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PROJETOS DE REDES III – INFRAESTRUTURA DE REDES LOCAIS AULA 1 Prof. Luis José Rohling CONVERSA INICIAL Para que ocorra a comunicação nas redes de dados, é necessária a utilização de diversos recursos e de diversas tecnologias, que deverão operar de forma integrada para atender a todos os requisitos do processo de comunicação. O modelo clássico para definir os componentes envolvidos no processo de comunicação descreve três componentes distintos, que são o emissor da mensagem, ou da informação, o receptor e o meio de transmissão. Além disso, para garantir o processo de interpretação das mensagens, devemos utilizar regras comuns ao transmissor e ao receptor, que são os protocolos. Para adequar a mensagem ao meio, o uso dos protocolos que farão o processo de codificação é necessário, de acordo com o meio físico a ser utilizado. E os diversos protocolos empregados nos processos de comunicação nas redes de dados podem ser classificados por meio do modelo OSI, que define sete camadas envolvidas no processo de comunicação. Cada protocolo será associado a uma das camadas do modelo OSI em função do processo realizado por cada um deles. Figura 1 – Modelo OSI Fonte: Rohling, 2020. Em nossa disciplina, iremos estudar os aspectos associados à camada física, pois a elaboração do projeto de infraestrutura está diretamente associada ao processo de transmissão física dos dados, independentemente dos APRESENTAÇÃO APLICAÇÃO SESSÃO REDE TRANSPORTE ENLACE DE DADOS FISICA 6 7 5 3 4 2 1 3 protocolos de camada superior, devendo apenas atender aos requisitos dos protocolos da camada de enlace de dados, que fará o controle de acesso ao meio. Para a implementação física das redes, existem três tipos de meio físico distintos, que são os cabos metálicos, a fibra óptica e o ar, com o uso dos sinais de rádio frequência. E esses três tipos de mídia podem ser empregados na implementação de redes locais, que são as LANs, e nas redes de longa distância, que são as WANs. No entanto, como cada tipo de mídia tem suas limitações, a escolha do tipo de meio a ser empregado dependerá dos requisitos do processo de comunicação e dos custos envolvidos. Em nossa disciplina, estudaremos os padrões e tecnologias empregados na elaboração dos projetos de infraestrutura das redes locais, e poderemos ter os três tipos de mídia empregados para a implementação das redes LAN. Além disso, como é necessária a padronização de componentes e tecnologias empregados nas redes, para garantir a interoperabilidade dos diversos fabricantes, na elaboração dos projetos de infraestrutura de redes locais devem ser aplicadas as normas pertinentes, tais como os padrões definidos pela TIA e pela ISO. Também devermos considerar as especificações dos protocolos IEEE na camada de enlace de dados, que definem os métodos de acesso ao meio, associados ao tipo de mídia empregado. TEMA 1 – CABOS DE COBRE O cabeamento de cobre é o tipo mais comum de cabeamento utilizado nas redes atualmente. Existem três tipos diferentes de cabeamento de cobre, aplicados em situações específicas. As redes utilizam os cabos de cobre porque são mais baratos, mais fáceis de instalar e têm baixa resistência à corrente elétrica. No entanto, a mídia de cobre tem uma limitação em relação à distância e à interferência de sinais externos. Os dados são transmitidos em cabos de cobre através de sinais elétricos, e assim a interface de rede de um dispositivo de destino deve receber o sinal elétrico com uma qualidade que permita a ele ser decodificado com sucesso, para, então, decodificar e identificar corretamente o sinal enviado. No entanto, quanto maior a distância percorrida através do cabo, maior será a deterioração do sinal, que é chamada de atenuação de sinal. Por essa razão, todos os meios de comunicação de cobre devem obedecer às limitações de distância, conforme 4 especificado pelas normas de cabeamento. E além da atenuação, os sinais transmitidos pelos cabos de cobre podem sofrer interferência de duas fontes distintas. 