência FEXT, conforme ilustrado na figura 20. Este efeito leva em consideração a atenuação do sinal no momento de calcular o FEXT, tornando a medida mais eficaz, já 23
24 . que o FEXT, medido nas extremidades dos cabos, será afetado pelo comprimento dos mesmos. Figura 20 ELFEXT Para que possamos observar a influência deste efeito, a tabela ilustrada na figura 21 apresenta os testes de diafonia empregados para a certificação de compatibilidade com as respectivas categorias de cabeamento estruturado. Figura 21 - Testes de diafonia Dependendo da categoria desejada, outros testes são exigidos, como por exemplo o PSNEXT (PowerSum NEXT) e PSELFEXT (PowerSum ELFEXT). Estes testes consistem na observação da soma do efeito de interferência par-a-par em todo o cabo. Isso por que apesar do efeito em cada par ser aprovado nos testes, a soma destes efeitos em um único par pode comprometer a qualidade das transmissões. A figura 22 ilustra o PowerSum de FEXT. 24