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Apostila de. Redes de computadores. Autor: Jefferson Costa
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Victorio Bacelar Mangueira
1 1 Apostila de Redes de computadores Autor: Jefferson Costa Tem 33 anos e é docente há 15 anos. Atua há mais de 17 anos na área de informática, é administrador de redes Linux, Ethical Hacker e perito em segurança forense computacional. Site: Fan page: Canal no youtube: São Paulo 2010
2 2 Sumário Capítulo Rede de computadores... 5 Rede local (Local Área Network)... 6 Rede pessoal (PAN - Personal Area Network)... 6 Rede metropolitana (MAN - Metropolitan Area Network)... 6 Redes geograficamente distribuídas (WAN Wide Área Network)... 7 Arquiteturas de Redes... 7 Ponto-a-ponto (Workgroup)... 8 Cliente/Servidor... 9 Topologias... 9 Barramento Anel Estrela Outras topologias Padrões de comunicação Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Token Ring IEEE Fiber Distributed Data Interface (FDDI) ANSI X3T ATM Componentes físicos de uma rede Placa adaptadora de rede (NIC) Hubs Switch Repetidores Bridge Roteadores Brouters Gateways Capítulo Introdução ao cabeamento estruturado Cabeamento estruturado Normas e sistemas Projeto e infraestrutura Forma física de instalação Cabos Certificações... 33
3 3 Estatísticas Tendências Cabeamento não estruturado Cabeamento proprietário Tipos de cabos Cabo coaxial Cabo coaxial banda larga (Coaxial grosso) Cabo coaxial banda base (Coaxial fino) Par trançado Par trançado com blindagem - (STP - Shielded Twisted Pair) Par trançado sem blindagem - (UTP - Unshielded Twisted Pair) Configuração das pontas Fibra óptica Fibras multímodo de índice gradual Fibras multímodo degrau Fibras monomodo Capítulo Wireless - Redes sem fio IEEE - Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos IEEE Wi-Fi Como funcionam? Classificação das redes sem fios WPAN WLAN WMAN (Wi-Max) WWAN Principais padrões A b g n Outros padrões: Tecnologias IrDA Bluetooth Equipamentos Wireless O início desacreditado Modos de operação Estendendo alcance, layout avançado de rede Layout... 52
4 4 Otimizando o sinal Segurança WEP WPA WPA Capítulo Modelo ISO / OSI As camadas Capítulo Protocolos Tipos de protocolos: IPX/SPX NetBeui DLC (Data Link Control) SMB (Server Message Block) Pilhas múltiplas de transporte Introdução ao TCP/IP Internet Protocol (IP) Transmission Control Protocol (TCP) Principais protocolos que formam o protocolo TCP/IP: Arquitetura TCP/IP Endereçamento IP Endereço reservado Submáscara Cálculo de endereço IP Referências bibliográficas... 74
5 5 Capítulo 1 Rede de computadores Inicialmente, os computadores eram máquinas caríssimas que centralizavam em um único ponto o processamento das aplicações de vários usuários, e muitas vezes, de toda uma organização. Com a redução de custos do hardware e a introdução dos microcomputadores no cenário da informática, a estrutura centralizada cedeu lugar a uma estrutura totalmente distribuída, na qual, diversos equipamentos dos mais variados portes, processam informações de formas isoladas, o que acarreta uma série de problemas. Dentre eles destaca-se a duplicação desnecessária de recursos de hardware (impressoras, discos, etc.) e de software (programas, arquivos de dados, etc.). Nesse cenário, surgiram as redes de computadores, onde um sistema de comunicação foi introduzido para interligar os equipamentos de processamentos de dados (estações de trabalhos), antes operando isoladamente com o objetivo de permitir o compartilhamento de recursos, ou seja, uma rede. Uma rede é um grupo de pelo menos dois computadores que são ligados entre si de forma que possam se comunicar uns com os outros, compartilhando recursos e informações com maior velocidade e praticidade. A maioria das redes é baseada em alguma espécie de cabo utilizado para ligar os computadores entre si, além do cabo, é necessária outra peça física para fazer a conexão entre os computadores, este equipamento é chamado de placa de interface de rede (NIC), ou simplesmente placa de rede.
6 6 Rede local (Local Área Network) Surgiram dos ambientes de institutos de pesquisa e universidades, o enfoque dos sistemas de computação que ocorriam durante a década de 1970 levava em direção à distribuição do poder computacional. Redes locais surgiram para viabilizar a troca e o compartilhamento de informações e dispositivos periféricos (recursos de hardware e software), preservando a independência das várias estações de processamento, e permitindo a integração em ambientes de trabalho cooperativo. Pode-se caracterizar uma rede local como sendo uma rede que permite a interconexão de equipamentos de comunicação de dados numa pequena região, na maioria das vezes pertencente a uma mesma entidade ou empresa, como, por exemplo, um escritório, um prédio ou um complexo de prédio de uma empresa. O número de computadores é limitado e geralmente interligado por cabos. Outras características típicas encontradas e comumente associadas às redes locais são: altas taxas de transmissão e baixas taxas de erro; outra característica é que em geral elas são de propriedade privada. Rede pessoal (PAN - Personal Area Network) É formada por nós muito próximo uns dos outros, normalmente a distância não passa de uma dezena de metros. São um exemplo de PAN as redes do tipo Bluetooth. Rede metropolitana (MAN - Metropolitan Area Network) São redes que ocupam o perímetro de um bairro ou uma cidade. Permitem que empresas com filiais em bairros diferentes se comuniquem entre si.
7 7 Redes geograficamente distribuídas (WAN Wide Área Network) Surgiu da necessidade de se compartilhar recursos especializados por uma maior comunidade de usuários geograficamente dispersos. Por terem um custo de comunicação bastante elevado (circuitos para satélites e enlaces de microondas), tais redes são em geral públicas, isto é, o sistema de comunicação, chamado sub-rede de comunicação, é mantido, gerenciado e de propriedade pública. Em face de várias considerações em relação ao custo, a interligação entre os diversos módulos processadores em uma tal rede determinará a utilização de um arranjo topológico específico, diferente daqueles utilizados em redes locais. Ainda por problemas de custo, as velocidades de transmissão empregadas são baixas: da ordem de algumas dezenas de kilobits/segundo (embora alguns enlaces cheguem hoje a velocidade de megabits/segundo). Por questão de confiabilidade, caminhos alternativos devem ser oferecidos de forma a interligar os diversos módulos. A conexão de todas essas redes, locais, metropolitanas e geograficamente distribuídas, é o que chamamos de Internet. O enfoque deste curso é voltado para as bases de arquitetura de rede e a tecnologia em um ambiente local, mas faz referência às necessidades das empresas de redes empresariais (Enterprise Wide Network). Arquiteturas de Redes
8 8 No mundo da informática, existem alguns problemas em que as pessoas são tão divididas que os debates adquirem o caráter de discussões religiosas, acredite, você já ouviu uma discussão entre um usuário de PC e um usuário de Mac? Até agora, o debate Ponto a Ponto versos Cliente/Servidor não chegou a esse estágio, mas existem pessoas que realmente acreditam em um ou outro, às vezes sem qualquer razão para isso, a não ser que um arranjo (Ponto a Ponto ou Cliente/Servidor) foi o primeiro a ser apresentado. Nenhuma das duas arquiteturas é perfeita para todas as situações. As redes Cliente/Servidor têm melhor segurança, enquanto as redes Ponto a Ponto são mais flexíveis e freqüentemente mais baratas. A principal razão disso é o fato de que as redes Cliente/Servidor exigem uma pessoa que seja treinada especificamente e conheça bem o sistema operacional de rede Cliente/Servidor. As redes Ponto a Ponto não exigem tanto treinamento para operá-las. Ponto-a-ponto (Workgroup) A rede ponto-a-ponto também é chamada de não hierárquica ou homogênea, pois partese do princípio de que todos os computadores podem ser iguais, sem a necessidade de um micro que gerencie os recursos de forma centralizada. O usuário pode acessar qualquer informação que esteja em qualquer um dos computadores da rede sem a necessidade de pedir permissão a um administrador de rede. Neste tipo de rede o próprio sistema operacional possui mecanismos de compartilhamento e mapeamento de arquivos e impressoras, mecanismos de segurança menos eficientes, esta arquitetura é indicada para redes com poucos computadores. As redes ponto-a-ponto são utilizadas tanto em pequenas empresas como em grupos de trabalho ou departamentos. Características: Utiliza sistema operacional do tipo local Possui limite de máquinas Possui limite de acessos Segurança limitada Mais barata
9 9 Cliente/Servidor A arquitetura Cliente/Servidor é mais sofisticada, nesta arquitetura o usuário fica dependente do Servidor, uma máquina central, que retém todas as leis de utilização da rede em um software chamado Sistema Operacional de Rede (NOS). Para instalação, configuração e gerenciamento mais complexo, será necessário ter um profissional habilitado para a função de administrar desta rede. Características: Utiliza sistemas operacionais locais e de rede Não possui limite de máquinas Gerência o acesso aos recursos Muita segurança Mais cara Topologias A topologia refere-se à disposição dos componentes físicos e ao meio de conexão dos dispositivos na rede, ou seja, como estes estão conectados. A topologia de uma rede depende do projeto das operações, da confiabilidade e do seu custo operacional. Ao se projetar uma rede, muitos fatores devem ser considerados, mas a topologia a ser empregada é de total importância para o bom desempenho e retorno do investimento de uma rede. Cada topologia possui suas características, com diferentes implicações quanto ao desenvolvimento, operação e manutenção da rede, além disso, cada topologia apresenta duas formas, a forma física e a lógica. A topologia em sua forma física identifica como os nós estão interconectados uns nos outros. Várias são as formas de interligação, embora as variações sempre derivem de três modelos básicos, que são as mais freqüentemente empregadas, barramentos, anéis e estrelas.