1) Interferência de fontes eletromagnéticas (EMI) ou de fontes de sinais de radiofrequência (RFI): os sinais de EMI e de RFI podem distorcer e corromper os sinais de dados transmitidos por meio dos cabos de cobre. E as fontes potenciais de EMI e RFI incluem ondas de rádio e dispositivos eletromagnéticos, tais como lâmpadas fluorescentes ou motores elétricos. 2) Crosstalk: é uma perturbação causada pelos campos elétricos, ou magnéticos, gerados por um sinal transmitido em um condutor que interfere no sinal transmitido em um condutor adjacente. Nos circuitos telefônicos, o crosstalk, também chamado de diafonia, resulta na possibilidade de um usuário ouvir parte de outra conversa de voz de um circuito adjacente. Isso ocorre porque, quando uma corrente elétrica flui através de um condutor, ela cria um campo magnético circular ao redor do condutor, que pode ser captado por um condutor adjacente. Para minimizar os efeitos negativos da EMI e da RFI, alguns tipos de cabos de cobre são envoltos em blindagem metálica e requerem conexões adequadas de aterramento. Já para minimizar os efeitos negativos do crosstalk, alguns tipos de cabos de cobre têm os pares de fios de circuito opostos torcidos juntos, o que cancela essa fonte. A suscetibilidade dos cabos de cobre ao ruído eletrônico também pode ser limitada usando estas recomendações: • Selecionando o tipo ou categoria do cabo mais adequado para um determinado ambiente de rede. • Projetando uma infraestrutura de cabos para evitar a proximidade com fontes conhecidas e potenciais de interferência na estrutura do edifício. • Utilização de técnicas de cabeamento que incluem o manuseio adequado e a terminação e conectorização adequada dos cabos. 1.1 Tipos de cabos de cobre São diversos os tipos de cabos de cobre, que podem ser classificados em três: os cabos de para trançado não blindado, de par trançado blindado e os cabos coaxiais. 5 Figura 2 – Cabo de par trançado não blindado – UTP Crédito: Zakhar Mar/Shutterstock. O cabo de par trançado sem blindagem (UTP – Unshielded twisted-pair) é a mídia de rede mais comumente utilizada. O cabeamento UTP, terminado com conectores RJ-45, é usado para conectar os hosts de rede com os dispositivos de rede intermediários, tais como os switches. Em redes LAN, o cabo UTP é formado por quatro pares de fios codificados por cores, que são torcidos juntos e, em seguida, envoltos em uma capa de plástico flexível, que protegerá os pares de danos físicos. A torção dos condutores minimiza a interferência do sinal que está trafegando nos outros fios, ou de fontes externas. O cabo de par trançado blindado (STP – Shielded twisted-pair) fornece melhor proteção contra ruídos do que o cabo UTP, porém, o cabo STP é significativamente mais caro e difícil de instalar do que o cabo UTP. Assim como o cabo UTP, o cabo STP utiliza um conector RJ-45 para sua terminação e conexão com os equipamentos. Os cabos STP utilizam o recurso de blindagem para minimizar a interferência gerada por EMI e RFI, e a torção dos pares para minimizar o crosstalk. Para obter o benefício total da blindagem, os cabos STP devem ser terminados com os conectores adequados, que também são blindados. Além disso, se o cabo estiver aterrado incorretamente, a blindagem dele pode funcionar como uma antena, captando os sinais indesejados. Ou seja, o uso do cabo blindado sem o aterramento terá efeito contrário ao desejado, aumentando a interferência nos sinais trafegados pelo cabo e sua degradação e prejudicando o processo de comunicação. 6 Figura 3 – Cabo de par trançado blindado – STP Crédito: ZayacSK/Shutterstock. O cabo coaxial tem esse nome pelo fato de existirem dois condutores que compartilham o mesmo eixo, sendoum condutor de cobre central, utilizado para transmitir os sinais, uma camada de isolamento plástico flexível, que envolve o condutor de cobre, e uma malha de cobre, que atua como o segundo condutor do circuito e como proteção para o condutor interno. Essa segunda camada reduz a quantidade de interferência eletromagnética externa. O acabamento do cabo é feito com uma capa externa para evitar danos físicos. E para a terminação dos cabos coaxiais, existem diferentes tipos de conectores, tais como o BNC (Bayonet Neill-Concelman), tipo N e tipo F. Embora o cabo UTP tenha substituído o cabo coaxial praticamente em todas as instalações atuais de redes Ethernet, o cabo coaxial ainda é utilizado em algumas situações. • Instalações de redes sem fio: os cabos coaxiais são utilizados para conectar as antenas aos dispositivos sem fio (Access Points). • Instalações de internet a cabo: os provedores de serviços de internet via cabo (cable) utilizam os cabos coaxiais para fazer a conexão dentro das instalações do cliente, até os conversores externos, que conectam a rede de cabo coaxial à rede de fibras ópticas. 