Cabeamento Estruturado IFSC

Instituto Federal de Santa Catarina Campus So Jos Aluno:_____________________________

Cabeamento Estruturado

Saul Silva Caetano So Jos - SC, verso 2010

CABEAMENTO ESTRUTURADO.

SUMRIO

1 - INTRODUO.............................................................................................................................................................1 2 - NORMAS E PADRES...............................................................................................................................................2 3 - BANDA PASSANTE X VELOCIDADE DE TRANSMISSO................................................................................4 3.1 - BANDA PASSANTE DE UM SINAL .....................................................................................................................................4 3.2 - BANDA PASSANTE DO MEIO DE TRANSMISSO....................................................................................................................6 3.3 - CDIGOS DE LINHA.......................................................................................................................................................6 3.4 - CODIFICAES UTILIZADAS NOS PADRES DA FAMLIA IEEE 803.2.....................................................................................9 3.5 - OBSERVAO FINAL...................................................................................................................................................12 4 - CATEGORIAS DO CABEAMENTO ESTRUTURADO.......................................................................................12 4.1 - CATEGORIAS DA NORMA EIA/TIA 568-B................................................................................................................12 4.2 - O USO DA FIBRA PTICA.............................................................................................................................................14 5 - VISO GERAL DO CABEAMENTO ESTRUTURADO......................................................................................15 5.1 - INSTALAES DE ENTRADA E SALA DE EQUIPAMENTOS......................................................................................................16 5.2 - CABEAMENTO PRIMRIO E ARMRIOS DE TELECOMUNICAES...........................................................................................17 5.3 - REA DE TRABALHO E CABEAMENTO SECUNDRIO...........................................................................................................19 5.4 - CONEXES................................................................................................................................................................21 5.5 - CABEAMENTO ESTRUTURADO UTILIZANDO FIBRA PTICA...................................................................................................23 5.6 - TOPOLOGIA FSICA DO CABEAMENTO ESTRUTURADO.......................................................................................................24 6 - LIMITAES DOS SINAIS NOS MEIOS DE TRANSMISSO ........................................................................25 6.1 - FENMENOSQUE

ALTERAM OS SINAIS NA TRANSMISSO................................................................................................25

7 - MEIOS DE TRANSMISSO.....................................................................................................................................33 7.1 - MEIOS METLICOS......................................................................................................................................................33 7.2 - PAR TRANADO NO BLINDADO (UTP).........................................................................................................................38 7.3 - PAR TRANADO BLINDADO (STP)................................................................................................................................41 7.4 - CABO COAXIAL .........................................................................................................................................................42 7.5 - FIBRA PTICA...........................................................................................................................................................42 8 - COMPONENTES DO CABEAMENTO ESTRUTURADO...................................................................................51 8.1 - TIPOS DE CONECTORES................................................................................................................................................51 8.2 - PATCH PANEL............................................................................................................................................................53 8.3 - BLOCO 110, BLOCO DE CONEXO RPIDA OU IDC......................................................................................................54 8.4 - TOMADAS RJ45........................................................................................................................................................55 8.5 - DISTRIBUIDOR PTICO.................................................................................................................................................56 8.6 - CALHAS, ELETRODUTOS E OUTROS TIPOS DE VIAS.............................................................................................................56 9 - ATERRAMENTO E LIGAO AO TERRA.........................................................................................................59 9.1 - PROTEO DO USURIO...............................................................................................................................................59 9.2 - PROTEO DOS EQUIPAMENTOS.....................................................................................................................................60 9.3 - COMPONENTES DE UM SISTEMA DE ATERRAMENTO...........................................................................................................63 10 - TESTES DE CERTIFICAO...............................................................................................................................63 10.1 - TESTES PARA CABEAMENTO METLICO.........................................................................................................................64 10.2 - RAZO ENTRE ATENUAO E DIAFONIA........................................................................................................................67 10.3 - COMPARAO DOS REQUISITOS ELTRICOS NAS CATEGORIAS 5, 5E E 6.............................................................................68 11 - DOCUMENTAO E IDENTIFICAO............................................................................................................69 11.1 - IDENTIFICAO........................................................................................................................................................70 11.2 - MEMORIAL DESCRITIVO.............................................................................................................................................74 12 - PROJETO DA REDE DE ENERGIA ELTRICA PARA ATENDER A SALA DE TELECOMUNICAES................................................................................................................................................77 12.1 - DEFINIO DA QUANTIDADE E DA POSIO DAS TOMADAS...............................................................................................77

12.2 - SIMBOLOGIA PARA REPRESENTAO DO CIRCUITO ELTRICO EM PLANTA BAIXA:..................................................................78 12.3 - CLCULO DA POTNCIA TOTAL A SER INSTALADA E DEFINIO DA QUANTIDADE DE CIRCUITOS A SEREM UTILIZADOS................78 12.4 - DEFINIO DA BITOLA DOS CONDUTORES.....................................................................................................................79 12.5 - DEFINIO DAS BITOLAS DAS VIAS DE PASSAGEM..........................................................................................................84 13 - ETHERNET...............................................................................................................................................................85 13.1 - INTRODUO...................................................................................................................................................85 13.2 - VISO GERAL...................................................................................................................................................85 13.3 - ESTRUTURA......................................................................................................................................................86 13.4 - DESCRIO......................................................................................................................................................87 13.5 - CONCLUSES...................................................................................................................................................95 BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................................................................98