10 10 A topologia em sua forma lógica tem o papel de descrever um esquema usado pelo sistema operacional da rede, para administrar o fluxo de informações entre os nós rede. A maioria dos sistemas operacionais de redes utiliza-se de duas principais topologias lógicas, a Linear e a Token Ring. Barramento - Topologia física É a topologia mais fácil de instalar. Nas redes de topologia barramento cada nó é conectado a um único cabo (espinha dorsal), porém esta estrutura deve completar-se em ambas as pontas com um conector especial chamado Terminador. O desempenho de um sistema em barra comum é determinado pelo meio de transmissão, número de nós conectados, controle de acesso, tipo de tráfego entre outros fatores. Isso faz da topologia barramento a mais utilizada, que, ainda, possui alto poder de expansão utilizando repetidores. Esta rede utiliza o cabo coaxial e o padrão de comunicação Ethernet. - Topologia lógica Cada nó na barra pode ouvir todas as informações transmitidas. Esta característica facilita as aplicações com mensagens do tipo difusão (para múltiplas estações). Existe uma variedade de mecanismos para o controle de acesso à barra, que pode ser centralizado ou descentralizado. A técnica adotada para acesso à rede é a multiplexação no tempo. Em controle centralizado, o direito de acesso é determinado por uma estação especial da rede, o Servidor. Em um ambiente de controle descentralizado, a responsabilidade de acesso é distribuída entre todos os nós. Vantagens Muita facilidade na instalação
11 11 Baixo Custo Requer menos cabos Desvantagens No caso de ter problemas de transmissão, é difícil isolar a causa, já que todos os nós estão conectados ao mesmo meio físico. Se o cabo danificar ou a ponta romper, os nós não poderão comunicar-se e a rede deixará de funcionar. A rede fica mais lenta em períodos de uso intenso. Excesso de colisões Anel - Topologia física Essa topologia é muito parecida com a topologia Estrela, porém seu funcionamento lógico é completamente diferente. Os maiores problemas desta topologia são relativos à sua pouca tolerância a falhas. Este modelo de topologia utiliza um HUB que internamente possui um anel que faz a busca dos computadores, - Topologia lógica Abaixo temos uma ilustração do funcionamento, é importante lembrar que este movimento de anel é feito internamente no HUB.
12 12 Vantagens Fácil adição e remoção de estações Desvantagens Mais cara Muito complexa de instalar. Pouco conhecida Estrela - Topologia física Em uma topologia física estrela todos os dispositivos da rede são conectados a um dispositivo central, este pode ser um computador Mainframe, um dispositivo comutador PBX, ou mais comumente, em dispositivos LAN s atuais, um HUB ou concentrador. - Topologia lógica
13 13 A topologia lógica tipo estrela é comum em ambiente de rede de grande porte, ou em ambiente de rede utilizando PBX como um dispositivo comutador central de dados. Nos ambientes LAN mais comuns, a estrela é implementada como física e não como uma topologia lógica. Este modelo de topologia utiliza-se do padrão de comunicação Ethernet e do padrão de comunicação ArcNet, Ethernet quando se utiliza de cabo par trançado e ArcNet quando se utiliza de cabo coaxial. Vantagens Gerenciamento Centralizado A adição de estações é feita conectando-se as mesmas às portas de comunicação que estejam livres. A análise de problemas na rede é feita de maneira mais simples. Uma máquina ou cabo defeituoso não afeta o restante da rede. Desvantagens O número de estações fica limitado ao número de portas do HUB / Switch. Utiliza uma quantidade maior de cabos tendo em vista que cada estação deverá ter seu próprio cabo para conexão ao dispositivo central, elevando o custo da rede. Outras topologias Encadeada Esta topologia parece em cruzamento entre as topologias de barramento e anel, isto é, cada nó é conectado diretamente a outros dois por seguimento de cabo, mas os seguimentos formam uma linha e não um anel e o sistema operacional passa as informações para cima e para baixo na cadeia até alcançar o endereço desejado.
14 14 Grafo (Parcial) Este modelo de topologia engloba características de várias topologias. Cada ponto da rede possui uma rota alternativa para caso de congestionamento ou falha. As rotas são definidas por máquinas que tem a função de rotear endereços que não pertence a sua rede. Híbrida Uma topologia híbrida é uma combinação de barramento e anel, utilizado quando temos a necessidade de interligar duas ou mais redes de diferentes topologias. Árvore Uma topologia Árvore é utilizada principalmente na ligação de Hub s e repetidores, conhecida também por cascateamento. Padrões de comunicação Muitos e importantes padrões LAN têm evoluído, desde o início dos anos 80, conduzidos pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) e o American National Standards Institute (ANSI). Este curso irá focalizar os mais conhecidos padrões LAN:
15 15 Ethernet Nos finais da década de 60, a Universidade de Hawai desenvolveu uma WAN (Wide Area Network) chamada ALOHA utilizando o CSMA/CD como método de acesso ao meio. Poderíamos dizer que este foi o início do padrão Ethernet. Na década de 70, o consórcio de empresas formado pela Intel, Xerox e DEC, desenvolveu o padrão Ethernet, o qual abrange a camada física e camada de link de dados do modelo OSI. Esta especificação permite uma interconexão eficiente de equipamentos e também a sua implantação a um custo moderado. Esta especificação considera a camada física do modelo OSI e divide a camada de link em duas partes : Controle de Acesso Controle de Enlace A Camada física se encarrega de prover os serviços de transmissão e recepção de dados, definindo as características: Elétricas, níveis de tensão e impedância, Mecânicas, tipo de conector e tipo de cabo e Funcionais, tempo de duração do dado e velocidade de transferência. Sub-Camada de controle de acesso ao meio arbitra o compartilhamento do meio de transmissão comum aos usuários da rede. A subcamada de controle de enlace se encarrega de garantir uma comunicação confiável entre os usuários. O padrão Ethernet trafega os dados em forma de pacotes chamados frames. O tamanho do frame em uma rede Ethernet pode estar entre 64 e bytes, dos quais, 18 bytes são de controle. A seguir, relacionamos as características de alguns padrões: 10Base-2 Este padrão é chamado de 10Base-2, devido a transmitir a 10 Mbps (10), em banda base, digital (10Base) e a cada seguimento pode ter um máximo de 185 metros, aproximadamente 200m (10Base-2). O padrão 10Base-2 utiliza cabo coaxial fino RG-58 e conectores BNC. Principais características: Topologia: Barra (Bus). Velocidade de Transmissão: 10 Mbps. Cabo coaxial RG-58 (cabo fino) Conexão à placa: conector BNC (Britsh Navy Connector) tipo T. Terminadores: 50 Ohms. Comprimento máximo de um segmento: 185 metros.