7 Figura 4 – Cabo coaxial Crédito: ra3rn/Shutterstock. 1.2 Cabo UTP O cabo UTP não tem a blindagem para minimizar os efeitos do EMI e do RFI, porém, em vez disso, utiliza outras técnicas para limitar o efeito negativo do crosstalk, que são: • Cancelamento – quando os dois condutores em um circuito elétrico são colocados juntos, os campos magnéticos, gerados pela corrente que flui em sentido contrário, são exatamente o oposto um do outro. Portanto, os dois campos magnéticos se cancelam e cancelam qualquer sinal externo de EMI e RFI. • Variação do número de torções por par de fios – para aumentar ainda mais o efeito de cancelamento, o número de torções de cada par de fios em um cabo é diferente dos demais, minimizando o crosstalk entre os pares. Assim, o cabo UTP deve seguir rigorosamente a quantidade de torções por metro, garantindo a diferença de torção necessária para cancelar o ruído gerado entre os pares. Na figura 5, pode-se observar que o par laranja tem um trançamento muito maior do que o par azul. 8 Figura 5 – Diferença no trançamento dos pares Crédito: deepspacedave/Shutterstock. Portanto, o cabo UTP dependerá apenas do efeito de cancelamento, produzido pelo trançamento dos pares de fios, para limitar a degradação do sinal e fornecer efetivamente uma autoblindagem para os pares de fios dentro do cabo de rede. Para garantir o funcionamento da comunicação entre os equipamentos de redes, é necessário que o cabeamento UTP esteja em conformidade com as normas TIA/EIA, de maneira que a norma TIA-568 define os padrões comerciais de cabeamento para instalações em redes LAN, que é o padrão mais comumente utilizado em ambientes de cabeamento LAN. Alguns dos elementos definidos pela norma são: • Tipos de cabo; • Comprimento dos cabos; • Conectores; • Terminação dos cabos; • Métodos de teste dos cabos. As características elétricas do cabeamento de cobre são definidas pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), que classifica o cabeamento UTP de acordo com o seu desempenho. Os cabos são classificados em categorias com base em sua capacidade de transporte, ou seja, das taxas de largura de banda suportadas. Por exemplo, o cabo categoria 5 era utilizado nas instalações 100BASE-TX do padrão FastEthernet, sendo as outras categorias mais atuais a 5e, a 6 e a 6A. 9 Os cabos de categorias maiores são projetados e construídos para suportar taxas de dados mais altas, à medida que novas tecnologias Ethernet são desenvolvidas e adotadas. Atualmente, a categoria 5e é o padrão mínimo aceitável, sendo a Categoria 6 o padrão recomendado para novas instalações prediais. E na evolução das categorias de cabos UTP, temos: • A categoria 3 foi originalmente usada para comunicação de voz sobre linhas de voz, mas posteriormente usada para transmissão de dados. • As categorias 5 e 5e são utilizadas para transmissão de dados. A categoria 5 suporta 100 Mbps e categoria 5e, 1.000 Mbps • A categoria 6 tem um separador adicional entre cada par de fios para suportar velocidades mais altas, suportando até 10 Gbps. • A categoria 7 também suporta 10 Gbps. • A categoria 8 suporta 40 Gbps. O cabo UTP geralmente é terminado com um conector RJ-45, e o padrão TIA/EIA-568 descreve os códigos de cores dos fios para a conectorização do cabo, definindo a conexão dos pinos do conector. Figura 6 – Conector RJ-45 macho Crédito: Peter Kotoff/Shutterstock. Além do conector do cabo, que é chamado de conector macho, existe o conector fêmea, que é o componente a ser instalado na tomada de parede ou no painel de conexão. Caso seja terminado incorretamente, a conectorização pode se tornar fonte potencial de degradação de desempenho da comunicação na camada física. 