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Cabos
e Conectores
Universidade
do Contestado – UnC
Tecnologia
em Processamento de Dados
Cabeamentos
e conectores de rede
Acadêmico:
Jefferson Czajka Matoso
matoso@net-uniao.com.br
Porto União
– SC, 24 de agosto de 1998.
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Introdução
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Tipos
de Cabeamento
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Cabo
Coaxial
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Tipos
de Cabos Coaxiais
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Par
Trançado
-
Classificação
de par trançado
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Tipos
de Conectores
-
Esquema
de fiação para conectores RJ-45
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Fibra
óptica
-
Evolução
das Redes de Dados
-
Cabo
Coaxial – Sistema BUS
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Desvantagens
do cabo coaxial
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Surgimento
do Cabo UTP
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Vantagens
do cabo UTP
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Vantagens
da fibra óptica
-
Tipos
de fibras ópticas
-
Emendas
de fibras ópticas
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Conectores
ópticos
-
Glossário
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Bibliografia
Introdução
Nos últimos anos muito se tem discutido e falado
sobre as novas tecnologias de hardware e software de rede disponíveis no
mercado. Engana-se, porém, quem pensa que estes produtos podem resolver todos
os problemas de processamento da empresa. Infelizmente, o investimento em
equipamentos envolve cifras elevadas, mas é preciso que se dê também atenção
especial à estrutura de cabeamento, ou cabling, uma das peças-chave para o
sucesso de ambientes distribuídos. Conforme pesquisas de órgãos
internacionais, o cabeamento hoje é responsável por 80% das falhas físicas de
uma rede, e oito em cada dez problemas detectados referem-se a cabos
mal-instalados ou em estado precário.
Tipos
de Cabeamento
CABO
COAXIAL
O primeiro tipo de
cabeamento que surgiu no mercado foi o cabo coaxial. Há alguns anos, esse cabo
era o que havia de mais avançado, sendo que a troca de dados entre dois
computadores era coisa do futuro. Até hoje existem vários tipos de cabos
coaxiais, cada um com suas características específicas. Alguns são melhores
para transmissão em alta frequência, outros tém atenuação mais baixa, e
outros são imunes a ruídos e interferências. Os cabos coaxiais de alta
qualidade não são maleáveis e são difíceis de instalar e os cabos de baixa
qualidade podem ser inadequados para trafegar dados em alta velocidade e longas
distâncias. Ao contrário do cabo de par trançado, o coaxial mantém uma
capacidade constante e baixa, independente do seu comprimento, evitando assim vários
problemas técnicos. Devido a isso, ele oferece velocidade da ordem de megabits/seg,
não sendo necessário a regeneração do sinal, sem distorção ou eco,
propriedade que já revela alta tecnologia. O cabo coaxial pode ser usado em
ligações ponto a ponto ou multiponto. A ligação do cabo coaxial causa reflexão
devido a impedância não infinita do conector. A colocação destes conectores,
em ligação multiponto, deve ser controlada de forma a garantir que as reflexões
não desapareçam em fase de um valor significativo.
A
maioria dos sistemas de transmissão de banda base utilizam cabos de impedância
com características de 50 Ohm, geralmente utilizados nas TVs a cabo e em redes
de banda larga. Isso se deve ao fato de a transmissão em banda base sofrer
menos reflexões, devido às capacitâncias introduzidas nas ligações ao cabo
de 50 Ohm.
Os
cabos coaxiais possuem uma maior imunidade a ruídos eletromagnéticos de baixa freqüência
e, por isso, eram o meio de transmissão mais usado em redes locais.
Tipos
de cabos coaxiais
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Tipo
de Cabo
|
Impedância
|
Diâmetro
|
Conector
|
|
Cabo
fino Ethernet – RG-58
|
50
ohms
|
3/16"
|
BNC
|
|
ARCNET
– RG-62
|
93
ohms
|
3/16"
|
BNC
|
|
ou
RG-59/U
|
75
ohms
|
3/16"
|
Utiliza
um rabicho RG-62 na extremidade com BNC
|
|
Cabo espesso Ethernet
|
50
ohms
|
1/2"
|
Transceptor/MAU
no cabo espesso com uma derivaçãdo de par trançado até o cordão da
rede
|
|
Cabo derivado de Ethernet espesso (não é coaxial,
é um cabo de par blindado)
|
-
|
3/8"
|
DIX/AUI
|
PAR
TRANÇADO
Com o passar do tempo,
surgiu o cabeamento de par trançado. Esse tipo de cabo tornou-se muito usado
devido a falta de flexibilidade de outros cabos e por causa da necessidade de se
ter um meio físico que conseguisse uma taxa de transmissão alta e mais rápida.