16 16 Número máximo de segmentos: 5 Quantidade máxima de segmentos usados: 3 Comprimento máximo do barramento: 925 metros. Número máximo de estações conectadas a um segmento: 30. Distância mínima de conectores T: 0.5 metros. 10Base-5 Este padrão é chamado de 10Base-5, devido a que: Transmite a 10Mbps, (10) Transmite em banda larga (digital) Cada segmento pode ter no máximo 500 metros (10Base-5) O padrão 10Base-5 utiliza cabo coaxial grosso. Para poder ligar uma estação em uma rede 10Base-5, deve instalar-se um dispositivo chamado de transceiver que fará a ligação entre o cabo coaxial e a estação. Para conectar-se ao cabo, o transceiver possui um conector chamado vampiro, o qual morde fazendo a conexão física. O transceiver também possui uma saída AUI para conectar o cabo que vai do transceiver para a estação. A placa da estação deverá ter uma saída AUI para completar a conexão. Principais Características: Topologia: Barra Velocidade de Transmissão de 10 Mbps. Cabo coaxial grosso conhecido também como cabo amarelo. Conexão à placa: DIX ou conector AUI. Terminadores: 50 Ohms. Comprimento máximo de um segmento: 500 metros. Número máximo de seguimentos: 05. Quantidade máxima de segmentos usados : 3. Comprimento máximo do barramento: 2500 metros. Número máximo de estações conectadas a um segmento: 100 Distância mínima entre os transceivers: 2.5 metros. Comprimento máximo do cabo do transceiver: 50 metros. 10Base-T No ano de 1990 O IEEE publicou a especificação para redes Ethernet utilizando cabo par trançado; UTP (Unshielded Twisted Pair ) cabo par trançado não blindado; e STP ( Shielded Twisted Pair) cabo par trançado blindado. O cabo STP, por causa da sua blindagem,
17 17 tem melhor proteção contra interferências elétricas. Para ambientes internos é mais utilizado o UTP. Este padrão é chamado de 10Base-T, devido a que: Transmite a 10 Mbps, (10) Transmite em banda base (digital ) (10Base) Utiliza cabo par trançado (10Base-T). Embora o tráfego continue sendo Bus (barra), o par trançado requer uma topologia física em estrela. Utiliza um elemento centralizador (hub) que cumpre também a função de repetidor. Cada computador possui um cabo próprio que vai até o hub. Principais características Topologia física: estrela (o tráfego continua sendo bus). Requer um elemento centralizador (hub) Velocidade de transmissão de 10 Mbps; Cabo par trançado categoria 3, 4 ou 5 Cabo: UTP (Ushielded Twisted Pair) ou STP (Shielde Twisted Pair) Conectores RJ45 Comprimento máximo: 100 metros entre o computador e o hub. 10Base-F É um novo conjunto de padrões semelhantes ao 10BaseT ( topologia em estrela ) porém, utilizando cabeamento em fibra óptica. Basicamente, divide-se em três subtipos: FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link): Para ligações em fibras ópticas assíncronas com tamanho máximo de segmento de 1000 m, e número máximo de estações de Base FL (Fiber Link): Inteiramente compatível com FOIRL, com distâncias até 2000 m, e número máximo de estações de BaseFB (Fiber Backbone): Síncrono, até 2000 m, 1024 estações. Possui características de detecção de falhas remotas e links redundantes. Fast Ethernet O protocolo Fast Ethernet surgiu no mercado através da 3COM, sendo que posteriormente, ele contou com o apoio de mais de 40 grandes empresas. O Fast Ethernet é atualmente o protocolo para redes locais mais cotado, para utilização em curto espaço de tempo. Seu funcionamento é o mesmo que o Ethernet 802.3, por esse motivo recebeu a designação 802.3u do IEEE para sua padronização inicial por este órgão, sendo hoje o padrão
18 18 do próprio A diferença para o tradicional Ethernet é a velocidade de 100 Mbps, dez vezes maior que seu antecessor. A grande vantagem deste padrão em relação a seu concorrente direto, o 100VG, é a preservação do cabling e o fato de utilizar um protocolo já conhecido. A maior vantagem deste protocolo, como mencionado, é a preservação do cabling 10Base-T (par-trançado), utilizando o mesmo número de pares (dois pares), como verificaremos mais adiante. Gigabit Ethernet Como o Ethernet a 100Mbps está padronizado, a denominação Fast Ethernet, atualmente, é empregue ao uso deste protocolo a Gbps, o também chamado Gigabit Ethernet. Através de fibras ópticas, switches ethernet podem ser conectados a velocidade acima de 1 Gbps. Token Ring IEEE A IBM foi a empresa que mais influenciou o desenvolvimento do padrão IEEE de ambiente de redes locais, o qual foi originalmente adotado em O Token Ring foi desenvolvido pela IBM para conectar microcomputadores em seus ambientes de grande porte. Em razão da significativa base instalada pela IBM, criou-se um consenso no sentido de definir um padrão LAN, baseado na implementação da IBM. Mais recentemente, os equipamentos passaram a ser implementados não apenas para ambientes de grande porte, mas também de redes baseadas em microcomputadores. O sistema Token Ring utiliza um mecanismo preciso denominado passagem de fichas, que controla o acesso a cada nó do cabo. Em um anel do cabo, os nós da rede passam de estação em estação, uma pequena mensagem denominada ficha. Quando um nó tem dados a transmitir, ele transforma a ficha que até então estava livre, em ficha ocupada, e envia os dados do programa em um formato denominado quadro. Eletricamente este sistema é um anel, mas fisicamente é uma estrela, com cabos acessando cada nó a partir de um hub de fiação central. Apesar da IBM ter tentado manter-se fiel aos cabos de pares trançados blindados (STP), mas os usuários preferiram os cabos de fios trançados sem blindagem (UTP). Quanto ao cabeamento, em sua forma mais simples, um anel fica limitado a um máximo de 72 nós em cabo UTP, e um máximo de 260 nós em cabos STP. Fiber Distributed Data Interface (FDDI) ANSI X3T9.5
19 19 Fiber Distributed Data Interface (Interface de dados distribuída por fibra FDDI) é o padrão definido pelo comitê X3T9.5 do American National Standards Institute (ANSI) para conexões LAN de 100Mbps. O padrão FDDI foi originalmente designado para operar com cabos de fibra óptica. Em 1990, as instalações de fibra óptica requeriam estações de trabalho especiais. A maioria das preocupações dos usuários que levaram a aceitação do FDDI estavam centradas na necessidade de uma maior largura de banda para aplicações de imagem, e na congestão de cabos causada por cabos coaxiais grossos. Em 1991, backbones FDDI tornaram-se mais comuns e as preocupações do usuário começaram a focalizar-se em aplicativos distribuídos e o crescimento do uso de computadores. Em 1992 o FDDI tornou-se disponível para estações de trabalho PC. O armazenamento e recuperação de imagens gráficas, assim como as grandes larguras de banda requeridas por transmissões multimídia, continuam a levar a migração para o FDDI. Preocupações sobre o preço relativamente alto da instalação de cabos de fibra óptica levaram ao desenvolvimento de diversos padrões novos de cabeamento para o FDDI. Novos padrões para trazer o FDDI à mesa de trabalho com material menos caro incluem cabos blindados tipo par trançado (STP), cabos tipo par trançado não blindado (UTP) e cabos de fibra óptica de baixo custo. Além disso, um padrão de alta qualidade foi desenvolvido para o FDDI com fibra de modo simples e um padrão foi proposto ao FDDI para redes ópticas sincronizadas (SONET) fornecidas por transportadores de companhia telefônica. ATM O ATM (Asynchoronous Transfer Model Modo de Transferência Assíncrona) é um exemplo de comutação de células que é uma forma de comutação rápida de pacotes. A comutação de células pode transmitir dados a taxas de megabits ou gigabits por segundo. O Serviço de Dados Multimegabit Comutado (Switched Multimegabit Data Service SMDS) é um outro exemplo de comutação de células. Com o ATM, as informações são subdivididas em pequenas células de comprimento fixo (53 bytes) para transmitir simultaneamente diferentes tipos de tráfego como voz, vídeo e dados. As células são remontadas ao atingirem seu destino. Pelo fato de cada célula ser transportada dessa forma previsível, os diferentes tipos de tráfego podem ser acomodados na mesma rede. Cada célula é subdividida em duas seções principais, cabeçalho (5 bytes) e playload (48 bytes). O cabeçalho contém informações que permitem às células serem encaminhadas ao seu destino. O playload é a parte que transporta as informações em si sejam elas voz, dados ou vídeo. O cabeçalho é usado para identificar células pertencentes ao mesmo canal virtual e para executar a escolha de rotas adequadas. Para garantir um rápido processamento na rede, o cabeçalho ATM possui uma função bastante limitada. Sua principal função é a identificação da