Introduo

CABEAMENTO ESTRUTURADO

1 1 - Introduo Durante as duas ltimas dcadas os sistemas de telecomunicaes apresentaram forte expanso, diversos setores empresarias que antes entendiam telecomunicaes como sinnimo de telefonia ou no mximo telex, passaram a instalar suas prprias redes de computadores e vincular estas mesmas redes com a Internet. O setor de TV, no Brasil, viu a chegada dos sistemas de TV a cabo, dos sistemas de TV via satlite por assinatura, o acesso a internet via a rede de TV a cabo (cable modem) e mais recentemente j comenta-se sobre IPTV. Os sistemas mveis, tais como telefonia celular e redes de computadores sem fio entraram no mercado mostrando muita competitividade. Aps duas dcadas as redes de computadores esto chegando a categoria de requisito bsico, como possuir um telefone, para diversos ramos comerciais e industriais e comeando a invadir os ambientes residncias, principalmente na classe alta. As redes de TV comeam a oferecer, alm da programao das emissoras de rdio e TV, acesso para internet. Tudo indica que a integrao de voz, dados e imagem numa mesma plataforma de transmisso esta cada vez mais prxima, prova disso so os sistemas VOIP e IPTV (voz e TV sob rede ip) Aumentando ainda mais a necessidade das redes de comunicao, os sistemas de automao comerciais e industriais passaram a controlar remotamente temperaturas, alarmes, circuitos internos de TV, sensores de incndio, iluminao etc. Todos os fatos citados acima levaram a necessidade de repensar a infra-estrutura das redes de telecomunicaes em ambientes locais. Isto , repensar a organizao e distribuio da estrutura de cabos e conexes, responsveis por transmitir sinais, sejam voz, dados de computadores, vdeo ou sinais de sensores. Atualmente denomina-se a essa estrutura de Cabeamento Estruturado. Cabeamento Estruturado pode ser definido como um conjunto completo de cabos, conectores, emendas, tomadas, elementos de proteo e seus respectivos suportes mecnicos e eltricos, configurados adequadamente para atender a necessidade de interconexo dos elementos terminais de uma rede local de telecomunicaes (por ex. redes de computadores, redes telefnicas, redes de alarmes). Diversas associaes e organizaes industriais comearam a discutir uma proposta de normalizao para o cabeamento estruturado das redes internas de telecomunicaes. Os principais objetivos destas normalizaes eram e ainda so: - propor uma soluo de infra-estrutura que possa ser utilizada pelos diferentes sistemas de telecomunicaes, garantindo flexibilidade para a mudana do layout da edificao. - oferecer solues no proprietrias gerando a compatibilidade entre os diversos fabricantes de componentes. - determinar parmetros tcnicos para certificao da infra-estrutura. - garantir que o cabeamento estruturado de uma edificao tenha vida til compatvel com os outros sistemas da infra-estrutura do prdio (sistema eltrico, construo civil, redes hidrulicas). As solues de cabeamento estruturado tendem a oferecer de 10 a 20 anos de garantia.


A partir dos trabalhos destas associaes surgiram diversas normas nacionais e internacionais que permitem a especificao e certificao dos cabeamentos estruturados. Para que um cabeamento estruturado esteja de acordo com essas normas, necessrio que todos componentes estejam dentro das suas exigncias e que a instalao ocorra respeitando os limites impostos pelas mesmas normas. bom ressaltar que cabeamento estruturado trata de redes locais (LANs), sendo as redes metropolitanas (MANs) e as redes de longa distncia (WANs) objetivos de outros tipos de configuraes de cabos e conexes. 2 - Normas e Padres Com os objetivos citados no captulo anterior, diversos comits de associaes empresariais e organismos de normalizao, elaboraram padres para as instalaes de cabeamento. Atualmente so utilizados os seguintes padres:a) Padres originados pelas organizaes TIA/EIA (Telecommunications Industries Association/ Eletronic Industry Association) em associao com a ANSI (American

National Standards Institute). As normas desses padres foram revisadas em 2000 sendo o documento final formado por: ANSI/TIA/EIA-568-B (Commercial Building Telecommunications Cabling Standards) Especifica padres para projeto de cabeamento em edificaes comerciais, definindo o desempenho para cabos e acessrios de conexo utilizados. TIA/EIA-568-B.1 (General Requeriments) - especifica os requerimentos mnimos para o cabeamento de telecomunicaes a ser instalado tanto no interior dos edifcios, assim como nas instalaes feitas entre edifcios em ambientes externos. TIA/EIA-568-B.2 (Balanced Twisted Pair Cabling Components) - fornece os padres mnimos de performance dos componentes de cabeamento metlico, assim como os procedimentos para validao dos mesmos. TIA/EIA-568-B.3 (Optical Fiber Cabling Components Standard) - especifica os requerimentos mnimos para os componentes de fibra ptica utilizados no sistema de cabeamento. ANSI/TIA/EIA-569 (Commercial Building Standart for Telecomunication Pathways and Spaces) - fornece requisitos para a construo de dutos e espaos para cabeamento de telecomunicaes em edificaes comerciais. ANSI/TIA/EIA 570 (Residential and Light Commercial Telecomunications Wiring Standards) fornece requisitos para sistemas de cabeamento residenciais que conectam de uma a quatro linhas de acesso comutado.

Normas e Padres CABEAMENTO ESTRUTURADO

3 ANSI/TIA/EIA- 606 (Administration Standard for the Telecomunications Infrastructure of Commercial Building) fornece requisitos para manuteno de registros e informaes do sistema de cabeamento de telecomunicaes. ANSI/TIA/EIA- 607 (Commercial Building Grounding and Bonding Requirements for Telecommunications) especifica requisitos de aterramento e ligao ao terra para sistemas de telecomunicaes numa edificao comercial. Os padres ANSI/TIA/EIA utilizam como referencia o NEC (National Electrical Code) para estabelecer padres mnimos de proteo de pessoas e propriedades contra danos eltricos. b) Padro ISO (International Standards Organization) ISO 11801- define padres para projeto de cabeamento de telecomunicaes em edificaes comerciais. c) Padres Europeus EN 50173 define padres para projeto de cabeamento de telecomunicaes em edificaes comerciais. EN50167/8/9 especifica os requisitos eltricos dos componentes utilizados nas redes de telecomunicaes. d) Padres Brasileiros da ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) NBR 14565 (Procedimento bsico para elaborao de projetos de cabeamento de telecomunicaes para rede interna estruturada) define padres para o cabeamento estruturado de telecomunicaes em edificaes comerciais. 3 - Banda Passante x Velocidade de Transmisso A finalidade do cabeamento estruturado fornecer uma via segura e adequada para os sinais das diversas aplicaes usurias do cabeamento. Via adequada e segura, corresponde a uma via com parmetros eltricos e/ou pticos suficientes para atender a velocidade e a quantidade de informaes que sero enviadas pelos sistemas vinculados a ela. Dois parmetros nos cabeamentos, sejam cabeamentos eltricos ou pticos, so fundamentais a atenuao e a banda passante do canal. A atenuao determina a perda de potncia que o sinal sofrer e a banda passante indica a largura mxima no espectro de freqncia do sinal que trafegar na linha. Sobre a atenuao comentaremos mais adiante na seo 7.1. e nesta seo trataremos da banda passante.


