Redes-Cabeamento estruturado

Redes-Cabeamento estruturado

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Em todo este livro, quando utilizamos o termo cabeamento de rede, normalmente estamos nos referindo a fios de cobre trançados ou blindados contidos em uma cobertura externa feita de plástico. No entanto, em muitos cabos, a cobertura envolverá tranças de plástico ou de fibra de vidro que conduzem luz da mesma forma que o cobre conduz eletricidade. Quando nos referimos à palavra cabo, utilizamos o significado mais genérico do termo: algo que conduz sinais entre nós da rede. Seremos específicos quando nos referirmos aos diversos tipos de cabo, como os fios de pares trançados blindados e sem blindagem, os cabos coaxiais e os cabos de fibra ótica. Em geral, a palavra fio se refere a fios de cobre individuais contidos em uma cobertura formada por um cabo.

Será mais fácil compreender o funcionamento das redes se você considerar cada elemento hierarquicamente superior ao cabo como um processo. Cada elemento recebe os dados em uma extremidade. O objetivo do processamento é empacotar ou desempacotar os dados recebidos e enviados pelas conexões da rede. Em qualquer modelo de operações de rede, como o mostrado na Figura 1.1, blocos alternados do diagrama dependem do cabeamento e se baseiam nele. O cabeamento -- às vezes chamado de meio de transmissão ou meio de rede nos círculos acadêmicos -- tem uma relação estreita, porém distinta, com os outros componentes operacionais da rede. Se quiser entender os detalhes e as alternativas dos elementos da rede cujo nível hierárquico é superior ao do cabeamento, recomendamos o livro de DERFLER, Guia de Conectividade (PC Magazine / Editora Campus, 1993

Placas Adaptadoras de Rede Local

O próprio cabeamento é conectado às placas adaptadoras dos nós da rede. Algumas placas adaptadoras de rede local são placas de circuito impresso projetadas para computadores, que podem ser PCs de mesa, computadores de médio porte AS/400 e computadores IBM de grande porte (controladoras de comunicação). Mais de 200 empresas comercializam placas adaptadoras de rede local para PCs, e o preço de mercado de seus produtos varia de US$ 100 a US$ 700. Um exemplo de placa adaptadora de rede local é mostrado na Figura 1.2 Algumas empresas produzem as placas adaptadoras de rede local como parte do PC. Por exemplo, a Zenith Data Systems inclui uma placa adaptadora de rede local em toda a sua linha de produtos. Se o PC não tiver uma placa adaptadora interna ou um slot de expansão que permita a inclusão de uma placa de circuito, você poderá usar uma placa adaptadora externa de rede local, como as comercializadas pela DLink Systems e pela Xircom Corporation. Como a placa adaptadora de rede local deve ter circuitos especiais para que possa ser conectada ao tipo de cabo utilizado na rede, a seleção do cabeamento irá orientar a seleção da placa. Muitas placas adaptadoras, como as internas fabricadas pela Zenith, têm circuitos para todos os tipos de cabeamento. DICA Você deve escolher placas adaptadoras de rede compatíveis com o tipo de cabo, com o tipo de barramento de expansão do computador e com o tipo de software de rede utilizados no sistema. Verifique os seus computadores cuidadosamente e opte por um esquema de cabeamento antes de comprar as suas placas adaptadoras de rede local. O Capítulo 2 descreve os diversos tipos de cabeamento.

Cada placa adaptadora de rede local passa a ter três importantes funções ao ser interconectada ao cabo da rede. Essas funções são as seguintes: Estabelecer uma conexão física Fornecer sinalização elétrica Implementar um acesso ordenado ao sistema de cabos compartilhado da rede

A Conexão Física

A conexão física depende do tipo de conector utilizado. (No Capítulo 7, descreveremos os tipos de conectores e apresentaremos instruções sobre como instalar os mais usados.) Os tipos mais comuns são mostrados na Figura 1.3. Em geral, esses conectores utilizam um plugue-macho no cabo e uma tomadafêmea no chassi do computador ou na placa adaptadora de rede local. Para que a conexão fique firme, exerça uma certa pressão ao acoplar esses conectores.

NOTA Os conectores representam as ligações mais fracas de um sistema de cabeamento de rede. Conectores mal instalados podem criar ruídos elétricos, estabelecer um contato elétrico intermitente e interromper o funcionamento da rede. Vale a pena investir nos melhores conectores e em ferramentas de instalação.