20 20 conexão virtual por um identificador que é selecionado no estabelecimento da chamada e garante uma rota apropriada para cada um dos pacotes. Além disso, ele permite fácil multiplexação de diferentes conexões virtuais através de um único canal (link). O ATM é um protocolo de transporte que opera na subcamada MAC da camada de Ligação de Dados do modelo OSI. Por causa disso, ele opera acima de várias topologias de camadas Físicas e converte qualquer tipo de pacote em sua célula de 53 bytes. O ATM pode ser usado em linha de T1 e T3. Entretanto, os especialistas estão apoiando a Rede Ótica Síncrona (Synchronouns Opitical Network SONET) como transporte físico da tecnologia ATM tanto para WANs como para LAN s. O ATM oferece integridade da seqüência das células. Isto é, as células chegam aos seus destinos na mesma ordem em que deixaram suas origens. Talvez este não seja o caso com outros tipos de redes com comutação de pacotes. As células são muito mais curtas do que em redes de comutação de pacotes padrão, reduzindo o valor da variação de atraso e tornando a tecnologia ATM aceitável para informações cujo atraso é crítico, por exemplo, nos casos de transmissão de voz. A qualidade dos canais de transmissão acabou induzindo à omissão de overheads como correção de erros, maximizando, dessa forma, a eficiência. As células são transportadas em intervalos regulares. Não há nenhum espaço entre as células. Nas oportunidades em que a rede estiver ociosa, serão transportadas as células ainda não transferidas. As vantagens do ATM: Esta técnica fornece grande flexibilidade, pois ela pode adequar a velocidade de transmissão de células à velocidade na qual as informações são geradas. Isso é importante para muitos dos novos serviços de alta velocidade de transmissão que estão sendo desenvolvidos, particularmente aqueles envolvendo algum componente de vídeo, pois eles são serviços com velocidade de transmissão variável. O ATM é feito para dados, voz e vídeo, oferecendo grande flexibilidade para diferentes situações. A largura de banda é alocada por demanda pela rede à medida que os usuários tiverem informações para serem transmitidas. A maioria das aplicações são ou podem ser visualizadas como inerentemente intermitentes; as aplicações envolvendo dados são baseadas em LAN s e são muito intermitentes; a voz é intermitente pois ambas as partes estão falando ao mesmo tempo ou então não estão falando nada; aplicações envolvendo vídeo são intermitentes pois a quantidade de movimento e a resolução exigidas variam ao longo do tempo.
21 21 Componentes físicos de uma rede Placa adaptadora de rede (NIC) Este periférico é o componente mais importante da estação de trabalho da rede. Seu objetivo principal é enviar os dados através da rede e receber aqueles enviados para a estação de trabalho. Embora diversos fabricantes produzam placas de rede, todas elas podem ser usadas para falar com as outras em qualquer sistema de rede. O mais importante ponto de compatibilidade é o tipo de barramento na estação de trabalho no qual elas estão sendo instaladas. Você não pode adquirir uma placa de barramento PCI quando na estação de trabalho só existe barramento ISA. Também não pode se esquecer de conferir se a placa que esta sendo adquirida possui suporte para o cabeamento de sua rede. Cada placa é fabricada com um único e permanente endereço eletrônico. Os fabricantes licenciam blocos de endereços para fabricarem suas placas e, salvo algum erro notório por parte do fabricante, este sistema de licenciamento garante que nunca haverá duas placas com o mesmo endereço. Este endereço é um código hexadecimal de doze dígitos, que limita a quantidade de endereços disponíveis em aproximadamente 70 trilhões. Os fabricantes não conseguiram esgotar os endereços tão cedo. Além do endereço eletrônico as placas de rede possuem, ainda, duas importantes variáveis que ditam o comportamento de uma placa, são eles: o endereço de porta e a interrupção. O endereço de porta é diferente do endereço permanente da placa. Enquanto o endereço permanente identifica a placa em toda a rede, o endereço de porta é um número usado pela estação de trabalho para selecionar um circuito eletrônico local para o qual ele direciona os dados de chegada e de saída da placa. Um endereço de porta comum é 300h. A estação de trabalho deve ser configurada para enviar os dados da rede para o endereço de porta correto e a placa deve ser configurada para reconhecer quando os dados são enviados para esse endereço. Se as configurações do hardware não estiverem de acordo, os dados serão enviados para qualquer outro lugar (para impressora, mouse ou qualquer outro), a rede não conseguirá responder e a estação de trabalho poderá simplesmente travar.
22 22 Hubs Hubs são dispositivos usados para conectar os equipamentos que compõem uma LAN. Com o Hub as conexões da rede são concentradas (daí um outro nome para Hub que é Concentrador), ficando cada equipamento em um próprio segmento. O gerenciamento da Rede é facilitado e a solução de problemas também, uma vez que se existir um defeito, este fica isolado no segmento da Rede. Um exemplo comum de Hub é o hub Ethernet com 10Base-T (conectores RJ-45) e às vezes são parte integrante dos Bridges e Roteadores. Ele controla a Rede em função da programação recebida do servidor que a ele estiver conectado. Assim, podemos definir ramificações da rede com horários específicos de utilização, entre outras coisas. A utilização dos Hubs é muito interessante por outros motivos, tais como: O servidor trabalhará mais folgadamente e esta folga quer dizer aumento da produtividade e desempenho. A Rede ficará mais segura. Por exemplo, se em uma grande Rede, com ligação em Estrela um dos cabos se partir, somente a ramificação desse cabo defeituoso deixa de funcionar. A cada entrada do Hub podemos conectar qualquer dispositivo de rede local, e com isso pode-se aumentar a extensão (tamanho) da Rede, conforme seja necessário, e a distribuição da Rede pode ser mais bem equilibrada. Os Hubs precisam ter características que permitam proteção contra intrusão e proteção contra interceptações, e também características de empilhamento e gerenciamento. Proteção contra Intrusão quer dizer que, em cada porta do Hub, só será permitidos a ligação de microcomputadores com endereço físico de Rede que estiver configurado para a porta do equipamento, e proteção contra Interceptação, quer dizer, que um dado transmitido só será reconhecido e válido na porta configurada com endereço da rede que coincide com o da mensagem, e nas outras portas a mensagem não é válida. Em um Hub são centralizados os fios de ligação das diferentes estações (workstation). O Hub se encarrega de distribuir os sinais elétricos entre os vários equipamentos que compõem a
23 23 rede, isolando os problemas de cada uma das estações e garantindo maior nível de segurança e confiabilidade ao sistema. Hubs Passivos São pequenas caixas, que têm apenas um conjunto pequeno de portas para a ligação de estações de computadores em topologia estrela. Um Hub Passivo pode ser também um painel de fios. Nesse tipo de Hub não existe amplificação dos sinais. Um hub passivo é resumidamente uma caixa de junção que não precisa de ligação elétrica, ou seja, é um simples repetidor. Hubs Ativos Normalmente possui mais portas que os hubs passivos e regeneram ativamente os sinais de um dispositivo para outro. Requerem ligação elétrica. Os Hubs Ativos são usados como repetidores para proporcionar uma extensão do cabo que liga as estações de trabalho. - CS (Carrier Sense) - Sensor mensageiro Significa que sempre que um computador quiser enviar uma mensagem pelo cabo da rede, ele primeiro vai ouvi-lo para saber se alguém mais enviou uma mensagem, ou seja, irá verificar se outra estação está transmitindo no cabo, o computador pressupõe que esteja livre para enviar a sua, ou seja, a placa de rede do computador só irá transmitir a mensagem quando o cabo estiver livre. - MA (Multiple Access) Acesso múltiplo Significa que não existe nada que impeça que dois ou mais computadores tentem enviar uma mensagem ao mesmo tempo. O Carrier sense verifica se algum computador está enviando mensagem e espera que o tráfego fique livre. Mas, e se os outros computadores
24 24 estiverem fazendo a verificação ao mesmo tempo, e decidirem enviar dados ao mesmo tempo? É o mesmo que um cruzamento em que os dois semáforos indiquem a cor verde para os carros passarem. - CD (Collision Detection) Detecção de colisões Significa que depois que a placa adaptadora envia uma mensagem na rede, ela verifica atentamente para ver se colidiu com outros dados na rede. Se uma colisão foi detectada, as placas adaptadoras de rede começam a transmitir um sinal especial, garantindo que todos os nós conflitantes percebam a colisão. As placas adaptadoras podem detectar essas colisões por causa do nível do sinal elétrico mais alto que as transmissões simultâneas produzem. Em seguida, todas as placas param de transmitir e cada uma determina um tempo de espera aleatório para poder transmitir novamente. Como o tempo de espera é aleatório, dois envios de dados que colidiram serão retransmitidos depois de diferentes tempos de espera, portanto uma segunda colisão é improvável.