3.1 - Banda passante de um sinal A banda passante de um sinal definida pela largura do intervalo que contem todas as freqncias do sinal. Segue abaixo alguns exemplos: a) Banda passante de um sinal formado por duas senides O sinal abaixo formado pelas senides com freqncias de 20 MHz (fundamental e 60 MHz (3o harmnico).

A banda passante deste sinal ser de BW = 60 20 = 40MHz, conforme indica o grfico abaixo.Amplitude (V) 9 6 3 20 40 60 80 f (MHz)

BW=40MHz

b) Banda passante do sinal de voz utilizado em telefonia A voz humana apresenta componentes freqncias entre 100 e 8000 Hz e o ouvido humano distingui freqncias entre 20 Hz e 20KHz aproximadamente. Por fatores econmicos na telefonia s so transmitidos as componentes freqncias entre 300 e 3400 Hz. Portanto, a banda passante do sinal de udio utilizado em telefonia : BW = 3400 300 = 3100 Hz ou 3,1KHz.

Banda Passante x Velocidade de Transmisso CABEAMENTO ESTRUTURADO

5 c) Banda passante do sinal de um canal de TV Um canal de TV deve transmitir sinal de udio e sinal de vdeo. O sinal de vdeo ocupa uma banda de 5,25MHz, o sinal de udio ocupa 0,05 MHz. Considerando a necessidade de bandas de guarda, espaamento das freqncias entre canais e entre sinais de vdeo e udio, um canal de TV apresenta uma banda de 6MHz (5,25 do vdeo, 0,05 MHz do udio e 0,70 MHz distribudo entre as bandas de guarda).Amplitude (dBm) PV 4,5 Banda de vdeo 6,0 PA Banda de udio

F (MHz) 4,0 1,25 0,05

d) Banda passante de uma rede local ethernet 10 Mbps. A rede local ethernet com velocidade de 10 Mbps utiliza cdigo de linha manchester, que necessita de uma banda passante mais ou menos igual a 75% da sua velocidade de transmisso. Portanto, para uma rede com velocidade de 10Mbps a banda passante do sinal ser 7,5 Mhz20 10 00 -10 -20 -30 -40 -50 -60 00 20 40 60 80 100 110 f (Mhz) Nvel do sinal (db)

3.2 - Banda passante do meio de transmisso Os meios de transmisso metlicos apresentam respostas em freqncia correspondentes a filtros passa baixa, em funo dos efeitos capacitivos, indutivos e resistivos dos seus condutores. A fibra ptica possui sua resposta em freqncia determinada pela atenuao e pela disperso do sinal luminoso, apresentando intervalos de freqncia com baixas atenuaes no sinal na regio entre 600 e 1600 nm.


Independente de ser metlico ou uma fibra ptica, a banda passante de um meio de transmisso definida pelos materiais que o compem, pela forma geomtrica como estes esto dispostos e pelo seu comprimento. No cabeamento estruturado cada categoria corresponde a uma banda passante especfica, sendo que todos os tipos de meios utilizados numa categoria, no mnimo, atendem ao requisito de banda passante estipulado. 3.3 - Cdigos de linha Os sinais utilizados nas redes de telecomunicaes podem ser analgicos (voz, vdeo) ou digitais (dados, voz, vdeo). Estes sinais podem ser transmitidos em banda base, sem nenhuma moduo e conseqentemente compostos pelas suas freqncias originais, ou atravs de sistemas de modulao, onde a faixa de freqncia que o sinal ocupar depender da portadora e do tipo de modulao utilizado. Os sinais digitais, nas redes locais, so transmitidos em banda base, isto , no so modulados, ocupando sua faixa de freqncia natural. Alm disso, um sinal digital para ser transmitido deve apresentar as seguintes caractersticas: Ausncia de componente contnua no sinal ao longo do caminho de transmisso. Reduzida necessidade de banda passante. Transmisso adequada de informao do relgio. Facilidade de deteco de erros no cdigo transmitido.

Para garantir as caractersticas acima necessrio codificar o sinal digital binrio a ser transmitido, a este cdigo damos o nome de cdigo de linha. Na seqncia apresentamos alguns dos cdigos de linha utilizados nos sistemas de telecomunicaes. a) Cdigo Polar NRZ (No Retorno a Zero) Este cdigo um dos mais simples, permite eliminar acentuadamente a componente DC do sinal transmitido.0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 + V -V

b) Codificao Manchester ou Bifase (utilizado nas redes IEEE 802.3 de 10 Mbps) Esta codificao muito aceita, pois proporcionar uma forte informao de sincronismo (uma transio para cada bit, seja zero ou um). O processo de codificao o seguinte: o sinal de sincronismo transmitido em duas fases: 0 grau (para o bit 0) e 180 graus (para o bit 1). O sinal de sincronismo com a fase apropriada colocado no incio de cada bit, desta forma tem-se uma transio positiva no meio do bit 1 e uma transio negativa no meio do bit 0.

Banda Passante x Velocidade de Transmisso CABEAMENTO ESTRUTURADO

7

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

O cdigo bifase utilizado em enlaces curtos onde o custo do codificador mais significante que o uso da banda do meio. As redes locais Ethernet de 10Mbps usam este cdigo. c) MLT-3 - Multi Level Transition 3 Este cdigo apresenta trs nveis, tem como principal objetivo diminuir a banda passante necessria para transmitir sinais digitais com altas taxas de transmisso. Seu princpio parte da alterao do nvel do sinal a cada ocorrencia de um bit alto (1). Nos bits baixos no transio de nvel.1+V 0

1

1

1

0

1

0

0

1

1

Este cdigo utilizado pela rede IEEE 802.3 de 100 Mbps. Para evitar a perda de sincronismo devido a uma seqncia de zeros, antes de iniciar a codificao MLT-3, o sinal embaralhado atravs do mapeamento de 4 bits em 5 (4B5B). Apesar do embaralhamento aumentar a taxa de transmisso (num sinal de 100 Mbps a taxa passa para 125 Mbps) a possibilidade do uso do cdigo de linha MLT-3 compensa esse aumento. f) Cdigo PAM5. (Pulse Amplitude Modulation Level 5) Neste cdigo os bits so pareados e cada par representado por um nvel de tenso diferente.

-V


CLOCK binrio 2 nveis digital 4 nveis 11 10 01 00 1 11 1 00 0 10 0 1 0

O padro ethernet gigabit (IEEE 1.000BaseT) utiliza o cdigo de linha PAM5. Os dois ltimos cdigos so exemplos da aplicao de cdigos multinveis. Esses cdigos so utilizados quando a banda de freqncia necessita ser fortemente reduzida para transmitir altas taxas de transmisso. O nmero de nveis do sinal digital pode ser aumentado enquanto que se mantm a mesma taxa de sinalizao. A taxa de transmisso R em um sistema multinvel dada por:

1 R = log 2 L T onde L o nmero de nveis, e T o perodo de sinalizao (durao do smbolo). A taxa de sinalizao geralmente chamada de taxa de smbolos e medida em bauds. A taxa de transmisso por sua vez medida em bps. Num sistema com dois nveis digitais a cada perodo do relgio enviado um nico bit (uma nica informao). No cdigo PAM 5, para cada perodo do relgio enviado dois bits (duas informaes). Portanto a taxa de transmisso num sistema PAM 5 corresponde ao dobro da taxa de um sistema com dois nveis digitais. 3.4 - Codificaes utilizadas nos padres da famlia IEEE 803.2 Atualmente as redes de computadores locais (LANs) so as referencias para definio da taxa de transmisso mxima que um cabeamento estruturado deve suportar. Mais de 90% dessas redes segue algum dos padres IEEE 803.2, muitas vezes chamados de ETHERNET devido a aspectos histricos. A tabela abaixo apresenta um apanhado dos padres desses redes e dos cdigos de linhas utilizadas pela mesma. Perceba que o uso de mapeamentos tipo 4B5B so comuns e objetivam a eliminao de sequencias grandes de zeros.

Banda Passante x Velocidade de Transmisso


9

Codificao Padro IEEE 802.3a-t Ethernet Interface 10BASE-2 10BASE-5 10BASE36 10BASE-T 10BASE-FP 10BASE-FL 10BASE-FB IEEE 802.3u Fast Ethernet 100 BASE T4 100 BASE T2 100 BASE TX 100 BASE TX 100 BASE FX 100 BASE FX Tipo de meio Cabo coaxial thin50 Cabo coaxial thick 50 Cabo coaxial 75 (CATV) Dois pares UTP categoria 3 ou superior Duas fibras pticas multimodo 62,5 m Duas fibras pticas multimodo 62,5 m Duas fibras pticas multimodo 62,5 m Quatro pares UTP categoria 3 ou superior Dois pares UTP categoria 3 ou superior Dois pares UTP categoria 5 ou superior Dois pares STP Duas fibras pticas multimodo 62,5 m Duas fibras pticas mono modo 50 m FDX H H H H/F H F H H H/F H/F F F F Mapeamento Dados 4B/5B 4B/5B 4B/5B 4B/5B 4B/5B 4B/5B 4B/5B 8B/6T PAM5x5 4B/5B 4B/5B 4B/5B 4B/5B dos Cdigo de linha Manchester Manchester Manchester Manchester Manchester Manchester Manchester MLT3 PAM5 MLT3 MLT3 NRZI NRZI Distncia < 185 m < 500 m < 3600 m Corrente corrigida do circuito


Isto , a corrente do disjuntor deve ser menor do que a corrente nominal do condutor e maior que a corrente mxima corrigida do circuito. Atendendo estas duas condies basta escolher um valor comercial de corrente do disjuntor. Os valores mais comuns so: 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 A 12.5 - Definio das bitolas das vias de passagem A definio da bitola das vias de passagem depende da quantidade de condutores que passam pela via. A mxima ocupao corresponde a 40% da rea da seo da via. A tabela abaixo fornece o nmero mximo de condutores em diferentes bitolas de eletrodutos.Dimensionamento de Eletrodutos Seo Nominal (mm2) 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 Nmero de condutores no eletroduto 5 6 7 Tamanho nominal do eletroduto (mm) 16 16 16 20 20 20 20 20 25 25 25 25 25 32 32 32 32 40 40 40 40 40 50 50 40 50 60 50 60 60 60 75 75

2 16 16 16 16 20 20 25 25 32 40 40

3 16 16 16 20 20 25 32 32 40 40 50

4 16 16 20 20 25 25 32 40 40 50 60

8 20 20 25 25 32 40 50 50 60 75 75

9 20 25 25 32 40 40 50 50 60 75 85

10 20 25 25 32 40 40 50 60 75 75 85

ETHERNET


83 13 - ETHERNET 13.1 - INTRODUO Ethernet uma tecnologia de rede de comunicao projetada inicialmente para redes locais de computadores (LAN). A Ethernet transmite informao entre computadores a velocidades de 10 milhes a 1 bilho de bits por segundo (Mbps). Em Ethernet um nmero quase ilimitado de dispositivos pode ser conectado ao mesmo cabo. Os dados so transmitidos a todos os dispositivos simultaneamente, visto que todos esto conectados a um nico meio de transmisso. Este arranjo de conexo, ou topologia, denominado barramento. Atualmente utiliza-se o conceito de Switched Ethernet, no qual cada estao tem um cabo exclusivo conectado a um hub (repetidor/concentrador), no entanto os dados continuam atingindo todos os elementos interligados simultaneamente. Neste caso distingue-se a forma de conexo dos dispositivos, dita topologia fsica, da forma de transmisso dos dados, dita topologia lgica, ou seja: enquanto a topologia lgica mantm-se na forma de barramento, a topologia fsica passa a ser do tipo estrela. Ethernet usa um protocolo chamado CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect), ou seja, Monitoramento de Portadora, Acesso Mltiplo, Deteco de Coliso. "Acesso Mltiplo" significa que todas estaes so conectadas a um nico meio de transmisso de cobre (cabo coaxial, fibra ptica, conjunto de fios). O "Monitoramento de Portadora" significa que antes de transmitir dados, uma estao confere o meio para ver se qualquer outra estao j est enviando algo. Se a LAN parecer estar inativa, ento a estao pode comear a enviar dados. Deteco de Coliso significa que se duas estaes iniciarem uma transmisso simultaneamente, ocorrer uma coliso que ser detectada por ambas estaes. Estas, ento, recuam, aguardam um intervalo de tempo randomicamente determinado e tentam retransmitir. Os meios de transmisso para 10 Mbps Ethernet e 100 Mbps Ethernet (Fast Ethernet) incluem o sistema de coaxial grosso original, coaxial fino, par tranado, e sistemas de fibra ptica. O mais recente padro Ethernet define o 1 Gbps, novo sistema Ethernet que opera em par tranado e fibra ptica. O prximo padro, que definir o 10 Gbps, provavelmente ir operar somente com fibra ptica. 13.2 - VISO GERAL Ethernet, uma das principais tecnologias que tornaram possveis as Rede Locais, foi introduzida atravs da Corporao Xerox em 1975. Esta verso foi depois refinada por um desenvolvimento em comum entre Digital Equipament Corp., Intel e Xerox, e lanada em 1982 como Verso 2.0. A tecnologia Ethernet foi ento adotada como padro de LAN pelo respectivo comit do Institute of Electrical and Electronics Engineers sob a designao IEEE 802. O padro do IEEE foi publicado primeiro em 1985 com o ttulo formal de "IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)Access Method