10 Figura 7 – Conector RJ-45 fêmea Crédito: bancha_photo/Shutterstock. 1.3 Cabo direto e cabo cruzado Diferentes situações de instalação podem exigir que os cabos UTP sejam conectados de acordo com variadas convenções de fiação. Isso significa que os fios individuais do cabo devem ser conectados em diferentes ordens aos diferentes conjuntos de pinos nos conectores RJ-45. Assim, podemos ter dois tipos de cabos. • Cabo direto (Ethernet Straight-through): é o tipo mais comum de cabo de rede. É comumente utilizado para interligar um computador a um switch, ou um switch a um roteador. • Cabo cruzado (Ethernet Crossover): é utilizado para interconectar dispositivos semelhantes. Por exemplo, para conectar um switch a outro switch, um computador a outro computador ou um roteador a outro roteador. No entanto, os cabos de crossover são considerados do tipo legados, pois as placas de rede usam o recurso chamado de auto-MDIX para detectar automaticamente o tipo de cabo e fazer a conexão interna correta. Outro tipo de cabo é o cabo rollover, que é proprietário da Cisco, utilizado para conectar uma estação de trabalho à porta do console de um roteador ou switch, tendo um conector RJ-45 macho em uma extremidade e um conector DB9 na outra. Este cabo é utilizado para a conexão da porta serial do computador à porta de console do equipamento de rede. 11 O uso de um cabo crossover ou direto incorretamente na conexão entre os dispositivos pode não danificar os dispositivos, mas impossibilitar a conectividade e a comunicação entre eles. Este é um erro bastante comum, por isso verificar se as conexões do dispositivo estão corretas deve ser a primeira ação de solução de problemas se a conectividade não for alcançada. Figura 8 – Cabo direto e cabo cruzado Crédito: In-Finity/Shutterstock. A TIA define dois tipos de código de cores a serem utilizados, que são os padrões chamados de T568A e T568B. Assim, para a confecção de um cabo direto, deve ser adotado o mesmo padrão nas duas extremidades, e para a confecção de um cabo cruzado, a adoção do padrão T568A em uma extremidade e do padrão T568B na outra. Os códigos de cores para os dois padrões são mostrados abaixo. 12 Figura 9 – Padrões T568A e T568B Pino T568A T568B 1 Branco-Verde Branco-Laranja 2 Verde Laranja 3 Branco-Laranja Branco-Verde 4 Azul Azul 5 Branco-Azul Branco-Azul 6 Laranja Verde 7 Branco-Marrom Branco-Marrom 8 Marrom Marrom Fonte: Rohling, 2020. TEMA 2 – CABOS DE FIBRA ÓPTICA Conforme vimos anteriormente, o cabeamento de fibra óptica é o outro tipo de cabeamento utilizado em redes, porém, por ter um custo maior, não é tão comum como os vários tipos de cabeamento de cobre. Mas o cabeamento de fibra óptica tem certas propriedades que o tornam a melhor opção em determinadas situações, justificando o investimento neste tipo de tecnologia. O cabo de fibra óptica permite a transmissãode dados em distâncias maiores e com maiores larguras de banda do que qualquer outra mídia de rede. Ao contrário dos fios de cobre, o cabo de fibra óptica pode transmitir sinais com menos atenuação, sendo completamente imune à EMI e RFI. Assim, a fibra óptica é comumente usada para interconectar os dispositivos de rede, tais como os switches, pois normalmente essas conexões demandam maior largura de banda e podem estar instaladas em ambientes muito afastados. A fibra óptica é um fio flexível, mas muito fino e transparente, fabricado por meio de um vidro extremamente puro, não muito mais espesso que um cabelo humano. Para a transmissão do sinal de dados, os bits são codificados na fibra como impulsos de luz, em que o cabo de fibra óptica atua como um guia de ondas, ou "tubo de luz", para transmitir luz entre as duas extremidades, com perda mínima de sinal e sem sofrer interferências do meio externo. 