Os cabos de par trançado possuem dois ou mais fios entrelaçados em forma de
espiral e, por isso, reduzem o ruído e mantém constante as propriedades elétricas
do meio, em todo o seu comprimento.
A
desvantagem deste tipo de cabo, que pode ter transmissão tanto analógica
quanto digital, é sua suscetibilidade às interferências a ruídos (eletromagnéticos
e radiofrequência). Esses efeitos podem, entretanto, ser minimizados com
blindagem adequada. Vale destacar que várias empresas já perceberam que, em
sistemas de baixa frequência, a imunidade a ruídos é tão boa quanto a do
cabo coaxial.
O cabo de par tran‡ado
é o meio de transmissão de menor custo* por comprimento no mercado. A ligação
de nós ao cabo é também extremamente simples e de baixo custo. Esse cabo se
adapta muito bem às redes com topologia em estrela, onde as taxas de dados mais
elevadas permitidas por ele e pela fibra óptica ultrapassam, e muito, a
capacidade das chaves disponíveis com a tecnologia atual. Hoje em dia, o par
trançado também está sendo usado com sucesso em conjunto com sistemas ATM
para viabilizar o tráfego de dados a uma velocidade extremamente alta: 155
megabits/seg.
Classificação
de par trançado
|
Categoria
|
Velocidade
|
Mídia
do Cabo
|
Conector
|
Uso
|
|
Categoria
1
|
Não
adequada a LANs
|
|
|
|
|
Categoria
2
|
Não
adequada a LANs
|
|
|
|
|
Categoria
3
|
Até
10 Mbps
|
UTP 4 pares 100 ohms
|
568A ou 568B de 8 fios
|
10Base-T
|
|
Categoria
4
|
Até
16 Mbps
|
STP 2 pares 150 ohms
|
STP-A
|
10Base-T
ou Token Ring
|
|
Categoria
5
|
Até
100 Mbps
|
UTP 4 pares 100 ohms
|
568A ou 568B de 8 fios
|
10Base-T,
100Base-T, FDDI, ATM, Token Ring
|
Tipos de conectores
RJ-45 macho RJ-45
fêmea
Plug
Keystone
Esquema
de fiação para conectores RJ-45
FIBRA ÓPTICA
Quando se fala em tecnologia de ponta, o que existe de mais
moderno são os cabos de fibra óptica. A transmissão de dados por fibra óptica
é realizada pelo envio de um sinal de luz codificado, dentro do domínio de
frequência do infravermelho a uma velocidade de 10 a 15 MHz. O cabo óptico
consiste de um filamento de sílica e de plástico, onde é feita a transmissão
da luz.
As
fontes de transmissão de luz podem ser diodos emissores de luz (LED) ou lasers
semicondutores. O cabo óptico com transmissão de raio laser é o mais
eficiente em potência devido a sua espessura reduzida. Já os cabos com diodos
emissores de luz são muito baratos, além de serem mais adaptáveis à
temperatura ambiente e de terem um ciclo de vida maior que o do laser.
Apesar
de serem mais caros, os cabos de fibra óptica não sofrem interferências com
ruídos eletromagnéticos e com radiofreqüências e permitem uma total
isolamento entre transmissor e receptor. Portanto, quem deseja ter uma rede
segura, preservar dados de qualquer tipo de ruído e ter velocidade na transmissão
de dados, os cabos de fibra óptica são a melhor opção do mercado.
O cabo de fibra óptica pode
ser utilizado tanto em ligações ponto a ponto quanto em ligações multiponto.
A exemplo do cabo de par trançado, a fibra óptica também está sendo muito
usada em conjunto com sistemas ATM, que transmitem os dados em alta velocidade.
O tipo de cabeamento mais usado em ambientes internos (LANs) é o de par trançado,
enquanto o de fibra óptica é o mais usado em ambientes externos.
Apenas
para complementar: segundo livros que eu tenho falando sobre o assunto, um
cabeamento de fibra ótica teria uma largura de banda típica em torno de 1ghz,
o suficiente para utilizar-se os serviços mais corriqueiros da Internet ( FTP,
e-mail, Web, videoconferência etc... ) com muita folga, assumindo-se um
comprimento máximo de 1,5 KM.
1.
TOPOLOGIA DE REDE ETHERNET
No início das Redes, a Empresa XEROX criou o sistema
Ethernet utilizando o cabo
coaxial como meio de transmissão de Dados entre computadores. Este padrão
foi adotado por múltiplas empresas.Neste sistema, os computadores competiam
entre si para utilizar o mesmo meio de comunicação.