25 25 O aumento da quantidade de estações provocará uma intensa solicitação na rede, aumentando a probabilidade de colisões, o que provoca a diminuição de velocidade de comunicação. A vantagem do CSMA/CD é que cada estação sempre irá transmitir quando estiver pronta, independente das outras, o que o torna bastante simples e não cria nenhum overhead (sobrecarga). Switch É um componente utilizado para conectar segmentos de redes locais. Ele envia pacotes para a porta de saída apropriada, e deve permitir que estações em segmentos separados transmitam simultaneamente, já que comuta pacotes utilizando caminhos dedicados. Colisões não ocorrerão, porém poderá ser experimentada a contenção de dois ou mais quadros que necessitem do mesmo caminho ao mesmo tempo, que são transmitidos posteriormente graças aos buffers de entrada e saída das portas. Alguns Switches, os de Workgroup, suportam somente uma estação ligada por porta, enquanto em outros, os de Backbone congestionado, segmentos com múltiplas estações são ligados a cada porta. Em projetos da atualidade em rede, switches são utilizados não só para a interconexão, mas também para proporcionar um alargamento de banda disponível. Esses equipamentos têm um reservatório de banda, que são distribuídos por suas portas, visando se adequar às necessidades de desempenho específico do projeto em questão. O Switch deve ser usado quando existem situações em que é desejada uma melhora de desempenho. Repetidores
26 26 Lembra-se daquelas limitações sobre o comprimento do cabeamento? Conforme explicamos, os repetidores são um meio de contornar isso. Esses dispositivos repetem o sinal de transmissão, permitindo que sua rede se estenda muito mais do que normalmente poderia. Eles não são exatamente dispositivos de interconectividade, mas sim dispositivos para estender um pouco mais uma rede existente. Bridge Bridge é um produto com a capacidade de segmentar uma rede local em sub-redes, com o objetivo de reduzir tráfegos de mensagens na LAN (aumento de performance), ou converter diferentes padrões de LAN s (de Ethernet para Token Ring, por exemplo). As Bridges manipulam pacotes, enquanto os repeaters manipulam sinais elétricos. As Bridges têm vantagens sobre os repeaters, porque não retransmitem ruídos, erros, ou frames de formação ruim (um frame deve estar completamente válido para ser transmitido por um Bridge).Conectam duas LAN s de mesmos protocolos. As Bridges atuam lendo o campo de endereço de destino dos pacotes de mensagens e transmitindo-os quando se tratar de segmentos de rede diferentes, utilizando o mesmo protocolo de comunicação. Algumas das atribuições das Bridges são: Filtrar as mensagens de tal forma que somente as mensagens endereçadas a ela sejam tratadas. Armazenar mensagens quando o tráfego for muito grande. Funcionar como uma estação repetidora comum. As Bridges também atuam como elementos passivos gerenciadores de rede, e pode coletar dados estatísticos de tráfego de pacotes para elaboração de relatórios. São equipamentos usados para interligar duas LAN s localizadas a uma curta distância, ainda que ambas utilizem diferentes meios de transmissão. Protegem a rede resultante em relação à passagem de perturbações elétricas e erros relativos a dados, mas não em relação a erros vindos dos níveis superiores do protocolo. Roteadores
27 27 Roteador ou Router é um equipamento responsável pela interligação entre Redes LAN s atuando nas camadas 1, 2 e 3 do Modelo de Referência OSI (da ISO). Os Roteadores possuem como função, a decisão sobre qual caminho o tráfego de informações (Controle de dados) deve seguir, ou seja, decide por qual caminho deve seguir um dado pacote de dados recebido, isto é, a função do Roteador é fazer o encaminhamento dos pacotes entre duas redes através de regras, tais como: Rotas Estáticas inseridas no roteador. Rotas Dinâmicas nas quais o roteador consegue direcionar pacotes de dados recebidos por um determinado caminho. Roteadores Internos A performance se torna comprometida já que a CPU do PC atende às funções de roteamento e outras funções inerentes ao Sistema Operacional. Roteadores Externos Têm a combinação de placa de comunicação síncrona/assíncrona, PC, placa Ethernet e software de roteamento carregado ou bult-in no Sistema Operacional do PC (computador pessoal). Trata-se de uma solução fácil, porém tem-se uma máquina não dedicada para o fim do roteamento, fazendo o papel do roteador. O produto nesse caso é independente da arquitetura do hardware e software do servidor, porque a ligação ao servidor é feita via Ethernet e host do TCP/IP, ou algum outro protocolo de comunicação.
28 28 Os Roteadores interligam redes situadas a longas distâncias, e oferecem proteção relativa a erros associados aos níveis superiores do protocolo, como aqueles relacionados à falhas elétricas e relativas aos dados. Os Roteadores também são úteis para controlar a velocidade de transmissão dos pacotes, porque as redes possuem diferentes capacidades de transmissão e recepção, o que pode causar embaraço na rede. São formados por HW (hardware) e SW (software) dedicados ao roteamento, e estando concentrados. Como têm funções exclusivamente voltadas ao roteamento, seu desempenho atinge índices superiores, e mostrando o porquê desses roteadores serem mais caros do que os outros. Vantagens Eles podem ligar fisicamente redes rápidas, como a Ethernet local, a uma linha telefônica mais lenta. As Bridges permitem a passagem do tráfego ou ignoram a existência, e só conseguem tratar dados em pacotes homogêneos, os Roteadores são mais inteligentes e sofisticados. Os programas dos Roteadores lêem informações complexas de endereçamento e tomam decisões sobre como encaminhar os dados através dos diversos links que interligam as redes. Desvantagens Os Roteadores são específicos de protocolo, ou seja, a maneira como um host fala com um roteador IP é diferente da maneira como fala com um roteador da Novell ou DECnet. Roteadores não podem ser utilizados para micro-segmentação onde os limites do número de modos compartilhados de um segmento aumentam a banda passante disponível. Em geral, os roteadores devem ser colocados no centro da rede. Brouters Os Brouters combinam as melhores características dos bridges e dos roteadores, eles podem trabalhar com protocolos de alto nível diferente e podem endereçar dados ao longo do caminho mais rápido na rede.