13 2.1 Tipos de fibras ópticas As fibras ópticas são fabricadas em dois tipos diferentes de fibras: as fibras monomodo (SMF – Single-mode fiber) e multimodo (MMF – Multimode fiber). No entanto, nos dois tipos de fibras, a estrutura é formada por três elementos, que são o núcleo, a casca e o revestimento. Os sinais óticos serão propagados pelo núcleo e sofrerão reflexão na interface entre o núcleo e a casca, sendo protegidos pelo revestimento. A fibra Monomodo (SMF) consiste em um núcleo muito pequeno, na ordem de 9 microns, e utiliza a tecnologia laser, que é mais cara, para enviar um único raio de luz no centro do núcleo da fibra. A fibra Monomodo é empregada em redes de longa distância, que abrangem centenas de quilômetros, como as exigidas em aplicações de telefonia e de TV a cabo. Figura 10 – Fibra Monomodo Fonte: Rohling, 2020. A fibra Multimodo consiste em um núcleo maior, que pode ser de 50 ou de 62,5 microns, e utiliza os emissores LED para gerar os pulsos de luz, de maneira que a luz emitida pelo LED entrará na fibra multimodo em diferentes ângulos. Este tipo de fibra é amplamente utilizado nas redes LAN, que utilizam os LEDs de baixo custo, com largura de banda de até 10 Gb/s e comprimentos de link de até 550 metros. Núcleo Sinal de luz Casca Revestimento 14 Figura 11 – Fibra Multimodo Fonte: Rohling, 2020. Outra diferença entre as fibras Monomodo e Multimodo é a dispersão, que está associada à propagação de um pulso de luz ao longo do tempo. Assim, um aumento da dispersão significará maior perda de força do sinal, de maneira que a fibra Multimodo apresenta uma dispersão maior do que a fibra Monomodo, limitando o seu uso em enlaces de até 500 metros, antes da perda do sinal. 2.2 Cabos e conectores Os cabos de fibra óptica são utilizados em quatro tipos de instalações. • Redes Corporativas: utilizado no cabeamento de backbone, que é a infraestrutura de interconexão dos dispositivos de rede (switches). • Fiber-to-the-Home (FTTH): utilizado para fornecer serviços de banda larga para residências e pequenas empresas. • Redes de longo curso: utilizado por provedores de serviços para conectar países e cidades. • Redes de Cabos Submarinos: utilizado para fornecer soluções confiáveis de alta velocidade e alta capacidade, capazes de suportar os ambientes submarinos severos, em distâncias transoceânicas. Para a conexão dos cabos de fibra óptica aos equipamentos, são utilizados os sistemas de cordões flexíveis, que dispõem de um conector de fibra óptica na extremidade de uma fibra óptica. Existe uma variedade de conectores de fibra óptica, e as principais diferenças entre os tipos de conectores são as Núcleo Sinal de luz Casca Revestimento 15 dimensões e métodos de acoplamento. A decisão sobre os tipos de conectores que serão utilizados dependerá das conexões dos equipamentos. Assim, alguns switches e roteadores têm portas que suportam os conectores de fibra óptica por meio de um módulo adicional, que é um transceptor óptico plugável compacto, chamado de SFP (Small Form-factor Pluggable). Os tipos de conectores utilizados em redes ópticas são: • Conectores ST (Straight Tip): foram um dos primeiros tipos de conectores utilizados. O conector tem uma trava de segurança com um mecanismo estilo baioneta "Twist-on/twist-off". • Conectores SC (Subscriber Conector): são às vezes referidos como conectores quadrados ou conectores padrão. Eles são conectores de redes LAN e WAN amplamente adotados, utilizando um mecanismo push- pull para garantir a inserção com segurança. Este tipo de conector é usado com fibras multimodo e de monomodo. • Conectores LC (Lucent Conector) simplex: são uma versão menor do conector SC, e sua utilização vem crescendo significativamente em razão do seu menor tamanho. • Conector LC duplex: semelhante a um conector LC simplex, mas usa um conector duplex. Até recentemente, os sistemas de transmissão óptica realizavam a emissão dos sinais ópticos em apenas uma direção na fibra óptica, e assim eram necessárias duas fibras ópticas para suportar a operação duplex. Os cabos de manobra de fibra óptica, também chamados de cordões ópticos ou de patch- cords, são compostos de dois cabos flexíveis de fibra óptica, que são os terminados com um par de conectores individuais, de acordo com o padrão de conectorização utilizado. Alguns conectores de fibra óptica aceitam tanto a transmissão quanto a recepção de sinais ópticos em um único conector, que é conhecido como conector duplex, como mostrado na figura a seguir, na qual temos um Conector Duplex do tipo SC. 16 Figura 12 – Conector SC Duplex Crédito: jeerachon/Shutterstock. Mais recentemente, foram criados os padrões do tipo BX, como o padrão 100BASE-BX, que utilizam diferentes comprimentos de onda para enviar e receber os sinais em uma mesma fibra óptica. Assim, a comunicação DUPLEX é realizada com o uso de apenas uma fibra óptica. Os cabos de manobra de fibra óptica são necessários para interconectar os dispositivos de infraestrutura, e o uso de cores distingue entre cabos de manobra monomodo e multimodo. A cor amarela é para cordões de fibra óptica monomodo, e a cor laranjada, ou aqua, para cordões de fibra multimodo. Assim, podemos ter diversos cordões de manobra em função do tipo da fibra e do tipo de conectores, conforme listado abaixo: • Patch Cord SC-ST multimodo; • Patch Cord SC-SC multimodo; • Patch Cord LC-LC multimodo. • Patch Cord LC-LC monomodo. Existem muitas vantagens no uso dos cabos de fibra óptica em comparação com os cabos de cobre. Atualmente, na maioria dos ambientes corporativos, a fibra óptica é usada principalmente como cabeamento de backbone, para conexões ponto a ponto de alto tráfego, entre as instalações de distribuição de dados. Também é usado para a interconexão de edifícios em redes com múltiplos edifícios, como um campus universitário. E, como os cabos de fibra óptica não conduzem eletricidade e têm baixa perda de sinal, eles são adequados para esses tipos de aplicações. 17 TEMA 3 – PADRÕES DA TIA Para a elaboração de projetos de infraestrutura de redes, é necessário adotar as normas pertinentes. Algumas das instituições que publicam as normas para este segmento são a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), a ISO (International Organization for Standardization) e a TIA/EIA (Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Association). Assim, para a elaboração de projetos para órgãos governamentais, por exemplo, deve ser empregada a norma da ABNT e, para a elaboração de projetos para o mercado corporativo, pode ser aplicada a norma da TIA. Sendo uma das organizações mais importantes neste segmento, a TIA publica uma série de normas que definem os padrões de instalação bem como os componentes utilizados para implementar a infraestrutura de redes. A norma que especificaas regras a serem empregadas na elaboração dos projetos de cabeamento estruturado é a TIA-568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard), composta de cinco documentos, que são: • TIA-568.0 - Generic Telecommunications Cabling for Customer Premises; • TIA-568.1 - Commercial Building Telecommunications Infrastructure Standard; • TIA-568.2 - Balanced Twisted-pair Telecommunications Cabling and Components Standard; • TIA-568.3 – Optical Fiber Cabling and Components Standard; • TIA-568.4 - Broadband Coaxial Cabling and Components Standard. Para a elaboração de um projeto de cabeamento estruturado para um edifício comercial, devemos utilizar a norma TIA-568.0, que estabelece as premissas básicas de um sistema de cabeamento estruturado, em conjunto com a TIA-568.1, que define os elementos específicos para a implementação da infraestrutura da rede lógica em um edifício de uso comercial. A principal finalidade da utilização dos padrões definidos em norma é garantir que o projeto seja elaborado de forma que os componentes a serem utilizados apresentem o desempenho esperado. Assim, por exemplo, serão definidas as distâncias máximas entre os pontos de conexão dos equipamentos de rede, garantido que, independentemente do fabricante dos equipamentos, o processo de comunicação através da rede funcionará adequadamente, e os sinais recebidos terão um nível adequado para a sua correta interpretação. 18 Essas normas também orientarão os fabricantes dos componentes da infraestrutura, tais como cabos e conectores, garantindo que no processo de fabricação sejam atendidas as especificações das normas, de forma que apresentem o desempenho requerido pelos equipamentos conectados à esta rede. Assim, podemos ter a certeza de que, independentemente do fabricante do cabo, do conector, do switch e do computador, o processo de comunicação ocorrerá da maneira esperada. