Topologias de redes

TOPOLOGIAS DE REDE

Trabalho realizado por:

- CABOS -

João Oliveira

Cabos

• Dos meios físicos de transporte de informação (dados), temos os:

• Cabos do tipo:

- Coaxiais• Eléctricos

- Pares entrelaçados

• Óptico - Fibra Óptica

• O cabo coaxial é constituído por um fio de cobre condutor de sinais eléctricos revestido por um material isolante e por duas camadas protectoras. Este meio permite transmissões até os 10Mbps, e era ideal para transmissão de dados a longas distancias.

LegendaA: revestimento de plásticoB: tela de cobreC: isolador dieléctrico internoD: núcleo de cobre

Cabos - Coaxial

• Os cabos coaxiais são divididos em duas famílias:

• Banda base é frequentemente utilizada para a transmissão digital de dados, um único canal utiliza a largura de banda total disponível.

• Banda larga é o nome usado para definir qualquer conexão acima da velocidade padrão dos modems analógicos (56 Kbps). Usando linhas analógicas convencionais, a velocidade máxima de conexão é de 56 Kbps.

Cabos - Coaxial

• Dois tipos de cabo coaxial• – Cabo coaxial grosso (praticamente já não utilizado)• – Cabo coaxial fino (conectores BNC)

Cabos - Coaxial

Cabo coaxial finoCabo coaxial grosso

• Cabo Coaxial Fino (10Base2) • Esse é o tipo de cabo coaxial mais utilizado. É chamado "fino" porque sua bitola é

menor que o cabo coaxial grosso, que veremos a seguir. É também chamado "Thin Ethernet" ou 10Base2. Nesta nomenclatura, "10" significa taxa de transferência de 10 Mbps e "2" a extensão máxima de cada segmento da rede, neste caso 200 m até ao de máximo 300 m.

Cabos - Coaxial

• Características do cabo coaxial fino:

• Utiliza a especificação RG-58 A/U Cada segmento da rede pode ter, no máximo, 185 metros Cada segmento pode ter, no máximo, 30 nós Distância mínima de 0,5 m entre cada nó da rede Utilizado com conector BNC

Cabos - Coaxial

• Cabo Coaxial Grosso (10Base5) • Esse tipo de cabo coaxial é pouco utilizado. É também chamado "Thick Ethernet" ou

10Base5. Analogamente ao 10Base2, 10Base5 significa 10 Mbps de taxa de transferência e que cada segmento da rede pode ter até 500 metros de comprimento. É conectado à placa de rede através de um transceiver.

Cabos - Coaxial

• Características do cabo coaxial grosso:

• Especificação RG-213 A/U Cada segmento de rede pode ter, no máximo, 500 metros Cada segmento de rede pode ter, no máximo, 100 nós Distância mínima de 2,5 m entre cada nós da rede Utilizado com transceiver

Cabos - Coaxial

• Como colocar fichas BNC no cabo coaxial:

Cabos - Coaxial

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Cabos - Coaxial

Vantagens Desvantagens

Segura ruídos Instalação difícil

Bom alcance Propenso a erros

Baixo custo Em desuso no mercado

• Se o cabo quebrar, ou o "T" de interligação estiver com mal contacto, a Rede à partir do ponto falho irá parar• Blindagem feita com a malha do cabo, que deverá estar aterrada em todos os terminais, ocasionando diferentes potenciais eléctricos. A blindagem acaba funcionando como uma antena captando ruído de rádio frequência.• Se esta blindagem for aterrada num ponto do edifício, e em outro ponto à 100m do 1º ponto, com certeza esta blindagem terá potenciais diferentes, ocasionando correntes eléctricas pela malha entre os micros.• É um cabo muito pesado e de difícil de Instalação.

• Existem cabos de cat 1 até cat 7. Como os cabos cat 5 são suficientes tanto para redes de 100 quanto de 1000 megabits, eles são os mais comuns e mais baratos, mas os cabos cat 6 e cat 6a estão e devem substituí-los ao longo dos próximos anos. Os cabos são vendidos originalmente em caixas de 300 metros, ou 1000 pés (que equivale a 304.8 metros):

Cabos – Pares Entrelaçados

• Os cabos de par trançados são compostos por 4 pares de fios de cobre que, como o nome sugere, são trançados entre si. Este sistema cria uma barreira electromagnética, protegendo as transmissões de interferências externas, sem a necessidade de usar uma camada de blindagem. Este sistema subtil de protecção contrasta com a "força bruta" usada nos cabos coaxiais, onde o condutor central é protegido de interferências externas por uma malha metálica.

• Para evitar que os sinais de um cabo interfiram com os dos vizinhos, cada par de cabos utiliza um padrão de entrançamento diferente, com um número diferente de tranças por metro, como você pode ver na foto a seguir:


• Para potencializar o efeito da blindagem electromagnética, as placas de rede utilizam o sistema "balanced pair" de transmissão, onde, dentro de cada par, os dois fios enviam o mesmo sinal (e não transmissões separadas, como geralmente se pensa), porém com a polaridade invertida. Para um bit "1", o primeiro fio envia um sinal eléctrico positivo, enquanto o outro envia um sinal eléctrico negativo:

• Ou seja, o segundo fio é usado para enviar uma cópia invertida da transmissão enviada através do primeiro, o que tira proveito das tranças do cabo para criar o campo electromagnético que protege os sinais contra interferências externas, mesmo nos cabos sem blindagem. Devido a esta técnica de transmissão, os cabos de par trançado são também chamados de "balanced twisted pair", ou "cabo de par trançado balanceado".


• Em todas as categorias, a distância máxima permitida é de 100 metros (com excepção das redes 10G com cabos categoria 6, onde a distância máxima cai para apenas 55 metros). O que muda é a frequência e, consequentemente, a taxa máxima de transferência de dados suportada pelo cabo, além do nível de imunidade a interferências externas. Passo a uma descrição das categorias de cabos de par trançado existentes:

• Categorias 1 e 2: Estas duas categorias de cabos não são mais reconhecidas pela TIA (Telecommunications Industry Association), que é a responsável pela definição dos padrões de cabos. Elas foram usadas no passado em instalações telefônicas e os cabos de categoria 2 chegaram a ser usados em redes Arcnet de 2.5 megabits e redes Token Ring de 4 megabits, mas não são adequados para uso em redes Ethernet.

• Categoria 3: Este foi o primeiro padrão de cabos de par trançado desenvolvido especialmente para uso em redes. O padrão é certificado para sinalização de até 16 MHz, o que permitiu seu uso no padrão 10BASE-T, que é o padrão de redes Ethernet de 10 megabits para cabos de par trançado. Existiu ainda um padrão de 100 megabits para cabos de categoria 3, o 100BASE-T4 (que vimos a pouco), mas ele é pouco usado e não é suportado por todas as placas de rede.


• Categoria 4: Esta categoria de cabos tem uma qualidade um pouco superior e é certificada para sinalização de até 20 MHz. Eles foram usados em redes Token Ring de 16 megabits e também podiam ser utilizados em redes Ethernet em substituição aos cabos de categoria 3, mas na prática isso é incomum. Assim como as categorias 1 e 2, a categoria 4 não é mais reconhecida pela TIA e os cabos não são mais fabricados, ao contrário dos cabos de categoria 3, que continuam sendo usados em instalações telefónicas.

• Categoria 5: Os cabos de categoria 5 são o requisito mínimo para redes 100BASE-TX e 1000BASE-T, que são, respectivamente, os padrões de rede de 100 e 1000 megabits usados actualmente. Os cabos cat 5 seguem padrões de fabricação muito mais estritos e suportam frequências de até 100 MHz, o que representa um grande salto em relação aos cabos cat 3.

