FISP - Faculdades Integradas de São Paulo
Cesar Akihiro
Daniel Nawiton
Leonardo Marques
Renato Nunes
Rodrigo Albuquerque
Vinícius Antunes
Redes de Computadores e
Teleinformática
Volume I
São Paulo - SP
29/05/2011
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Redes de Computadores e Teleinformática, Trabalhos de Redes de Computadores
Este trabalho demonstrará os tipos de redes existentes assim como tipos de cabos, suas utilizações específicas visando benefícios e comparadores para um melhor desempenho de sua estrutura.
Tipologia: Trabalhos
2011
1 / 70
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FISP - Faculdades Integradas de São Paulo
Cesar Akihiro
Daniel Nawiton
Leonardo Marques
Renato Nunes
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Vinícius Antunes
Redes de Computadores e
Teleinformática
Volume I
São Paulo - SP
Cesar Akihiro
Daniel Nawiton
Leonardo Marques
Renato Nunes
Rodrigo Albuquerque
Vinícius Antunes
Redes de Computadores e
Teleinformática
Tipos de Cabos, Princípios de Transmissões Digitais e Cabeamento Estruturado
Volume I
Trabalho Acadêmico de Sala de Aula
Complemento para Nota Disciplinar
Engenharia Mecatrônica - 8º Semestre
Professor Alexandre Erdmann Silva
São Paulo - SP
FISP - Faculdades Integradas de São Paulo
Abstract
In recent years much has been discussed and talked about new hardware and software
available on the market for monitoring and control networks. Otherwise the thinking of most
of these products can not solve 100% of their processing problems in your company.
Unfortunately, the equipment investment involves high figures, however you need a special
attention to the physical structure of your network, one of the key-pieces to the success of
distributed environments.
According to research from international agencies, the wiring is now responsible for 80% of
failures of a physical network, and eight out of ten problems identified relate to bad cables
or installed in a precarious state of maintenance and conservation.
These problems often stem from lack of knowledge on the subject of how to structure a
network of computers physically and not on hardware where it is generally believed to be
the initial focus of the problem.
This work will demonstrate the types of existing networks and cable types, their uses and
benefits aimed at specific comparators for better performance of its structure.
Key Words
Cable Types. Principles of Digital Transmissions. Structured Cabling.
Lista de Ilustrações
INTRODUÇÃO
A evolução da microeletrônica e da informática tem possibilitado a obtenção de
processadores e outros componentes de computadores cada vez mais potentes e velozes, e
em um tamanho reduzido, e com um preço acessível a um numero cada vez maior de
pessoas. Os microprocessadores existentes hoje em dia, que ocupam espaço menor do que
uma caixa de fósforo, substituem e ultrapassam as capacidades dos computadores de alguns
anos atrás, que ocupavam salas inteiras. Estes eram máquinas bastante complexas no que
diz respeito a sua utilização e que ficavam em salas isoladas, as quais poucas pessoas
tinham acesso, sendo operadas apenas por especialistas (analistas de sistemas). Os usuários
daqueles computadores normalmente submetiam seus programas aplicativos como “Jobs”
(ou tarefas), que executavam se qualquer interação com o autor do programa.
Uma primeira tentativa de interação com o computador ocorreu no início dos anos 60, com
a técnica de “time-sharing”, que foi o resultado do desenvolvimento de teleimpressoras e da
tecnologia de transmissão de dados. Nesta técnica um conjunto de terminais era conectado
a um computador central através de linhas de comunicação de baixa velocidade, o que
permitia aos usuários interagir com os seus programas. A necessidade de conexão de
terminais para o processamento interativo foi o ponto de partida para o estabelecimento de
necessidades de comunicação nos computadores. A técnica de “time-sharing” permitia a um
grande conjunto de usuários o compartilhamento de um único computador para a resolução
de uma grande diversidade de problemas e as aplicações militares, etc). Este aumento na
demanda implicava numa necessidade crescente de atualizações e incrementos nas
capacidades de armazenamento e de cálculo na unidade central, o que nem sempre era
viável ou possível, dado que os computadores do tipo mainframe nem sempre eram
adaptados para suportar determinadas extensões.
Nos anos 70, com o surgimento dos microcomputadores, foi possível adaptar as capacidades
de processamento às reais necessidades de uma dada aplicação. Além disso, dado que em
uma empresa um grande número de usuários operavam sobre conjuntos comuns de
informações, a necessidade do compartilhamento de dados, de dispositivos de
armazenamento e de periféricos entre os vários departamentos de uma empresa deu um
novo impulso aos trabalhos no sentido de se resolver os problemas de comunicação entre os
computadores. Estes novos tipos de aplicações exigiam uma velocidade e uma capacidade
de transmissão muito mais elevadas que no caso da conexão de terminais a um computador
central. Assim, com a utilização de minicomputadores interconectados, obtinha-se uma
capacidade de processamento superior aquela possível com a utilização dos mainframes.
Outro aspecto interessante é que as redes podiam ser estendidas em função da
necessidades de processamento das aplicações. Além disso, a modularidade natural das
redes de computadores era tal que uma falha num minicomputador (ou na comunicação via
rede) tinha efeito bastante limitado em relação ao processamento global.
Atualmente, as vantagens dos sistemas distribuídos e interconectados é uma evidência
reconhecida para as aplicações mais diversas, desde a automação de escritórios até o
controle de processos, passando por aplicações de gerenciamento bancário, reservas de
passagens aéreas, processamento de texto, correio eletrônico, etc.
A Evolução dos Tipos de Cabeamento
Cabo Coaxial
O primeiro tipo de cabeamento que surgiu no mercado foi o cabo coaxial. Há alguns anos,
esse cabo era o que havia de mais avançado, sendo que a troca de dados entre dois
computadores era coisa do futuro. Até hoje existem vários tipos de cabos coaxiais, cada um
com suas características específicas. Alguns são melhores para transmissão em alta
frequência, outros têm atenuação mais baixa, e outros são imunes a ruídos e interferências.
Os cabos coaxiais de alta qualidade não são maleáveis e são difíceis de instalar e os cabos de
baixa qualidade podem ser inadequados para trafegar dados em alta velocidade e longas
distâncias. Ao contrário do cabo de par trançado, o coaxial mantém uma capacidade
constante e baixa, independente do seu comprimento, evitando assim vários problemas
técnicos. Devido a isso, ele oferece velocidade da ordem de megabits/seg, não sendo
necessário a regeneração do sinal, sem distorção ou eco, propriedade que já revela alta
tecnologia. O cabo coaxial pode ser usado em ligações ponto a ponto ou multiponto. A
ligação do cabo coaxial causa reflexão devido a impedância não infinita do conector. A
colocação destes conectores, em ligação multiponto, deve ser controlada de forma a
garantir que as reflexões não desapareçam em fase de um valor significativo. Uma dica
interessante: em uma rede coaxial tipo BUS - também conhecida pelo nome de rede coaxial
varal , o cabo deve ser casado em seus extremos de forma a impedir reflexões. A maioria dos
sistemas de transmissão de banda base utilizam cabos de impedância com características de
50 Ohm, geralmente utilizados nas TVs a cabo e em redes de banda larga. Isso se deve ao
fato de a transmissão em banda base sofrer menos reflexões, devido às capacitâncias
introduzidas nas ligações ao cabo de 50 Ohm. Os cabos coaxiais possuem uma maior
imunidade a ruídos eletromagnéticos de baixa frequência e, por isso, eram o meio de
transmissão mais usado em redes locais.
Par Trançado
Com o passar do tempo, surgiu o cabeamento de par trançado. Esse tipo de cabo tornou-se
muito usado devido a falta de flexibilidade de outros cabos e por causa da necessidade de se
para utilizar-se os serviços mais corriqueiros da Internet ( FTP, e-mail, Web,
videoconferência etc... ) com muita folga, assumindo-se um comprimento máximo de 1,
KM.
TECNOLOGIA DOS DIFERENTES TIPOS DE CABEAMENTO Cabos Coaxiais
Os cabos coaxiais são cabos constituídos de 4 camadas: um condutor interno, o fio de cobre
que transmite os dados; uma camada isolante de plástico, chamada de dielétrico que
envolve o cabo interno; uma malha de metal que protege as duas camadas internas e,
finalmente, uma nova camada de revestimento, chamada de jaqueta.
Figura 1 - Cabo Coaxial
Se você envolver um fio condutor com uma segunda camada de material condutor, a
camada externa protegerá a primeira da interferência externa. Devido a esta blindagem, os
cabos coaxiais (apesar de ligeiramente mais caros que os de par trançado) podem transmitir
dados a distâncias maiores, sem que haja degradação do sinal. Existem 4 tipos diferentes de
cabos coaxiais, chamados de 10Base5, 10Base2, RG-59/U e RG-62/U.
O cabo 10Base5 é um tipo mais antigo, usado geralmente em redes baseadas em
mainframes. Esta cabo é muito grosso, tem cerca de 0.4 polegadas, ou quase 1 cm de
diâmetro e por isso é muito caro e difícil de instalar devido à baixa flexibilidade. Outro tipo
de cabo coaxial pouco usado atualmente é o RG62/U , usado em redes Arcnet. Temos
também o cabo RG-59/U , usado na fiação de antenas de TV.
Além da baixa flexibilidade e alto custo, os cabos 10Base5 exigem uma topologia de rede
bem mais cara e complicada. Temos o cabo coaxial 10base5 numa posição central, como um
backbone, sendo as estações conectadas usando um segundo dispositivo, chamado
transceptor, que atua como um meio de ligação entre elas e o cabo principal.
Os transceptores perfuram o cabo 10Base5, alcançando o cabo central que transmite os
dados, sendo por isso também chamados de "derivadores vampiros". Os transceptores são
conectados aos encaixes AUI das placas de rede (um tipo de encaixe parecido com a porta
de joystick da placa de som, encontrado principalmente em placas antigas) através de um
cabo mais fino, chamado cabo transceptor. Além de antiquada, esta arquitetura é muito
cara, tanto com relação aos cabos e equipamentos, quanto em termos de mão de obra.
Figura 2 - Transceptor
Os cabos 10Base5 foram praticamente os únicos utilizados em redes de mainframes no inicio
da década de 80, mas sua popularidade foi diminuindo com o passar do tempo por motivos
óbvios.
Atualmente você só se deparará com este tipo de cabo em instalações bem antigas ou,
quem sabe, em museus.
Finalmente, os cabos 10Base2 , também chamados de cabos coaxiais finos, ou cabos Thinnet,
são os cabos coaxiais usados atualmente em redes Ethernet e, por isso, são os cabos que
você receberá quando pedir por "cabos coaxiais de rede". Seu diâmetro é de apenas 0.
polegadas, cerca de 4.7 milímetros, o que os torna razoavelmente flexíveis.
Os cabos 10Base2 são bem parecidos com os cabos usados em instalações de antenas de TV,
a diferença é que, enquanto os cabos RG-59/U usados nas fiações de antena possuem
impedância de 75 ohms, os cabos 10Base2 possuem impedância de apenas 50 ohms. Por
isso, apesar dos cabos serem parecidos, nunca tente usar cabos de antena em redes de
micros. É fácil diferenciar os dois tipos de cabo, pois os de redes são pretos enquanto os para
antenas são brancos.
O "10" na sigla 10Base2, significa que os cabos podem transmitir dados a uma velocidade de
até 10 megabits por segundo, "Base" significa "banda base" e se refere à distância máxima
para que o sinal pode percorrer através do cabo, no caso o "2" que teoricamente significaria
200 metros, mas que na prática é apenas um arredondamento, pois nos cabos 10Base2 a
distância máxima utilizável é de 185 metros.
Usando cabos 10Base2, o comprimento do cabo que liga um micro ao outro deve ser de no
mínimo 50 centímetros, e o comprimento total do cabo (do primeiro ao último micro) não
pode superar os 185 metros. É permitido ligar até 30 micros no mesmo cabo, pois acima
disso, o grande número de colisões de pacotes irá prejudicar o desempenho da rede,
chegando ao ponto de praticamente impedir a comunicação entre os micros, em casos
extremos.
Figura 6 - Terminador
Se você não instalar um terminador em cada ponta da rede, os sinais retornarão quando
chegarem às pontas do cabo, embora um pouco mais fracos, formando os chamados
pacotes sombra. Estes pacotes atrapalham o tráfego e corrompem pacotes bons que
estejam trafegando, praticamente inutilizando a rede.
Em redes Ethernet os terminadores devem ter impedância de 50 ohms (a mesma dos cabos),
valor que geralmente vem estampado na ponta do terminador.
Para prender o cabo ao conector BNC, precisamos de duas ferramentas: um descascador de
cabo coaxial e um alicate de crimpagem. O descascador serve para retirar o dielétrico do
cabo, deixando exposto o fio de cobre, enquanto o alicate para crimpagem serve para
prender o cabo ao conector, impedindo que ele se solte facilmente. O alicate de crimpagem
possuirá sempre pelo menos dois orifícios, o menor, com cerca de 1 mm de diâmetro serve
para prender o pino central do conector BCN ao fio central do cabo. A maior serve para
prender o anel de metal.
Para crimpar os cabos coaxiais é indispensável ter o alicate de crimpagem. Não dá para fazer
o serviço com um alicate comum pois ele não oferece pressão suficiente. Um alicate de
crimpagem de cabos coaxiais custa à partir de 45 reais; entretanto, a maioria das lojas que
vendem cabos também os crimpam de acordo com a necessidade do cliente.
Figura 7 - Descascador de Cabos Coaxiais (à esquerda) e Alicate de Crimpagem
Cabos de Par Trançado
Os cabos de par trançado vêm substituindo os cabos coaxiais desde o início da década de 90.
Hoje em dia é muito raro alguém ainda utilizar cabos coaxiais em novas instalações de rede,
o mais comum é apenas reparar ou expandir redes que já existem. Mais adiante teremos um
comparativo entre os dois tipos de cabos.
O nome "par trançado" é muito conveniente, pois estes cabos são constituídos justamente
por 4 pares de cabos entrelaçados. Veja que os cabos coaxiais usam uma malha de metal
que protege o cabo de dados contra interferências externas; os cabos de par trançado por
sua vez, usam um tipo de proteção mais sutil: o entrelaçamento dos cabos cria um campo
eletromagnético que oferece uma razoável proteção contra interferências externas.
Existem vários motivos para os cabos coaxiais não serem mais usados hoje em dia: eles são
mais propensos a mal contato, os conectores são mais caros e os cabos são menos flexíveis
que os de par trançado, o que torna mais difícil passá-los por dentro de tubulações. No
entanto, o principal motivo é o fato de que eles podem ser usados apenas em redes de 10
megabits: a partir do momento em que as redes 10/100 tornaram-se populares, eles
entraram definitivamente em desuso, dando lugar aos cabos de par trançado. Entre eles, os
que realmente usamos no dia-a-dia são os cabos "cat 5" ou "cat 5e", onde o "cat" é
abreviação de "categoria" e o número indica a qualidade do cabo.
Fabricar cabos de rede é mais complicado do que parece. Diferente dos cabos de cobre
comuns, usados em instalações elétricas, os cabos de rede precisam suportar freqüências
muito altas, causando um mínimo de atenuação do sinal. Para isso, é preciso minimizar ao
máximo o aparecimento de bolhas e impurezas durante a fabricação dos cabos. No caso dos
cabos de par trançado, é preciso, ainda, cuidar do entrançamento dos pares de cabos, que
também é um fator crítico.
Existem cabos de cat 1 até cat 7. Como os cabos cat 5 são suficientes tanto para redes de
100 quanto de 1000 megabits, eles são os mais comuns e mais baratos; geralmente custam
em torno de 1 real o metro. Os cabos cat5e (os mais comuns atualmente) seguem um
padrão um pouco mais estrito, por isso dê preferência a eles na hora de comprar.
Em todas as categorias, a distância máxima permitida é de 100 metros. O que muda é a
freqüência (e, conseqüentemente, a taxa máxima de transferência de dados suportada pelo
cabo) e o nível de imunidade a interferências externas. Esta é uma descrição de todas as
categorias de cabos de par trançado existentes:
Existem cabos de cat 1 até cat 7. Como os cabos cat 5 são suficientes tanto para redes de
100 quanto de 1000 megabits, eles são os mais comuns e mais baratos, mas os cabos cat 6 e
cat 6a estão se popularizando e devem substituí-los ao longo dos próximos anos. Os cabos
O uso de tranças nos cabos é uma idéia antiga, que remonta ao final do século 19, quando a
técnica passou a ser utilizada no sistema telefônico, de forma a aumentar a distância que o
sinal era capaz de percorrer.
Originalmente, as tranças dos cabos não seguiam um padrão definido, mas, com o passar do
tempo, o número de tranças por metro, juntamente com outros detalhes técnicos foram
padronizados. Isso permitiu que os cabos de par trançado, originalmente desenvolvidos para
transportar sinais de voz, dessem um grande salto de qualidade, passando a atender redes
de 10, 100, 1000 e recentemente de 10000 megabits, uma evolução realmente notável.
Para potencializar o efeito da blindagem eletromagnética, as placas de rede utilizam o
sistema "balanced pair" de transmissão, onde, dentro de cada par, os dois fios enviam o
mesmo sinal (e não transmissões separadas, como geralmente se pensa), porém com a
polaridade invertida. Para um bit "1", o primeiro fio envia um sinal elétrico positivo,
enquanto o outro envia um sinal elétrico negativo:
Figura 10 - Sistema " Balanced Pair "