29 29 Naturalmente eles têm seus problemas, também, tais como, os brouters são muito caros e dão dor de cabeça para configurar, já que precisam ser ajustados minuciosamente para a rede em que vão trabalhar (todos os administradores de rede que usam brouters têm cabelos brancos). Em um complexo ambiente de múltiplas plataformas com centenas de nós, entretanto, os brouters oferecem melhor desempenho. Eles são um sofrimento real para configurar, mas uma vez que você tenha conseguido configurar, eles são excelentes. Gateways Os gateways atuam em todas as camadas do modelo OSI (da ISO), e têm como função fazer a interligação de redes distintas, isto é, seu objetivo é permitir a comunicação entre duas redes com arquiteturas diferentes (usando protocolos distintos, com características distintas). Podem ser chamados de roteadores de alta velocidade. Os gateways redirecionam o tráfego de redes que utilizam diferentes meios e, algumas vezes, protocolos de comunicação diferentes. Eles resolvem problemas de diferença entre tamanho máximo de pacotes, forma de endereçamento, forma e controle de acesso, padrões de linguagem interna de formato de correios eletrônicos. Um exemplo é que o gateway pode ser utilizado para interligar uma LAN Token Ring suportando arquitetura IBM/SNA, com uma LAN Ethernet (com arquitetura OSI), ou ainda com uma rede Apple Talk. É o equipamento mais caro e complexo para interconexão de redes, capaz de interpretar e traduzir os pacotes que processa. Geralmente é usado um sistema de processamento computacional completo para esta função, como por exemplo, estações de trabalho. Outro exemplo de gateways (tirado do livro da Cyclades) pode-se citar um produto que integra redes TCP/IP com redes SNA. Na figura abaixo qualquer nó da rede TCP/IP pode se conectar na rede SNA e ter acesso a um Mainframe, por exemplo, emulando terminais 3278.
30 30 Capítulo 2 Introdução ao cabeamento estruturado A definição da rede estruturada baseia-se na disposição de uma rede de cabos, integrando os serviços de voz, dados e imagens que, facilmente pode ser redirecionada no sentido de prover um caminho de transmissão entre quaisquer pontos desta rede. Numa rede projetada seguindo este conceito, as necessidades de todos os usuários podem ser atendidas com facilidade e flexibilidade. Cabeamento estruturado
31 31 É um cabeamento para uso integrado em comunicações de voz, dados e imagem, preparado de tal forma que atende aos mais variados layouts de instalação, por um longo período de tempo, sem exigir modificações físicas da infra-estrutura. Um só cabeamento atende diferentes tipos de redes de sinal em baixa tensão, como por exemplo, telefonia, redes locais de computação, sistema de alarme, transmissão de sinal de vídeo, sistemas de inteligência predial, automação predial e industrial. O cabeamento estruturado originou-se de sistemas telefônicos comerciais, onde o usuário constantemente mudava sua posição física no interior de uma edificação. Desta forma, foi projetado o cabeamento de maneira a existir uma rede de cabos fixa horizontalmente, ligada a uma central de distribuição. Na central de distribuição, fazendo a escolha do cabo determinado, cada ponto da rede pode ser ativado ou desativado, alternando-se assim a posição da tomada por meio de uma troca de ligações. A evolução do sistema fez com que a central de distribuição pudesse se interligar a diversos tipos de redes, mantendo fixo, o cabeamento horizontal, e as tomadas são de múltiplo uso. Desta maneira acrescentaram-se as redes de computação, sistema de alarme, sinal para automação de processos, sinal de vídeo, etc. Normas e sistemas Atualmente o cabeamento estruturado baseia-se em normas internacionais, que direcionam os fabricantes para um certo conjunto de soluções próximas, evitando as constantes alterações de produtos, bem como, evitam sistemas proprietários, onde um só fabricante é detentor da tecnologia. A Norma Americana é EIA/TIA-568, Commercial Building Telecommunications Wiring Standard. A nível internacional temos a ISO/OSI (Open Systems Interconnection). Na Europa grande parte dos fabricantes utiliza o sistema IBCS (Integrated Building Cabling System). As variações que existem entre uma e outra, no entanto, deve-se mais às categorizações e conceitos, porém, assemelham-se tecnicamente. As iniciativas das normas vão, no sentido de uma arquitetura aberta, independente de protocolo. Desta forma, as novas tendências se desenvolvem já considerando este cabeamento, como é o caso do 100BaseT, do ATM e outros.
32 32 Projeto e infraestrutura Este grande avanço dos sistemas de comunicação aprimorou e sofisticou bastante os projetos de edificações comerciais, industriais e residenciais. Hoje um edifício não pode, sob pena de nascer com altas deficiências, deixar de ter uma infraestrutura de cabeamento estruturado para redes de comunicação. Mesmo que de início não o utilize, pois as reformas e emendas são de alto custo, e nunca apresentam a qualidade necessária e desejável. A infraestrutura de cabeamento estruturado é obrigatória em qualquer novo edifício, e deve interferir, em nível de projeto, desde o nascimento do projeto arquitetônico, pois o Cabeamento estruturado tem características próprias que vão interferir no projeto de um edifício de alta tecnologia. Forma física de instalação Justamente devido às altas freqüências em que o cabeamento deve operar, as condições físicas da instalação do cabeamento atingiram um alto grau de especialidade, que exige um projeto detalhado e com alto grau de planejamento. Em uma instalação com cabeamento estruturado não se utiliza, por exemplo, ligar diretamente um PC ao HUB. O que a norma prescreve é deixar preparado um cabeamento entre um patch panel e uma tomada. Na tomada pode-se ligar, ou não, um PC naquele ponto (ou um telefone, ou um sensor, um vídeo, etc), por sua vez ao painel distribuidor é conectado o equipamento ativo (HUB, central telefônica, CLP, head-end, etc). O sistema de cabeamento, portanto, deve ser aberto e independente, isto barateia e dá agilidade a todo o sistema, concentrando diversas redes em uma só. Cabos Para a instalação de um cabeamento estruturado para sinais de baixa tensão (voz, dados, imagens), utilizam-se cabos do tipo coaxial, cabos de par trançado e fibras óticas. Há uma tendência pelo uso prioritário dos cabos de par trançado e para a fibra ótica, devido à busca de melhor performance do cabeamento. Para se obter um cabeamento de categoria 5 (até 100 MHz) conforme a EIA/TIA-568, teremos o uso de par trançado. A fibra ótica possibilita ainda melhores condições.