and Physical Layer Specifications". O padro IEEE foi adotado desde ento pela Organizao Internacional para Padronizao (ISO) o que faz deste um padro de gesto de redes mundial. Diferenas entre Ethernet e IEEE 802.3 so sutis. Ethernet prov servios que correspondem a Camadas 1 e 2 do modelo de referncia OSI, enquanto IEEE 802.3 especifica a camada fsica (Camada 1) e a poro de acesso ao canal da camada de enlace (Camada 2), mas no define um protocolo de controle de enlace lgico. Tanto o protocolo Ethernet quanto o IEEE 802.3 so implementados em hardware, tipicamente atravs de um carto de interface instalado em um computador. O termo Ethernet no formalmente empregado pelo padro IEEE 802.3, contudo largamente utilizado no meio tcnico para denotar uma rede CSMA/CD que atende ao padro 802.3. Quando comparado ao modelo de Interconexo de Sistemas Abertos (OSI Open Systems Interconection), o Ethernet prov a maioria das funes das duas camadas mais baixas, especificamente, a Camada Fsica, a interface para a Camada de Enlace de Dados, a Camada de Enlace de Dados, e a interface entre a Camada de Enlace de Dados e a Camada de Rede. Houve muito debate sobre o desempenho da Ethernet. O desempenho de qualquer rede CSMA/CD depender de vrias consideraes, inclusive do mtodo de determinao dos tempos de silncio depois de uma coliso, o comprimento do cabeamento, o tamanho dos pacotes, e a quantidade de trfego. O padro Ethernet define como os perodos de silncio so determinados, e dificilmente o responsvel pela rede pode influenciar esta caracterstica. O padro 802.3 atualizado para incluir novas tecnologias periodicamente. Desde 1985 o padro cresceu para incluir sistemas de novos meios para 10 Mbps Ethernet (por exemplo par tranado) ou IEEE 802.3a, Fast Ethernet (100Mbps) ou IEEE 802.3u, como tambm o mais recente conjunto de especificaes para 1000 Mbps, o Gigabit Ethernet ou IEEE 802.3z/802.3ab. Ainda em discusso encontram-se as especificao para o 10 Gigabit Ethernet (802.3ae). 13.3 - ESTRUTURA O Padro Ethernet conhecido como DIX (de Digital, Intel e Xerox) Verso 2 e o IEEE 802.3 como LAN/MAN Information Processing Systems -Local Area NetworksPart 3 :Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications. (ISBN 1-55937-055-X). O sistema Ethernet consiste em trs elementos bsicos: 1. o meio fsico utilizado para transportar os sinais Ethernet entre os computadores; 2. um conjunto de regras de controle de acesso ao meio embutidas em cada interface Ethernet que permite a mltiplos computadores arbitrarem o acesso ao canal Ethernet compartilhado; 3. um quadro Ethernet que consiste em um conjunto padronizado de bits utilizado para transportar os dados atravs do sistema. 13.4 - DESCRIO Cada computador equipado com uma interface Ethernet, tambm conhecido como uma estao ou terminal, opera independentemente de todas as outras estaes na rede: no h qualquer controlador central. Todas as estaes so conectadas a um mesmo canal