Banda-Base e Sinalização de Banda Larga

Os cabos de cobre para redes transportam sinais elétricos, enquanto os cabos de fibra ótica transportam pulsos de luz. Nos anos 80, duas tecnologias competiram para obter a preferência do mercado de cabos de cobre: banda-base e sinalização de banda larga. Na sinalização de banda larga - a técnica de sinalização mais elegante - cada placa adaptadora de rede local trata o cabo da rede como uma antena de rádio. Essas placas funcionam como pequenas estações transmissoras e receptoras de sinais de rádio que emitem um grande espectro de energia de radiofreqüência através dos cabos. Esse esquema utiliza repetidores de rádio complexos e exige instalação cuidadosa e manutenção freqüente. Essas desvantagens pesam muito mais do que as tão divulgadas vantagens da sinalização de banda larga: a capacidade de combinar voz, imagens e dados no mesmo cabo de rede. É muito raro encontrar novas instalações de sistemas de banda larga, e não falaremos mais neles neste livro. A sinalização de banda larga utiliza voltagem de corrente contínua, muito semelhante à bateria de um carro, para sinalizar a presença de um 0 ou de um 1 digital no cabo. A placa adaptadora aplica uma voltagem negativa ou positiva na faixa de +15 a -15 volts ao cabo, e a transição entre os níveis de voltagem indica uma mudança de um estado binário para o outro. O pico de cada ciclo positivo e negativo é plano, o que gera a imagem gráfica de ondas quadradas. Mas, como essas ondas quadradas percorrem o cabo, a capacitância e a indutância elétricas do cabo acompanham a voltageme a corrente do sinal, arredonda-as. Os fatores criam uma atenuação - uma redução na amplitude das voltagens positivas e negativas. Velocidades de sinalização maiores exigem ainda mais dos sistemas de cabeamento. As velocidades mais altas diminuem o tempo de duração entre as ondas quadradas e dificultam sua distinção por parte das placas adaptadoras de rede local. Os cabos e os conectores de cobre de melhor qualidade têm índices de capacitância, indutância e resistência mais altos, sendo mais fácil para eles arredondar e atenuar as ondas quadradas. Nos próximos capítulos, descreveremos as diferenças qualitativas entre os diferentes tipos de cabos e os conectores de cobre.

Compartilhamento do Cabo

"As redes existem para serem compartilhadas". Essa é uma frase que você encontrará em todos os nossos livros. As redes locais permitem que as pessoas compartilhem dados e arquivos de programa, dispositivos como impressoras e unidades de CD-ROM e ligações de comunicação com outros computadores e redes locais. Mas o compartilhamento começa no esquema de cabeamento da rede. Em cabo compartilhado, apenas um nó transmite dados de cada vez. Portanto, cada placa adaptadora de rede local permite que seu nó tenha um acesso ordenado ao cabo da rede, tomando como base um esquema específico de controle de acesso aos meios físicos (MAC). O MAC é um esquema operacional reconhecido por comitês de padrões modernos. Os três esquemas MAC mais comuns são descritos nos padrões ARCnet, Ethernet e Token-Ring. No Capítulo 4, descreveremos os esquemas de cabeamento específicos associados a cada padrão. Você não precisa considerar a operação da camada MAC para selecionar um esquema de cabeamento. No entanto, você deverá compreender por que alguns sistemas de fiação são organizados de uma determinada forma.

Os protocolos são acordos entre os diferentes componentes da rede em relação à forma como os dados serão transferidos. Eles descrevem o funcionamento de tudo. Comitês estabelecidos por organizações como o IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), a EIA (Electronic Industries Association) e o CCITT (Comité Consultatif Internationale de Télégraphic et Téléphonic) trabalham durante anos para desenvolver esses acordos que controlam a forma como dispositivos eletrônicos emitem sinais, trocam dados e lidam com problemas. Os comitês desenvolvem protocolos, e as empresas criam produtos que obedecem a eles. Algumas empresas, especialmente a IBM, costumavam estabelecer seus próprios protocolos e produtos patenteados (pelo menos parcialmente, em uma tentativa de prender os clientes a sua tecnologia). No entanto, atualmente, os sistemas de protocolos abertos, estabelecidos por comitês nacionais e internacionais, prevalecem. Na teoria, se uma empresa desenvolve um produto que opera de acordo com um protocolo padrão, isso significa que ele irá funcionar com produtos de todos os outros fornecedores que obedecerem a esse mesmo padrão. Na prática, com freqüência as empresas implementam os protocolos de formas tão diferentes que os produtos não funcionam juntos sem que haja uma série de ajustes de ambos os lados. No entanto, o conceito de compartibilidade entre produtos de rede local é muito interessante e há esforços constantes para que ele se difunda ainda mais. Existem três protocolos padrão para cabeamento de rede e controle de acesso aos meios físicos que deverão interessar a você: o Ethernet, o Token-Ring e o ARCnet. Algumas empresas, em geral no mercado de redes locais de baixo custo, ainda vendem placas adaptadoras que obedecem a protocolos nãoaprovados ou que não se baseiam em um padrão estabelecido. Geralmente, recomendamos que você não compre placas adaptadoras de rede local que não utilizem um dos conjuntos de protocolos padrão. A pequena economia que você poderá fazer talvez leve-o a comprar um sistema órfão para o qual nenhuma empresa oferece serviços de assistência técnica e que não tenha qualquer possibilidade de ser expandido.

Ethernet

Dentre as principais características da ligação física Ethernet estão as seguintes: Uma velocidade de transmissão de 10 megabits por segundo Uma separação máxima entre estações de 2,8 quilômetros Um cabo coaxial blindado conectando as estações Um tipo específico de sinalização elétrica - "banda-base digital com codificação Manchester" A última especificação descreve os sinais elétricos que formam os 0s e 1s digitais transmitidos através da rede. A ligação Ethernet utiliza uma arquitetura de difusão, em que cada nó recebe tudo o que é transmitido pelos outros ao mesmo tempo. Apesar de a velocidade de transmissão de dados do sistema Ethernet ser classificada como 10 megabits por segundo, uma pesquisa feita pela Digital Corporation Equipment e por outras empresas mostra que mesmo sob cargas normais as redes com tráfego muito intenso e vários servidores não alcançam mais do que alguns megabits por segundo. Esse fator "carga" se torna mais importante à medida que mais aplicações, em particular sistemas especializados de produtividade de grupo de trabalho e aplicações que empregam grandes arquivos de mapas de bits, utilizam a rede.

O Protocolo de Controle de Acesso aos Meios Físicos

O principal trecho da especificação de camada de link de dados para redes Ethernet descreve a forma como as estações deverão compartilhar o acesso a cabos coaxiais através de um processo denominado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). O CSMA/CD é um protocolo de controle de acesso aos meios físicos (MAC) que determina a forma como os nós da rede compartilham o acesso ao cabo. O meio físico é o cabo coaxial que conecta os nós da rede, e o protocolo de controle de acesso é o esquema de compartilhamento. Para que pacotes de informação possam percorrer o cabo da rede Ethernet, eles devem lidar com o CSMA/CD. O CSMA/CD verifica a rede antes de transmitir. Se receber dados de um software de alto nível, antes de enviá-los, a placa adaptadora de rede verifica se outra estação está transmitindo no cabo. A placa só transmitirá a mensagem quando o cabo estiver livre. O CSMA/CD também funciona como mediador quando o inevitável acontece: dois ou mais nós começam a transmitir simultaneamente em um cabo livre, e as transmissões colidem. As placas adaptadoras podem detectar essas colisões por causa do nível de sinal elétrico mais alto que as transmissões simultâneas produzem. Quando detectam uma colisão, as placas adaptadoras de rede começam a transmitir o que denominamos "sinal de congestionamento", garantindo que todos os nós conflitantes percebam a colisão. Em seguida, todas as placas param de transmitir e acessam suas programações internas, a fim de determinar um tempo aleatoriamente selecionado para retransmissão. Esse período de "retração" assegura que as estações não continuem a enviar sinais que possam entrar em colisão quando o tráfego no cabo diminuir.

Padrão 802.3 10BaseT No final de 1990, após três anos de reuniões, propostas e acordos, um comitê do IEEE finalizou uma especificação para a sinalização Ethernet em fios de pares trançados. O IEEE chama o padrão de "802.3i 10BaseT". Em geral, a família de padrões IEEE 802.3 descreve a sinalização CSMA utilizada em diversos sistemas de fiação, como o Ethernet. O nome 10BaseT indica uma velocidade de sinalização de 10 megabits por segundo, um esquema de sinalização de banda-base e fios de pares trançados em uma topologia física em estrela. O enfoque teórico, e amplamente divulgado, do padrão 10BaseT é que ele permite que os gerentes de rede local utilizem fios de telefone já instalados, o que diminui os custos e as possibilidades de falha na instalação. É uma ótima idéia simplificar a instalação e diminuir seus custos. No entanto, infelizmente, as barreiras que você irá encontrar na maioria das instalações poderão causar complicações. Muitas organizações não dispõem de fios já instalados que tenham as características adequadas para a implantação de uma rede. Portanto, com freqüência, as pessoas responsáveis pelo planejamento de redes locais acham que o melhor é instalar mais fios. No entanto, a tecnologia dos fios de pares trançados sem blindagem, ao contrário do que acontece com os cabos coaxiais Ethernet e os pares trançados blindados Token-Ring, é muito conhecida pelos técnicos. Como constatamos durante testes feitos no laboratório de rede local da PC Magazine (PC Magazine LAN Labs), os produtos 10BaseT são simples e se baseiam em esquemas muito conhecidos. Com total segurança, você pode misturar e combinar placas adaptadoras de rede local 10BaseT e hubs de fiação fabricados por várias empresas e utilizá-los na mesma rede. Essa compatibilidade permite a existência de uma grande variedade de fornecedores e de serviços confiáveis de assistência técnica e possibilita uma enorme competitividade entre preços. Nossos testes também comprovaram que você não perde desempenho ao utilizar pares trançados 10BaseT. Os testes de throughput mostraram um ótimo desempenho, tão bom quanto o obtido com cabos coaxiais Ethernet. Para um gerente de rede, a maior vantagem potencial de uma instalação 10BaseT se deve ao esquema de cabeamento em estrela. O esquema de fiação em estrela (a configuração genérica é mostrada na Figura 1.4) proporciona confiabilidade e permite um gerenciamento centralizado. Assim como os raios que saem do centro de uma roda, os fios partem de um hub de fiação central em direção a cada nó. Se um fio se partir ou sair do circuito, o nó fica inativo, mas a rede continua operacional. Em esquemas de fiação do tipo "estação a estação", como o Ethernet fino, uma conexão com problema interrompe toda a operação da rede.

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