33 33 Certificações Um cuidado especial deve ser tomado relativamente à certificação do cabeamento. Em que consiste tal certificação? As normas definem uma série de parâmetros para o cabeamento, tais como atenuação, comprimento real, mapeamento dos fios, paradiafonia, nível de ruído, que necessariamente devem estar dentro de uma faixa de valores prédefinidos. A verificação destes valores é questão fundamental em um cabeamento, devendo ser feito com equipamentos especiais. É essa a garantia da instalação. Estatísticas Atualmente cerca de 70% dos problemas que acontecem em uma rede de computação, deve-se a problemas do cabeamento. Os softwares costumam passar por uma evolução a cada 2 ou 3 anos, e de acordo com pesquisas, o hardware do seu PC geralmente tem uma vida útil de 5 anos. No entanto, você terá que viver 15 anos ou mais com seu cabeamento de rede (Frank J. Derfler, Jr. e Les Freed). Outra estatística diz que em torno de 40% dos funcionários de uma empresa mudam de lugar uma vez por ano.e os custos para implantação completa de uma rede de computação estão aproximadamente divididos da seguinte forma:
34 34 Tendências Todas as edificações sejam industriais, comerciais ou residenciais, devem desde já estar projetadas com a infra-estrutura de comunicações. Esta infra-estrutura influencia de tal modo os projetos, que um acompanhamento deve ser feito desde o início com o projeto de arquitetura e projeto elétrico, sensivelmente afetado por esta nova tecnologia. Cabeamento não estruturado Em muitos ambientes de escritórios atuais, o cabeamento da rede de dados foi instalado de forma incremental, respondendo a modificações na tecnologia, necessidades de rede e planos da companhia. Tipicamente, isso deixa um legado de sistemas incompatíveis que podem incluir sistemas de chaveamento telefônico, mainframe ou sistemas de minicomputador. Uma vez que cada sistema está instalado de acordo com seu próprio critério de cabeamento, usando tipos diferentes de cabos, eles são de difícil interconexão e especialmente difíceis de manter e expandir. Essa situação é típica do sistema de cabeamento não estruturado, onde não há um conjunto de padrões para interconexão. Embora os custos iniciais sejam comparativamente baixos para o cabeamento não estruturado, as dificuldades a longo prazo e custos de integração ou substituição de sistemas de cabeamento incompatíveis são consideráveis. Cabeamento proprietário Os fornecedores maiores estiveram entre os primeiros a perceber a importância do cabeamento estruturado, respondendo com plantas de cabeamento pré-planejadas, que garante o funcionamento correto de seus dispositivos numa rede. Companhias telefônicas foram alguns dos líderes, baseadas em sua experiência com a instalação de cabo telefônico. Tipos de cabos Cabo coaxial
35 35 O termo coaxial surgiu porque o condutor central e a malha de blindagem têm o mesmo eixo. O cabo coaxial, freqüentemente conhecido como cabo BNC (Bayonet Naur - um conector em forma de baioneta para cabos coaxiais finos), é feito de um único fio de cobre revestido por isolante e coberto por uma camada de trança de alumínio ou de cobre que protege o fio da interferência externa. Se você precisar de mais largura de banda e proteção contra ruídos do que o par trançado, mas não pode gastar com fibra ótica, o coaxial é o caminho, porém, é muito mais lento. Ele é composto por: Condutor interno, que é fio de cobre rígido central; Camada isolante flexível que envolve o condutor interno; Uma blindagem para o condutor interno formado por uma malha ou trança metálica que protege o condutor externo contra o fenômeno da indução, causado por interferências elétricas ou magnéticas externas. Capa plástica protetora, que dá resistência mecânica ao cabo e faz o isolamento elétrico, a figura a seguir demonstra esta montagem:
36 36 O cabo mantém uma capacitância constante e baixa, teoricamente independente do comprimento do cabo, isso lhe permite suportar velocidade da ordem de megabits por segundo, sem a necessidade de regeneração do sinal e sem distorções ou ecos, sendo melhores que os cabos de par trançado para longas distâncias. A conexão é mais difícil que a do par trançado, pois é feita através de conectores mecânicos, o que torna sua instalação mais cara. Sua imunidade ao ruído de crosstalk é melhor que a do par trançado, sendo a fuga eletromagnética também menor. Cabo coaxial banda larga (Coaxial grosso) Também conhecido como cabo coaxial grosso é originalmente descrito como RG-8, tem uma impedância de 75 Ohms. O nome IEEE é 10BASE5 e o número padrão IEEE Sua blindagem costuma ser amarela. O tamanho máximo do cabo é de 500 metros, 100 transceptores, com segmentos de 23.4 a 70.2 ou 117 metros, tendo no máximo 5 segmentos. É muito utilizado na transmissão de imagens e voz, através da transmissão analógica. Transmite de 100 a 150 Mbps. Suporta uma banda passante de até 400 MHz. Sua transmissão fornece imunidade ao ruído melhor que da banda básica. Em redes locais, a banda é dividida em dois canais, denomina dos caminhos de transmissão e caminhos de recepção. Necessita de amplificadores periódicos, que transmitem o sinal num único sentido. Para resolver esse problema, foram criados os sistemas com um cabo único e com cabo duplo.
37 37 Cabo único São alocadas bandas diferentes de freqüência para a comunicação. Cabo duplo Transmissão no cabo 1 e recepção no cabo 2. Cabo coaxial banda base (Coaxial fino) Também conhecido como cabo coaxial fino, é descrito como RG-58 e tem uma impedância de 50 Ohms. O nome IEEE é 10BASE2 e o número padrão IEEE é 802.3a. Composto por um fio de cobre rígido, um material isolante envolvido por um condutor cilíndrico na forma de malha entrelaçada, e uma capa plástica protetora. O tamanho máximo de um cabo coaxial fino é 185 metros, com 30 conexões distanciadas de 1/2 metro no mínimo. Sem repetidores, pode chegar a 300m no máximo. Sua taxa máxima de transmissão é de 10 Mbps. É utilizado para transmissão digital onde, o sinal digital é injetado diretamente no cabo. A topologia mais usual é a topologia em barra. É mais maleável, fácil de instalar e sofre menos reflexão que o cabo grosso, possui maior imunidade a ruídos eletromagnéticos de baixa freqüência. Para se ligar ao computador, é utilizado um conector (o mais utilizado é o conector BNC - Thin Ethernet) e um T. A conexão dos cabos coaxiais é mais complicada que a do cabo par trançado, requerendo conectores mecânicos, o que acarreta em um encarecimento de sua instalação. Cabo Coaxial (sem conector)
38 38 Conector BNC Adaptador T O cabo coaxial é útil nas arquiteturas de rede ARCnet e Ethernet, porém não é utilizado nas redes Token Ring. O cabo coaxial está sendo abandonado, pois o cabo par trançado sem blindagem está tomando seu lugar no setor de redes. Par trançado Conector RJ-45 É um cabo composto por dois ou quatro pares de fios envolvidos por uma camada isolante. Os dois fios são enrolados em espiral, a fim de reduzir o ruído (interferência) e manter as propriedades elétricas do meio constantes por todo o seu comprimento. Cada par é trançado com um número variado de tranças por metro. Utiliza-se um conector RJ-45.Todo meio de transmissão sofre influência do meio externo, o que prejudica o desempenho na taxa de transmissão. Essas perdas podem ser atenuadas diminuindo a distância entre os pontos a serem ligados. Para se contornar os problemas da interferência e do ruído, foram criados os cabos de par trançado com blindagem. Sua transmissão pode ser tanto analógica quanto digital. Para se saber qual a sua taxa máxima de transmissão e a distância máxima permitida, é necessário levar em conta a perda de energia, que pode ocorrer por radiação ou por calor (dissipação). A perda de energia aumenta com a distância, até chegar um ponto onde o receptor não consegue mais reconhecer o sinal. Em geral, um par trançado pode chegar até algumas dezenas de metros com taxas de
39 39 transmissão da ordem de alguns megabits por segundo. A taxa de transmissão pode variar entre 9600 a bps. É o cabo mais utilizado, mesmo tendo sua força a longas distâncias inferiores ao cabo coaxial. Os cabos de par trançado são classificados em dois grupos, de acordo com a blindagem do condutor: Par trançado com blindagem - (STP - Shielded Twisted Pair) Possui uma blindagem interna, ou seja, cada par ou grupo de fios é envolvido por uma malha ou trança metálica, que funciona como uma barreira para os sinais de interferência, porém ocupa mais espaço físico, portanto, um maior volume de blindagem e isolamento aumenta o tamanho, o peso e o custo. A blindagem é aterrada nas duas extremidades, portanto, a blindagem não faz parte do caminho percorrido pelo sinal. Também usa conector RJ-45. Possui alta taxa de sinalização, com poucas chances de distorção do sinal. Blindado de 100 ohms Este é o STP mais simples, pois, contém uma blindagem formada por uma folha de cobre ao redor de todos os seus fios. Blindado de 150 ohms Este é o STP mais comum, com impedância de 150 ohms, que suporta 300 MHz de largura no máximo em 100m de cabo. Além de todo o cabo ser blindado para reduzir a interferência eletromagnética e de radiofreqüência, há uma blindagem que separa cada par de fios trançados, para diminuir a diafonia (ruídos elétrico produzidos por sinais de outros fios do cabo).