• Apesar disso, é muito raro encontrar cabos cat 5 à venda actualmente, pois eles foram substituídos pelos cabos categoria 5e (o "e" vem de "enhanced"), uma versão aperfeiçoada do padrão, com normas mais estritas, desenvolvidas de forma a reduzir a interferência entre os cabos e a perda de sinal, o que ajuda em cabos mais longos, perto dos 100 metros permitidos.


• Os cabos cat 5e devem suportar os mesmos 100 MHz dos cabos cat 5, mas este valor é uma especificação mínima e não um número exacto. Nada impede que fabricantes produzam cabos acima do padrão, certificando-os para frequências mais elevadas. Com isso, não é difícil encontrar no mercado cabos cat 5e certificados para 110 MHz, 125 MHz ou mesmo 155 MHz, embora na prática isso não faça muita diferença, já que os 100 MHz são suficientes para as redes 100BASE-TX e 1000BASE-T.

• É fácil descobrir qual é a categoria dos cabos, pois a informação vem decalcada no próprio cabo, como na foto:

• Os cabos 5e são os mais comuns atualmente, mas eles estão em processo de substituição pelos cabos categoria 6 e categoria 6a, que podem ser usados em redes de 10 gigabits.


Cabo cat 5E, certificado para o padrão EIA-568-B

• Categoria 6: Esta categoria de cabos foi originalmente desenvolvida para ser usada no padrão Gigabit Ethernet, mas com o desenvolvimento do padrão para cabos categoria 5 sua adopção acabou sendo retardada, já que, embora os cabos categoria 6 ofereçam uma qualidade superior, o alcance continua sendo de apenas 100 metros, de forma que, embora a melhor qualidade dos cabos cat 6 seja sempre desejável, acaba não existindo muito ganho na prática.

• Os cabos categoria 6 utilizam especificações ainda mais estritas que os de categoria 5e e suportam freqüências de até 250 MHz. Além de serem usados em substituição dos cabos cat 5 e 5e, eles podem ser usados em redes 10G, mas nesse caso o alcance é de apenas 55 metros.

• Para permitir o uso de cabos de até 100 metros em redes 10G foi criada uma nova categoria de cabos, a categoria 6a ("a" de "augmented", ou ampliado). Eles suportam freqüências de até 500 MHz e utilizam um conjunto de medidas para reduzir a perda de sinal e tornar o cabo mais resistente a interferências.



• Uma das medidas para reduzir o crosstalk (interferências entre os pares de cabos) no cat 6a foi distanciá-los usando um separador. Isso aumentou a espessura dos cabos de 5.6 mm para 7.9 mm e tornou-os um pouco menos flexíveis. A diferença pode parecer pequena, mas ao juntar vários cabos ela se torna considerável:

• É importante notar que existe também diferenças de qualidade entre os conectores RJ-45 destinados a cabos categoria 5 e os cabos cat 6 e cat 6a, de forma que é importante verificar as especificações na hora da compra.

• Aqui temos um conector RJ-45 cat 5 ao lado de um cat 6. Vendo os dois lado a lado é possível notar pequenas diferenças, a principal delas é que no conector cat 5 os 8 fios do cabo ficam lado a lado, formando uma linha reta, enquanto no conector cat 6 eles são dispostos em zig-zag, uma medida para reduzir o cross-talk e a perda de sinal no conector:

• O mesmo se aplica a outros componente, como patch-panels, tomadas, keystone jacks (os conectores fêmea usados em tomadas de parede) e assim por diante. Componentes cat 6 em diante costumam trazer a categoria decalcada (uma forma de os fabricantes diferenciarem seus produtos, já que componentes cat 6 e 6a são mais caros), como nestes keystone jacks onde se pode ver o "CAT 6" escrito em baixo relevo:


• Para montar os cabos de rede UTP precisamos de fichas RG45 e de um alicate crimpador para conectores RJ-45. Este alicate também serve para cortar e descarnar o cabo.


1) Cortar o cabo

3) Fixar o conector

2) Descarnar o cabo

• Cravagem de fichas em cabos de rede:



Cabos – Pares Entrelançados


Custo baixo (cabo e conectores) Interferências externas

Instalação fácil Banda limitada

Fácil manutenção e detecção de falhas Necessidade de outros equipamentos como hubs

Fácil expansão Susceptibilidade à interferência externas provocando ruídos e perda de informação (UTP)

Simplicidade Problemas de atenuação

• Fibra óptica é um filamento, de vidro ou de materiais poliméricos, com capacidade de transmitir luz. Estes filamentos têm diâmetros variáveis, dependendo da aplicação, indo desde diâmetros ínfimos, da ordem de micras.

• A transmissão da luz pela fibra segue um mesmo princípio, independentemente do material usado ou da aplicação: é lançado um feixe de luz em uma extremidade da fibra, e pelas características ópticas do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra através de consecutivas reflexões.

Cabos - Fibra Óptica

• Os cabos de fibra óptica utilizam o fenômeno da refração interna total para transmitir feixes de luz a longas distâncias. Um núcleo de vidro muito fino, feito de sílica com alto grau de pureza é envolvido por uma camada (também de sílica) com índice de refração mais baixo, chamada de cladding, o que faz com que a luz transmitida pelo núcleo de fibra seja refletida pelas paredes internas do cabo. Com isso, apesar de ser transparente, a fibra é capaz de conduzir a luz por longas distâncias, com um índice de perda muito pequeno.


• Mesmo confinada a um meio físico, a luz transmitida pela fibra óptica proporciona o alcance de taxas de transmissão elevadíssimas, da ordem de dez elevado à nona potência a dez elevado à décima potência, de bits por segundo, com baixa taxa de atenuação por kilometros. Mas a velocidade de transmissão total possível ainda não foi alcançada pelas tecnologias existentes.

• Como a luz se propaga no interior de um meio físico, sofrendo ainda o fenómeno de refracção, ela não consegue alcançar a velocidade de propagação no vácuo, que é de 300.000 km/segundo, sendo esta velocidade diminuída consideravelmente. Uma característica importante que torna a fibra óptica indispensável em muitas aplicações é o facto de não ser susceptível à interferência electromagnética, pela razão de que não transmite pulsos eléctricos, como ocorre com outros tipos de meio de transmissão que empregam o fios metálicos, como o cobre.


• Existem padrões de fibra óptica para uso em redes Ethernet desde as redes de 10 megabits. Antigamente, o uso de fibra óptica em redes Ethernet era bastante raro, mas com o lançamento dos padrões de 10 gigabits a utilização vem crescendo, com os links de fibra sendo usados sobretudo para criar backbones e links de longa distância.

• Existem dois tipos de cabos de fibra óptica, os multimodo ou MMF (multimode fibre) e os monomodo ou SMF (singlemode fibre). As fibras monomodo possuem um núcleo muito mais fino, de 8 a 10 mícrons de diâmetro, enquanto as multimodo utilizam núcleos mais espessos, tipicamente com 62.5 microns:


• As fibras multimodo são mais baratas e o núcleo mais espesso demanda uma precisão menor nas conexões, o que torna a instalação mais simples, mas, em compensação, a atenuação do sinal luminoso é muito maior.

• Isso acontece porque o pequeno diâmetro do núcleo das fibras monomodo faz com que a luz se concentre em um único feixe, que percorre todo o cabo com um número relativamente pequeno de reflexões. O núcleo mais espesso das fibras multimodo, por sua vez, favorece a divisão do sinal em vários feixes separados, que ricocheteiam dentro do cabo em pontos diferentes, aumentando brutalmente a perda durante a transmissão, como você pode ver nos desenhos a seguir:


Para efeito de comparação, as fibras multimodo permitem um alcance de até 550 metros no Gigabit Ethernet e 300 metros no 10 Gigabit, enquanto as fibras monomodo podem atingir até 80 km no padrão 10 Gigabit. Esta brutal diferença faz com que as fibras multimodo sejam utilizadas apenas em conexões de curta distância, já que sairia muito mais caro usar cabos multimodo e repetidores do que usar um único cabo monomodo de um ponto ao outro.

• Existem dois tipos básicos de emendas que podem ser efectuadas:

emenda por fusão ou emenda mecânica

Emenda por Fusão

Neste tipo de emenda a fibra é introduzida numa máquina , chamada máquina de fusão, limpa e clivada, para, após o alinhamento apropriado, ser submetida à um arco voltaico que eleva a temperatura nas faces das fibras, o que provoca o derretimento das fibras e a sua soldagem. O arco voltaico é obtido a partir de uma diferença de potencial aplicada sobre dois eléctrodos de metal. Após a fusão a fibra é revestida por resinas que tem a função de oferecer resistência mecânica à emenda, protegendo-a contra quebras e fracturas.

Após a protecção a fibra emendada é acomodada em recipientes chamados caixa de emendas. As caixas de emendas podem ser de vários tipos de acordo com a aplicação e o número de fibras. Umas são pressurizáveis ou impermeáveis, outras resistentes ao sol, para instalação aérea.


Emenda por fusão



Emenda mecânica

• Este tipo de emenda é baseado no alinhamento das fibras através de estruturas mecânicas. São dispositivos dotados de travas para que a fibra não se mova no interior da emenda e contém líquidos entre as fibras , chamados líquidos casadores de índice e refracção, que tem a função de diminuir as perdas de Fresnel (reflexão). Neste tipo de emenda as fibras também devem ser limpas e clivadas. Este tipo de emenda é recomendado para aqueles que tem um número reduzido de emendas a realizar pois o custo desses dispositivos é relativamente barato, além de serem reaproveitáveis.




Alta velocidade Pessoal especializado

Sem interferência Altíssimo custo

Maior alcance Instalação difícil

Aplicações multimédia Fragilidade das fibras ópticas sem encapsulamento

Perdas de transmissão muito baixas

Dificuldade de conexões das fibras ópticas

Pequeno tamanho e peso Acopladores tipo T com perdas muito grandes

Segurança da informação e do sistema

Impossibilidade de alimentação remota de repetidores

Custos potencialmente baixos Falta de padronização dos componentes ópticos

Alta resistência a agentes químicos e variações de temperatura

• Alguns aspectos que condicionam o desempenho dos sistemas de transmissão

• Atenuação

• Distorção

• Interferência

• Ruído

Cabos

Atenuação

• A atenuação consiste numa redução da potência do sinal ao longo do meio de transmissão. A atenuação resulta da perda de energia do sinal por absorção ou por fuga de energia. Nos meios de transmissão não guiados (espaço livre), a dispersão da energia pelo espaço pode também ser vista como uma forma de atenuação, uma vez que a potência do sinal que atinge o receptor é menor que a potência emitida. Na Figura 1 está representado o efeito da atenuação num sinal.

Figura 1. Atenuação.

• A atenuação mede-se através da relação entre a potência do sinal em dois pontos ao longo do meio de transmissão e é, normalmente, expressa em decibéis por unidade de comprimento (ex: 5 dB/km). Dada a potência emitida, Pe, e a atenuação do meio de transmissão por unidade de comprimento, At, a potência, Po, ao fim de L metros é dada por:

Po = Pe – At x L em que os valores da potência estão expressos em dBm.

• A atenuação pode ser compensada através da utilização de repetidores. Nos sistemas de transmissão analógicos, os repetidores podem ser constituídos apenas por um amplificador. Nos sistemas de transmissão digital, os repetidores podem ser do tipo regenerativo, incluindo funções de sincronização, amostragem e decisão como se de um receptor se tratasse. Os repetidores regenerativos “reconstroem” o sinal digital mas, tal como um receptor, podem cometer erros de decisão e introduzir erros no sistemas de transmissão.

Atenuação

• A distorção consiste numa alteração da forma do sinal durante a sua propagação desde o emissor até ao receptor. A distorção pode resultar do comportamento não linear de alguns dos componentes que compõem o percurso do sinal ou pela simples resposta em frequência do meio de transmissão. Na Figura 2 é apresentado um exemplo da distorção sofrida por um sinal digital.

• Em alguns casos, os efeitos da distorção podem ser corrigidos ou minimizados através de técnicas de condicionamento de sinal tais como filtragem.

Figura 2. Distorção.

Distorção

• A interferência consiste na alteração de alguma das características do sinal transmitido por efeito de um outro sinal exterior ao sistema de transmissão. A forma mais comum de interferência consiste na adição de um sinal exterior ao sinal transmitido. No caso dos sinais eléctricos ou electromagnéticos, a interferência é introduzida por indução electromagnética no meio de transmissão ou no dispositivo receptor (antena).

• Os efeitos da interferência podem ser minimizados através do isolamento do meio de transmissão, no caso dos meios guiados, por blindagem, através do recurso a técnicas de transmissão balanceadas, por filtragem ou através de técnicas de cancelamento. Em alguns casos é possível identificar a fonte do sinal interferidor e simplesmente elimina-la ou atenuar a potência do sinal emitido.

Interferência

• Exemplos de fontes de interferência electromagnética são os motores eléctricos, os interruptores mecânicos, as lâmpadas fluorescentes e, de uma maneira geral, todos os dispositivos eléctricos incluindo os próprios sistemas de transmissão. É muito frequente os sistemas de transmissão serem afectados por interferência produzida por outros sistemas de transmissão semelhantes que operam em bandas de frequência próximas da do sistema em causa. Um outro tipo de interferência ocorre quando vários pares entrançados são agrupados para constituir um só cabo, observando-se interferência mútua entre os sinais que se propagam em cada um dos pares entrançados. Na Figura 3 está representado um sinal afectado por interferência.

Figura 3. Interferência.

Interferência

• O ruído consiste numa alteração de alguma das características do sinal transmitido por efeito de um outro sinal exterior ao sistema de transmissão, ou gerado pelo próprio sistemas de transmissão. Ao contrário da interferência, estes sinais indesejados são de natureza aleatória, não sendo possível prever o seu valor num instante de tempo futuro.

• Em muitos casos, o ruído é produzido pelos próprios equipamentos activos utilizados para implementar os sistemas de transmissão, tais como os amplificadores utilizados nos receptores e repetidores. Estes dispositivos produzem ruído, de origem térmica e de origem quântica, o qual passa a ser processado juntamente com o sinal desejado nos andares subsequentes.

• O ruído pode ser aditivo (soma-se ao sinal) ou multiplicativo (o sinal resultante é o produto do sinal transmitido pelo ruído).

Ruído

• Uma vez que o ruído é um processo aleatório, este deve ser descrito e tratado com recurso a métodos estatísticos. O ruído diz-se branco quando a sua densidade espectral de potência média é constante a todas as frequências; diz-se colorido no caso contrário. As características do ruído são ainda descritas através da função densidade de probabilidade da sua amplitude. Diz-se então que o ruído segue uma distribuição Normal (Gaussiana), de Poisson, etc.

• Os efeitos do ruído no desempenho dos sistemas de transmissão podem ser minimizados através da utilização de técnicas de projecto dos circuitos mais cuidadas e através de filtragem. No entanto, e dada a natureza aleatória do ruído, não é possível eliminar completamente o ruído num sistema de transmissão.

Ruído

• Os efeitos do ruído fazem-se sentir através de uma deterioração da qualidade do sinal transmitido nos sistemas de transmissão analógicos e através da introdução de erros nos sistemas de transmissão digital. Nos sistemas de transmissão analógicos, a qualidade do sinal recebido mede-se através da relação entre a potência do sinal e a potência do ruído – relação sinal/ruído (SNR – Signal to Noise Ratio). Nos sistemas de transmissão digital, o desempenho mede-se através da probabilidade de ocorrerem erros, frequentemente erros de bit – probabilidade de erro de bit (BER – Bit Error Rate).

Ruído

FIM

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