ETHERNET


85 de comunicao, meio onde trafegam os sinais (muitas vezes chamado de barramento). Os sinais so transmitidos serialmente, um bit a cada vez, sobre o canal compartilhado para todas as estaes conectadas. Ao enviar dados, uma estao primeiro escuta o canal, e quando este estiver inativo a estao transmite seus dados na forma de um quadro Ethernet, ou pacote. Depois de cada transmisso de quadro, todas as estaes na rede tm que disputar igualmente a prxima oportunidade de transmisso de quadro. Isto assegura acesso ao canal de rede a todas estaes, de modo que nenhuma estao possa impedir permanentemente o acesso das demais. O acesso ao canal compartilhado determinado pelo controle de acesso ao meio (MAC) mecanismo embutido na interface Ethernet localizada em cada estao. O mecanismo de controle de acesso ao meio est baseado em um sistema chamado CSMA/CD. No princpio Ethernet operava a 10 Mb/s, e seus pacotes estavam entre 64 e 1500 bytes em comprimento. O endereo de 6 bytes foi dividido em um identificador do vendedor (vendor ID) de 3 bytes e um campo definido pelo vendedor tambm de 3 bytes. Cada fabricante Ethernet recebe um vendor ID exclusivo, e ento responsvel para assegurar que todos seus dispositivos tenham endereos distintos nos ltimos 3 bytes. Um endereo com todos os bits em nvel alto (1) interpretado como difuso (broadcast), e todas as estaes conectadas ao meio processaro aquele pacote. Um grupo de endereos reservado para multicast, e cartes Ethernet mais novos permitem a um programa selecionar um subconjunto de endereos de multicast para direcionar a recepo de suas mensagens. 13.4.1 - TIPOS DE MEIO Uma parte importante do projeto e instalao de uma rede Ethernet est na seleo do meio apropriado ao ambiente. H quatro tipos principais de meio, dois deles em uso hoje: Thickwire (cabo coaxial grosso) para redes 10BASE5, cabo coaxial fino (Thin Coax) para redes 10BASE2, cabo de par tranado no blindado UTP (Unshielded Twisted Pair) para redes 10BASE-T, 100BASE-T e 1000BASE-T, e fibra ptica para redes 10Base-FL e de Ligao Entre Repetidores FOIRL (Fiber-Optic Inter-repeater Link). Thickwire foi um dos primeiros sistemas de utilizados em Ethernet mas era difcil de trabalhar e caro. Evoluiu para cabo coaxial fino, mas atualmente ambos encontram-se em desuso. Hoje, os esquemas de instalao mais populares so 10BASE-T e 100BASE-TX ambos utilizando cabo UTP, semelhante aos cabos telefnicos e com diferentes graus de desempenho. O cabo de nvel 6, denominado categoria 6, o melhor, mais caro, porm suporta transmisso a taxas de at 1 Gbps. O cabo nvel 5e, ou categoria 5e, tambm suporta transmisso a taxas de at 1 Gbps. Cabos das categorias 5 (para at 100 Mbps), 4 (para at 20 Mbps) e 3 (at 16 M bps) so atualmente considerados obsoletos, apesar da grande maioria dos equipamentos em uso ainda operarem a 100 Mbps, e alguns ainda a 10 Mbps. Cabo de fibra ptica mais caro, mas imprescindvel em situaes onde radiaes eletromagnticas e perigos ambientais so uma preocupao. Cabo de fibra ptica freqentemente usado em aplicaes entre edifcios para proteger o equipamento da rede contra danos eltricos causados atravs de descargas atmosfricas, visto que no conduz eletricidade. Tambm pode ser til em reas onde grandes quantidades de interferncia


eletromagntica esto presentes, como em um cho de fbrica. O padro Ethernet permite longos segmentos de cabo de fibra ptica, sendo perfeito para conectar ns e edifcios que, caso contrrio, no seriam alcanados com meio de cobre. Os tipos de meio so apresentados atravs de seus identificadores IEEE. Os identificadores IEEE incluem trs campos de informao. O primeiro, "10", representa a taxa de 10 Mbps. A palavra "BASE" significa "baseband", ou seja, o sinal transmitido em banda base, sem modulao. A terceira parte do identificador prov uma indicao de tipo de segmento ou comprimento. Para cabo coaxial grosso o "5" indica 500 metros de comprimento mximo permitido para segmentos individuais de cabo coaxial (2 indica 185m). T corresponde a par tranado, existem ainda T4 para rede de 100 Mbps a quatro pares e Tx para redes 100 Mbps a dois pares ou redes de 1 Gbps. Por fim "F" representa "fibra ptica", Tx. Esta larga variedade de meios reflete a evoluo sofrida pela Ethernet e tambm aponta a flexibilidade da tecnologia.

13.4.2 - 10Base-T, 100Base-T e 1000Base-T Ethernet)10Base-T (Par Tranado)

(Ethernet, Fast Ethernet e Gigabit

O propsito do padro 10BASE-T prover um meio simples, barato e flexvel de conectar dispositivos ao cabo de par tranado. 10BASE-T uma rede multisegmento de 10 Mbps em banda base operando em um nico domnio de coliso. nico domnio de coliso pode ser descrito como uma nica rede de CSMA/CD, ou seja, um nico barramento. Se duas ou mais subcamadas de Controles de Acesso ao Meio (MAC) esto dentro do mesmo domnio de coliso e ambas transmitem ao mesmo tempo, uma coliso acontecer. Subcamadas MAC separadas por repetidores (hubs) esto dentro do mesmo domnio de coliso. MACs separas atravs de pontes (bridges) ou switches esto dentro de domnios de coliso diferentes. O meio para 10BASE-T o par tranado. Redes 10BASE-T so instaladas utilizando a mesma prtica e os mesmos cabos no blindados tpicos de telefonia. A infra-estrutura, que inclui tipos diferentes de cabeamento, conectores de cabo, e coneces cruzadas, deve ser considerada. Tipicamente, um DTE (Data Terminal Equipment) conecta-se a uma tomada de parede atravs de um pequeno cabo de par tranado (patch chord). O padro 10BASE-T, conforme definido pelo IEEE contm especificaes funcionais, eltricas, e mecnicas detalhadas. A configurao mxima para 10BASE-T segue: (a) deve operar sobre um meio de par tranado de comprimento igual a 0 m a pelo menos 100 m (328 ps) de 0,5 mm2 [24 AWG], sem o uso de um repetidor (hub); (b) utiliza interconexo ponto-a-ponto entre unidades de conexo ao meio (MAU medium attachment unit) a dois pares simplex e, quando usado com repetidores que tm mltiplas portas, suporta conexo em topologia estrela; (c) A perda de um segmento de ligao simplex no deve exceder 11.5 dB. Isto consiste na atenuao dos pares tranados, perdas nos conectores, e perdas de reflexo devido a descasamento de impedncia entre os vrios componentes do segmento simplex;

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87 (d) Permite a incorporao fsica do MAU dentro de um DTE ou repetidor. Por exemplo um adaptador NIC (Network Interface Card) com uma porta 10BASE-T e conector RJ-45 tem a lgica de MAU/transceiver integrada em seu circuito; (e) O mximo atraso de propagao de um segmento de enlace no deve exceder 1000ns, o atraso de propagao mximo do par tranado 5,7 ns/metro.100Base-T

Um padro de redes que transfere dados a taxas de at 100 Mbps (100 megabits por segundo). 100BASE-T est baseado no padro Ethernet 10Base-T, mais velho. Como 10 vezes mais rpido, freqentemente chamado Fast Ethernet, contudo Fast Ethernet engloba tambm outros tipos de meios fsicos. Oficialmente, o padro 100BASE-T denominado IEEE 802.3u. Assim como o Ethernet, o 100BASE-T est baseado na LAN com mtodo de acesso CSMA/CD. H vrios esquemas de cabeamento diferentes que podem ser usados com 100BASE-T, incluindo: 100BASE-TX: dois pares de fios de par tranado. 100BASE-T4: quatro pares de fios de par tranado. 100Base-FX: cabos de fibras pticas.1000Base-T

Um padro de redes relativamente novo que transfere dados a taxas de at 1000 Mbps (1 gigabit por segundo). 1000BASE-T difere dos padres Ethernet 10Base-T e Fast Ethernet 100Base-T, por utilizar quatro pares de fios. Devido a sua taxa de transmisso, freqentemente chamado Gigabit Ethernet, e tambm utiliza o mtodo de acesso ao meio CSMA/CD. O Gigabit Ethernet engloba tambm tipos de meios fsicos pticos. Oficialmente, o padro 1000BASE-T denominado IEEE 802.3z/802.3ab. 13.4.3 - CONSIDERAES SOBRE SEGMENTAO Apesar de haver limitaes para o comprimento dos diversos tipos de meios de comunicao, possvel estender o alcance de uma rede alm de tais restries. Isto pode ser feito introduzindo-se repetidores (hubs) que recompem o sinal deteriorado ao longo do meio. Contudo, ao mesmo tempo em que se recupera a potncia e a forma do sinal, introduz-se atrasos adicionais ao mesmo, devido tanto ao tempo de processamento do sinal dentro do repetidor quanto ao tempo extra de propagao no meio, j que o comprimento total dos cabos de interconexo aumentado. Assim, surge uma nova preocupao, desta vez com o atraso total mximo permitido dentro de um domnio de coliso utilizando conexo em modo half duplex. Isto porque, trabalhando com o protocolo CSMA/CD, deve-se garantir que uma mensagem tenha tempo de atingir todas as estaes dentro de seu domnio, de modo que qualquer coliso possa ser detectada pelas estaes transmissoras. Em outras palavras, o tempo de propagao da mensagem atravs de todo um domnio de coliso dever ser sempre menor que o tempo necessrio para transmitir a mensagem.


A norma IEEE 802.3 prev formas de cmputo do atraso total existente em um caminho entre duas estaes quaisquer de uma rede e estabelece limites mximos. A tabela 1 apresenta os valores mximos de atraso em termos de mltiplos do tempo de durao de um bit para cada um dos padres Ethernet, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet.Tab. 1 Atrasos (round-trip delay) mximos permitidos por norma para cada padro de rede ethernet. Valores dados em tempo de durao de um bit (bit time). Padro 13.4.3.1Round-trip delay Ethernet 575 bit times Fast Ethernet 512 bit times Gigabit Ethernet 4096 bit times

A norma prev dois modelos de aferio da conformidade da rede quanto ao atraso total dentro de um domnio de coliso: Modelo 1 e Modelo 2. O objetivo final de ambos modelos prover uma forma de garantir que a configurao da rede escolhida atinja os requisitos de temporizao que permitam que o protocolo de acesso ao meio (MAC), baseado em CSMA/CD, funcione adequadamente. 13.4.4 - Modelo 1 Este modelo simplificado, correspondendo a um conjunto de regras fixas, representadas nas tabelas abaixo. A tabela 2 apresenta uma regra simplificada para o modelo 1 Ethernet. A figura 1 ilustra uma configurao mxima para este modelo.Tab. 2 Modelo 1 para Ethernet (simplificao). Regra 5 4 3 possvel haver at 5 segmentos na rede, utilizando-se at 4 repetidores, sendo que no mximo 3 segmentos podem ser misturados, ou seja, no mximo trs segmentos podem conectar diversos DTEs e sendo que os demais segmentos devem se tratar de conexes ponto-a-ponto entre duas MAUs. Cada segmento deve obedecer os limites de alcance impostos pela tecnologia empregada (10Base-T = 100m, 10Base5 = 500m, 10Base2 = 185m, 10Base-FL = 2000m, etc.)

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89 Possvel configurao mxima para o modelo 1 Ethernet.


Fast Ethernet A tabela 3 apresenta a regra para o modelo 1 Fast Ethernet. A figura 2 ilustra uma configurao mxima para este modelo.

Possvel configurao mxima para o modelo 1 Fast Ethernet.

Tab. 3 Alcance mximo de um domnio de coliso Fast Ethernet com valores em metros conforme o tipo de meio de transmisso do(s) segmento(s). Metlico e Fibra Metlico e Fibra Apenas Apenas Tipo de Repetidor Misturados (p. ex.: T4 e Misturados (p. ex.: TX Metlico Fibra FX) e FX) Um Segmento DTE100 412 N/A N/A DTE Um Repetidor Classe I 200 272 231 260.8 Um Repetidor Classe 200 320 N/A 308.8 II Dois Repetidores 205 228 N/A 216.2 Classe II

Cabe aqui lembrar que os repetidores so classificados conforme seus tempos de retardo, a saber: classe 1 com retardo de 1,4ms (equivalente a 140 bits), e classe 2 com retardo de 0,92ms (equivalente a 92 bits). A segmentao em Fast Ethernet limitada ao uso de dois repetidores, contudo, com o crescente uso de equipamentos Fast Ethernet do tipo switching hub, que implementam ligaes full duplex, as quais no sofrem restries quanto aos tempos de atraso focados pelos modelos 1 e 2, tal limitao tem perdido importncia prtica. Gigabit Ethernet A tabela 4 apresenta a regra para o modelo 1 Gigabit Ethernet.Tab. 4 Alcance mximo de um domnio de coliso Gigabit Ethernet com valores em metros conforme o tipo de meio de transmisso do(s) segmento(s). Tipo de Repetidor UTP 1000BASE- Fibra ptica Categoria 1000BASE-CX

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91Categoria 5 Um Segmento DTEDTE Um Repetidor 100 200 CX 25 50 1000BASESX/LX 316 220 5 e Fibra ptica N/A 210 e 1000BASESX/LX N/A 220

A segmentao em Gigabit Ethernet limitada ao uso de um repetidor, contudo, como os equipamentos Gigabit Ethernet atualmente encontrados no mercado so do tipo switching hub, que implementam ligaes full duplex, as quais no sofrem restries quanto aos tempos de atraso focados pelos modelos 1 e 2, tal limitao tem perdido importncia prtica. 13.4.5 - Modelo 2 Este modelo corresponde a um conjunto de regras para cmputo do atraso total de um dado caminho especfico entre dois DTEs dentro de um domnio de coliso. O caminho em particular a ser utilizado para este clculo deve ser identificado como sendo crtico ou de pior caso, ou seja, aquele que apresenta a maior distncia e maior nmero de repetidores entre os DTEs. Em outras palavras, deve ser aquele que apresenta o maior atraso de propagao de uma mensagem entre os terminais. Ethernet Devido complexidade de clculo e ao seu elevado grau de obsolescncia, no ser apresentado o modelo 2 do padro de 10Mbps. Fast Ethernet Inicialmente determina-se o caminho crtico de pior caso, ento calcula-se o atraso total de propagao (round-trip delay) de todo o trajeto atravs da soma dos atrasos individuais de cada segmento e dos equipamentos (DTEs e repetidores). A tabela 5 apresenta os atrasos padronizados para os tipos de meios previstos em norma em termos da caracterstica de tempos de um bit por metro de cabo, e para os equipamentos em termos do atraso mximo dado em tempos de um bit. Para calcular o tempo de atraso de um segmento de cabo basta multiplicar seu comprimento pelo valor caracterstico tabelado. Para os equipamentos utiliza-se diretamente o valor dado na tabela. O valor final ser, ento, o somatrio de todos os valores individuais obtidos. A norma sugere que se adicione, ainda, de 0 a 4 tempos de bit como margem de erro. Consultando-se a tabela 1, caso o valor total obtido seja menor ou igual a 512 tempos de bit a rede estar adequadamente configurada.Tab. 5 Atrasos dos componentes 100BASE-TComponente Dois DTEs TX/FX Dois DTEs T4 Um DTE T4 e um TX/FX Round-Trip Delay em Mximo Round-Trip Delay Tempos de Um Bit por Metro em Tempos de Um Bit N/A 100 N/A 138 N/A 127

CABEAMENTO ESTRUTURADO Cabo Categoria 3 Cabo Categoria 4 Cabo Categoria 5 Cabo STP Cabo Fibra ptica Repetidor Classe I Repetidor Classe II com todas as portas TX/FX Repetidor Classe II com qualquer porta T4 1.14 1.14 1.112 1.112 1.0 N/A N/A N/A 114 (100 meters) 114 (100 meters) 111.2 (100 meters) 111.2 (100 meters) 412 (412 meters) 140 92 67

Exemplo: Tomando-se o exemplo da figura 2 e os valores da tabela 5 acima, obtm-se a planilha dada na tabela 6.Tab. 6 Atrasos (Round-Trip Delay) no caminho crtico (A-B-C) da rede representada na figura 2 utilizando-se os valores padronizados pela norma. Segmento ou equipamento Atraso Dois DTEs TX 100 Segmento Cat. 5 de 100 metros 111.2 Segmento Cat. 5 de 100 metros 111.2 Segmento Cat. 5 de 5 metros 5.56 Atraso do repetidor Class II com todas as 92 portas TX ou FX Atraso do repetidor Class II com todas as 92 portas TX ou FX Atraso Total = 511.96

Repara-se que neste caso no foi adicionada qualquer margem de erro. Isto se deve ao fato de terem sido utilizados os valores padronizados pela norma, que j consideram o pior caso, sendo desnecessrio adicionar quaisquer fatores. Portanto a rede da figura 2 est corretamente configurada. Gigabit Ethernet Inicialmente determina-se o caminho crtico de pior caso, ento calcula-se o atraso total de propagao (round-trip delay) de todo o trajeto atravs da soma dos atrasos individuais de cada segmento e dos equipamentos (DTEs e repetidor). A tabela 7 apresenta os atrasos padronizados para os tipos de meios previstos em norma em termos da caracterstica de tempos de um bit por metro de cabo, e para os equipamentos em termos do atraso mximo dado em tempos de um bit. Os procedimentos para clculo so idnticos, exceto pelo fato da margem de erro indicada variar de 0 a 40 tempos de bit (a norma sugere 32 tempos de bit). Tambm, como o padro Gigabit Ethernet limita o uso de um nico repetidor, o clculo torna-se bastante simples. Alm disso, os equipamentos Gigabit Ethernet do tipo switching hub (full duplex), dispensam tais clculos. Consultando-se a tabela 1, caso o valor total obtido seja menor ou igual a 4096 tempos de bit a rede estar adequadamente configurada.

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93Tab. 7 Atrasos dos componentes 1000BASE-T Round-Trip Delay em Mximo Round-Trip Componente Tempos de Um Bit por Delay em Tempos de Um Metro Bit Dois DTEs N/A 864 Segmento com Cabo UTP Categoria 11.12 1112 (100 m) 5 Cabo Shielded Jumper (CX) 10.10 253 (25 m) Segmento com Cabo Fibra ptica 10.10 1111 (110 m) Repetidor N/A 976

13.5 - CONCLUSES Durante anos, Ethernet foi a tecnologia de gesto de redes de escolha para a maioria das organizaes e em uso a tecnologia de LAN de camada fsica mais popular hoje, possuindo centenas de milhes de usurios espalhados pelo mundo. Outros tipos de LAN incluem Token Ring, Fiber Distributed Data Interface (FDDI), Asynchronous Transfer Mode (ATM), e LocalTalk. O Ethernet popular porque apresenta bom equilbrio entre velocidade, custo e facilidade de instalao. Estes pontos fortes, combinados com larga aceitao no mercado de computadores e a habilidade para apoiar virtualmente todos protocolos de rede populares, fazem dos padres Ethernet, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet tecnologias de redes ideais para a maioria os usurios de computador. O cabo UTP (100Base-T) barato, fcil de instalar e relativamente fcil de administrar. Mas da mesma maneira que a popularidade Ethernet aumentou, aumentaram as exigncias das redes. Novas estaes de trabalho mais poderosas, PCs com maior poder de processamento e aplicaes de dados intensivas esto excedendo a capacidade da tecnologia 100Base-T, e no futuro da tecnologia 1000Base-T, ambas baseadas em cabeamento metlico. Novos padres j em estudo, que buscam atingir velocidades de at 10Gbps, prevem apenas a utilizao de meios pticos. Quando da necessidade de segmentao de uma rede, deve-se utilizar um dos modelos, 1 ou 2, para validar a configurao escolhida para a rede.


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Cabeamento Estruturado IFSC