40 40 O STP de 150 ohms é normalmente utilizado em redes Token Ring da IBM, enquanto que os de 100 ohms são mais utilizados em instalações Ethernet. Par trançado sem blindagem - (UTP - Unshielded Twisted Pair) Padronizado pelo IEEE 802.3, também conhecido como 10BaseT. Esse cabo é composto por quatro pares de fios, sendo cada par isolado um do outro e todos são trançados juntos dentro de uma cobertura externa.não havendo blindagem física interna, sua proteção é encontrada através do efeito de cancelamento dos pares de fios trançados, onde mutuamente reduz a interferência eletromagnética de radiofreqüência e a diafonia. No cancelamento, o fluxo de corrente de um fio cria um pequeno campo magnético circular ao redor dele. A direção do fluxo de corrente do fio determina a direção das linhas de força eletromagnética que o circundam. Se dois fios estiverem no mesmo circuito elétrico, os elétrons fluirão da fonte de voltagem negativa para a carga (destino) de um fio, e daí para a fonte positiva de outro fio. Se os dois fios estiverem próximos, seus campos eletromagnéticos serão o oposto um do outro. Isso fará com que eles se cancelem e anulem também campos externos. Os cabos UTP são divididos em 5 categorias. Para isso, são levados em conta os níveis de segurança e a bitola dos fios (números maiores indicam fios com diâmetros menores). Categorias Cada tipo de cabo, conforme o especificado acima, vem atender determinadas necessidades e tipos de soluções diferentes, sendo assim, opções de solução em uma instalação. Categoria 1 Este cabo nada mais é que o antigo fio telefônico usado na maior parte das residências, e usado em sistemas telefônicos comerciais até 1983 no Estados Unidos. Ele não é conveniente para a transmissão de dados de alta velocidade, uma vez que seu único requisito é ser trançado. Categoria 2
41 41 Este tipo de cabo é certificado para transmissão de dados até 4 Mbps, UTP tipo 3 definido pela IBM, tem baixa taxa de transmissão, ou seja, quatro pares trançados não-blindados e sólidos de fios para transmissão de voz e dados. Categoria 3 Este é o cabo de mais baixa classificação que você pode usar com qualquer rede local. Ele pode transmitir até 10 Mbps e é mais bem construído que o cabo das categorias 1 e 2. Categoria 4 Para redes Token Ring de 16 Mbps, este é o cabo de grau mais baixo que você pode usar. De fato, para conseguir o melhor uso de sua rede local, você deve considerar esta categoria como sendo o padrão mínimo, em lugar do cabo de categoria 3. Categoria 5 Para transmissões em velocidades reais, este é o par trançado que você quer. Ele oferece baixo nível de interferência e velocidade máxima em transmissão de ofuscantes 100 Mbps. O cabo categoria 5 é o cabo indicado na especificação Fiber Distributed Data Interface (FDDI), que definiu a coexistência de fio de cobre e fibra óptica no mesmo ambiente. Ele é projetado para funcionar em conjunto com o cabo de fibra ótica para fornecer throughput (medida de velocidade de transferência de dados) melhorado para soluções multimídia (áudio e vídeo) em rede. Categoria 5e Cabos com capacidade de transmissão, ainda, de até 100 Mbps (com melhora na resposta do cabo para as freqüências maiores). Configuração das pontas
42 42 Cabo Paralelo: Configuração padrão, o cabo possui duas pontas iguais Cabo Crossover: Para uma rede ponto a ponto com apenas duas máquinas use um padrão para cada ponta. Categoria 6 Cabo com capacidade de transmissão mínima de 100 Mbps, substitui o cabo categoria 5e, pois possui uma melhor comunicação com o cabo de Fibra Óptica. Fibra óptica É constituído de um filamento denominado núcleo, por onde é feita a transmissão da luz. Em geral, o material dielétrico (filamento), é constituído de sílica ou plástico, em forma cilíndrica transparente e flexível, de dimensões microscópicas comparáveis às de um fio de cabelo Esta forma cilíndrica é envolvida por uma camada de material também dielétrico, chamada casca. Ao redor do filamento existem substâncias de menor índice de refração, que fazem com que os raios de luz sejam refletidos internamente. O índice de refração é a grandeza que expressa a velocidade da luz num meio de transmissão. É definido como sendo n= cv, onde c é a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio em questão. O índice de refração depende do comprimento de onda da luz, o que vai provocar a dispersão do impulso luminoso na fibra ótica, limitando a capacidade de transmissão dos sinais.
43 43 A fibra transmite os dados via pulsos de luz codificados, dentro do domínio do infravermelho (10xE14 a 10xE15 Hz), que podem ser gerados por um LED ou laser. Necessitam de um conversor de sinais elétricos para sinais óticos, um transmissor, um receptor e um conversor de sinais óticos para sinais elétricos. Existem duas fibras por cabo. Transmissores ópticos São responsáveis pela conversão de sinais elétricos em sinais óticos, que serão transmitidos pela fibra. A fonte ótica é modulada pela sua intensidade, através da variação da corrente elétrica injetada no gerador ótico. A fonte ótica é um semicondutor e pode ser LED ou LASER, quando LED (Light Emitting Diode) utiliza o processo de fotogeração por recombinação espontânea. São utilizados em sistemas de comunicação que possuem taxas de transferência menor que 200 Mbps e quando Diodo LASER (Light Amplification by Simulated Emission on Radiation): utiliza o processo de geração estimulada de luz. O Laser é melhor que o LED, como mostra a tabela abaixo: Receptores ópticos
44 44 Também conhecidos como fotodetectores, convertem sinais óticos recebidos pela fibra em sinais elétricos. Os fotodetectores mais usados são os fotodiodos e os mais comuns são PIN e APD (Avalanche PhotoDiode). Fibras multímodo de índice gradual Ao invés de uma mudança abrupta do índice de refração do núcleo para a casca, esse índice diminui gradualmente de forma contínua. Utiliza emissores do tipo LED, que diminui seu custo e a taxa média de transmissão dessa fibra gira em torno de 100 Mbps. Necessita de um repetidor a cada 2 Km. Fibras multímodo degrau São as mais simples. O funcionamento dessas fibras é baseado no fenômeno de reflexão total interna na casca de índice de refração menor. O termo degrau vem da existência de uma descontinuidade na mudança de índice de refração na fronteira entre o núcleo e a casca da fibra.
45 45 É denominado multímodo, pois é possível que vários feixes em diferentes ângulos de incidência se propaguem através de diferentes caminhos pela fibra e a taxa de transmissão varia entre 15 e 25 MHz/Km. Fibras monomodo A luz percorre a fibra em um único modo e em linha reta. Esse tipo de fibra é insensível à dispersão modal, que é a reflexão da onda luminosa em diferentes tempos. O diâmetro do núcleo é muito pequeno. Utiliza o laser como emissor dos sinais de luz, o que lhe permite longas distâncias (até 50 Km), sem a necessidade de um repetidor e pode atingir taxas de transmissão da ordem de 1 Gbps. Para todos os tipos, a atenuação das transmissões não depende da freqüência utilizada, o que torna a taxa de transmissão muito mais alta, em torno de ~ Mbps, podendo chegar a Mbps e a 620 Mbps numa única fibra unidirecional. É totalmente imune a interferências eletromagnéticas e a ruídos, não precisa de aterramento e mantém os pontos que liga eletricamente isolados um do outro. Porém, a atenuação pode ser causada pela absorção feita pelo meio físico de transmissão ou pela dispersão modal. Podem chegar à distância de 50 Km, sem a necessidade de um repetidor. Suporta voz, dados, vídeo e são mais finas e mais leves que os cabos coaxiais, o que facilita sua instalação. Porém, por ser inflexível, requer cuidados especiais na instalação e manutenção. Por incrível que possa parecer, ainda existem algumas limitações quanto à fibra ótica: A junção das fibras é uma tarefa muito delicada e cara, pois as dimensões da fibra são muito pequenas e requerem alta precisão. Não pode haver dobra nos cabos de fibra ótica, pois pode tornar o ângulo de incidência dos feixes de luz em relação à normal muito pequeno, provocando o escape desses feixes da fibra, pois não chegarão a sofrer reflexão. São muito frágeis, quebrando com facilidade. Os componentes óticos não possuem uma padronização. Apesar das limitações acima, possui inúmeras vantagens: Permite enviar mais dados por longas distâncias e pequeno tamanho e peso; São imunes a interferência eletromagnética, radiofreqüência e diafonia; É constituído de material isolante, o que lhe concede isolação elétrica; Alta confiabilidade no sinal transmitido, pois não irradiam significativamente a luz transportada e matéria prima abundante.
INSTALADOR E REPARADOR DE REDES DE COMPUTADORES CABEAMENTO ESTRUTURADO E REDES DE ACESSO INSTALAÇÕES DE REDES LOCAIS SAULO DE LIMA BEZERRA FIC
Ministério da Educação - MEC Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica (SETEC) Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará INSTALADOR E REPARADOR DE REDES DE COMPUTADORES CABEAMENTO