Seria como uma grande Avenida, onde os (micros) carros pedem passagem para
entrar na pista, ora colidindo com outro veículo, ora entrando na pista, ora
esperando, esperando....., pois os mais rápidos sempre conseguem entrar na via
e chegar até o servidor, em detrimento dos mais lentos.
DESVANTAGENS
DO CABO COAXIAL:
1. Necessita manter a impedância constante, através
de terminadores.
2. Se o cabo quebrar,
ou o "T" de interligação estiver com mal contato, a Rede à partir
do ponto falho irá parar.
3. Blindagem feita com a malha do cabo, que deverá
estar aterrada em todos os terminais, ocasionando diferentes potenciais elétricos.
A blindagem acaba funcionando como uma antena captando ruído de rádio freqüência.
4. Se esta blindagem for aterrada num ponto do edifício,
e em outro ponto à 100 m do 1º ponto, com certeza esta blindagem terá
potenciais diferentes, ocasionando correntes elétricas pela malha entre os
micros.
5. Nesta condição, se uma descarga atmosférica
ocorrer próxima à 500m do 1º ponto,
elevará o potencial do Terra, do 1º ponto a um
valor muito maior que o do 2º ponto à 100m, gerando um pico de tensão pelo
cabo, do ponto 1º ao ponto 2º, com potencial
de até 1.000Volts, queimando diversos terminais e até mesmo o servidor.
6. É um cabo muito pesado e de difícil de Instalação.
7. Terminais e conectores caros (R$3,00), e valor por
metro mais elevado (R$2,00)
Devido a
estas limitações do cabo coaxial, o Comitê de normalização Internacional IEEE
formado pelas empresas americanas Electrical Industrial American EIA, e as
Telecomunications Industrial American TIA, se uniram no intúito de pesquisar e
produzir um meio de comunicação eficiente e seguro para as Redes de
computadores. Desenvolvendo o Standard 10 BASE T em 1988.
Surgiu assim, na Bell Laboratories o cabo UTP sem
blindagem (Unshilded Twisted Par), ou seja, o par torcido sem blindagem.
A teoria é que, um par
de fios torcidos cria uma espira virtual com capacitância e indutância,
suficientes para ir cancelando o ruído externo através de suas múltiplas
espiras, ou seja, o campo magnético formado pela
espira X, é reverso da espira Y, e assim por diante.
Se num dado momento o cabo sofrer uma interferência,
esta será anulada na inversão dos pólos das espiras.
O ruído é cancelado pela mudança de polaridade do
sinal através das múltiplas espiras. Este fenômeno foi descoberto pela Bell
Company, que é a atual AT&T ou Lucent Technology. Atualmente os cabos UTPs
são fabricados com 4 (quatro) pares, ou seja, 4 (quatro) fios torcidos num só
cabo.
VANTAGENS
DO CABO UTP:
1. Não tem blindagem, portanto não necessita de
Aterramento.
2. Mantém impedância constante de 100 OHMS sem
terminadores.
3. Cabo leve, fino, de baixo valor por metro (R$0,70)
e de conectores baratos para 8 (oito) contatos. (R$0,90)
4. No cabeamento estruturado para o cabo UTP, quando
há mal contato ou o cabo é interrompido, apenas um micro pára de funcionar,
enquanto o resto da Rede continua funcionando normalmente.
5. Permite taxas de Transmissão da ordem de 155 Mb/s
por par.
6. Alcança velocidades de 155Mb/s à 622Mb/s ATM ou
FAST ETHERNET 100Mb/s.
Além do cabo UTP, as pesquisas levaram à criação
da fibra óptica, um tarugo de 10cm de quartzo (cristal), que é estirado até
alcançar um comprimento de 2Km à 20Km, com uma espessura de um fio de cabelo,
capaz de transmitir dados em forma de luz, internamente a uma velocidade de
aproximadamente 2.500Mb/s ou mais (não há aparelhos hoje acima desta
velocidade).
A fibra óptica pode trafegar livre de interferência
e de espúrios atmosféricos, sem blindagem e sem aterramento.
Com estes novos componentes as empresas americanas
EIA/TIA criaram normas para as Redes de Computadores (telefonia e imagem).
A Norma EIA/TIA 568 A, garante comunicação de dados
até 100m para o cabo UTP, à velocidades de 100Mb/s (categoria 5) que é o
nosso estado da arte (atualmente), e 2.500Mb/s para fibras até 2.500m (mult
modo) e 60.000m (mono modo).
Segundo o modelo ISO/OSI, o Ethernet é o padrão que
define os níveis 1 e 2 (físico e lógico) especificados pelas normas 802.3 e
802.2 IEEE.
O cabo UTP garante 155Mb/s por par, ou seja, 4 x
155Mb/s = 622Mb/s, pois tem 4 (quatro) pares.
Este é o cabeamento estruturado, pois pode trafegar
a qualquer velocidade, desde 0,1MHz à 100MHz, atendendo todas as categorias:
cat. 3 (10 Mhz), cat. 4 (até 20 Mhz), substituída pela cat. 5 (100 Mhz).
Desta forma, o cabeamento de uma empresa se resume
em:
1 - Rede Principal ou Back Bone, em fibra óptica.
2 - Rede Horizontal, em
cabo UTP cat. 5.
Com esta Topologia é possível interligar pilhas de
Hubs (100MHz) ou Switch, e manter a velocidade de 100Mb/s até o servidor, sem
gargalo.
1 -
Imunidade à Interferências
O feixe de luz transmitido pela fibra óptica não
sofre interferência de sistemas eletromagnéticos externos.
2 -
Sigilo
Devido à dificuldades de extração do sinal
transmitido, obtém-se sigilo nas comunicações.
3 -
Tamanho Pequeno
Um cabo de 3/8 de polegada (9,18mm) com 12 pares de
fibra, operando à 140 MBPS pode carregar tantos canais de voz quanto
um de 3 polegadas ( 73mm) de cobre com 900 pares
trançados. Menor tamanho significa melhor utilização de dutos
internos.
4 - Condutividade elétrica nula
A fibra óptica não precisa ser protegida de
descargas elétricas, nem mesmo precisa ser aterrada, podendo suportar elevadas
diferenças de
potencial.
5-
Leveza
O mesmo cabo óptico citado no item 2 pesa
aproximadamente 58 kg/km.
O cabo de pares trançados pesa
7.250 Kg/km. Isto possibilita maiores lances de puxamento para o cabo de
fibra óptica.
6 -
Largura de Banda
Fibras ópticas foram testadas até os 350 bilhões
de bits por segundo em uma distância de 100km. Taxas teóricas de 200-500 trilhões
de bits por segundo são alcançáveis.
7 -
Baixa Perda
As fibras monomodo atuais possuem perdas tão baixas
quanto 0,2 dB/km (Em 1550 nm)
8-
Imunidade à Ruídos
Diferente dos sistemas metálicos, que requerem
blindagem para
evitar radiação e captação eletromagnética, o cabo óptico é um
dielétrico e não é afetado por interferências de rádio frequência ou
eletromagnéticas. O potencial para baixas taxas de erro, elevam a eficiência
do circuito. As fibras ópticas são o único meio que podem transmitir através
de ambientes sob severa radiação.
9 -
Alta Faixa de Temperatura
Fibras e cabos podem ser fabricados para operar em
temperaturas de -40º C até 93ºC. Há registros de resistência a temperatura
de -73ºC até 535ºC.
10 -
Sem Risco de Fogo ou Centelhamento
As fibras ópticas oferecem um meio para dados sem
circulação de corrente elétrica. Para aplicações em ambientes perigosos ou
explosivos, elas são uma forma de transmissão segura.
1- Vidro( Sílica)
A. Fibras monomodo índice degrau
B. Multimodo índice gradual
C. Multimodo índice degrau
2- Sílica com Casca Plástica(
PCS ) - Fibras de Índice Degrau
3- Plástica - Fibras Índice
Degrau
Características
1.A Fibras
Monomodo Índice Degrau
A. Aplicações para grande largura de banda (350 Ghz-1991)
B.
Baixas perdas: tipicamente 0,3 dB/km até 0,5 dB/Km ( 1300 nm), e 0,2 dB/km ( 1550 nm)
C. Área do diâmetro do Campo modal de 10 mícrons
D. Diâmetro Externo de Revestimento de 125 mícron
E. Custos superiores para conectores, emendas, equipamentos de
teste e transmissores/ receptores
F. Transmite um modo ou caminho de luz
G. Transmite em comprimento de onda de 1300 e 1550 nm
H . Fabricada em comprimento
de até 25Km
I . Sensível a dobras (curvaturas).
1B.
Fibras Multimodo Índice
Gradual
A. Largura de Banda da ordem
de1500 Mhz-Km
B. Perdas de 1 a 6 dB/Km
C. Núcleos de 50/ 62/ 85/ 100 mícrons (Padrões CCITT)
D. Diâmetro Externo do Revestimento de 125 e 140 mícrons
E. É eficaz com fontes de laser e LED
F. Componentes, equipamentos
de teste e transmissores/
receptores de baixo custo
G. Transmite muitos modos (500+-) ou caminhos de luz, admite muitos
modos de propagação
H. Possui limitação de distância devido às altas perdas e dispersão
modal.
I. Transmite à 820-850 e 1300 nm.
J. Fabricadas em comprimentos até 2,2 Km
Basicamente temos dois tipos de emendas utilizados na
junção de cabos ópticos :
-
Emenda Mecânica
-
Emenda por Fusão
Emenda Mecânica
: Este
tipo de emenda é muito utilizado nos Estados Unidos, pela AT&T. No Brasil,
encontra muita aplicação no reparo emergencial de cabos ópticos .
Consiste na utilização de conectores mecânicos , com a
utilização de cola e polimento. Alguns tipos não se baseiam no polimento,
devendo neste caso as fibras serem muito bem clivadas .
Emenda por fusão:
este tipo de emenda é a das mais importantes e a mais utilizada atualmente. As
duas extremidades a serem unidas são aquecidas até o ponto de fusão, enquanto
uma pressão axial adequada é aplicada no sentido de unir as partes.
Importante deixar ambas as extremidades separadas por uma distância de
10 a 15um, para permitir a dilatação do vidro.
Fibra
Fio Níquel - cromo
Eletrodo de ligação
Obs: Na prática tem-se
conseguido atenuação em torno de 0.05 dB
.
Emenda
Proteção
da Emenda
Para proteger a
emenda por fusão é utilizado o
protetor de emenda , que deve prover proteção mecânica e contra a penetração
de umidade O protetor de emenda é composto por três elementos básicos :
-
Tubo
externo Termocontrátil
-
Tubo
interno
-
Elemento
de sustentação mecânica.
PROTETOR DE EMENDA
Vista lateral
Fibra óptica Termocontrátil
Vista Frontal
Aço Inoxidável
Exemplos de Emendas
Ruim ( atn >=
1. dB)
“Bolhas”
( atn = 2dB )
( má clivagem,
sujeira)
Boa ( atn <=
0.1dB)
Obs: Para se fazer uma boa emenda é fundamental uma boa clivagem e
limpeza da fibra, além do bom ajuste da máquina de emenda.
Conectores Ópticos
Os conectores ópticos, como o próprio nome diz, tem
a função de conectar a fibra óptica ao componente ópticos dos equipamentos,
ou seja, Emissor de Luz ( LASER ou LED) e Fotodetector.
É um componente de extrema importância na rede,
sendo que mau utilizado pode comprometer a
confiabilidade do sistema.
Os conectores ópticos utilizados nos sistemas de
Telecomunicações são montados em laboratórios apropriados, devendo ser
avaliados com relação à sua perda por inserção (dB).
O processo de montagem de um conector consiste de :
1 - Preparação do cabo
2 - Montagem do conector
3 - Cura da resina
4 - Polimento
5 - Testes ópticos
Fatores que causam atenuação alta no conector , com
relação á qualidade da face :
- Excesso de cola na núcleo do conector
- Fibra quebrada ou trincada
- Riscos na face do conector
- Falta de polimento p/ remover impurezas na face.
-
Sujeira
Casca da FO Ferrolho do conector Núcleo da FO
EXEMPLOS DE
FACES DE CONECTORES ÓPTICO
Núcleo Trincado
Núcleo e casca trincada
Cola no núcleo
Fibra com danos no núcleo
Conector perfeito - núcleo e cascas bem polidos
Glossário
Bibliografia
Sasser,
Susan B.
Instalando a sua própria rede / Suzan B. Sasser, Robert
Mclaughlin; tradução Lars Gustav Erick Unonius; revisão técnica Antônio
Barros Uchoa. – São Paulo: Makron Books, 1996.
Andre's
Home Page
http://lothar.alanet.com.br/~netlink/
e-mail:
andrem@alanet.com.br
Thales
http://www.geocities.com/SiliconValley/Lakes/1763/
e-mail:
thales@iname.com
HDTechnology
http://www.hdtechnology.com.br/HD2intro.htm
e-mail:
hdtechnology@arlais.com.br
PetCom
- Peltier Eletrônica e Telecomunicações
http://www.petcom.com.br/
Recitronic
http://www.recitronic.com.br/
e-mail:
frf@elogica.com.br
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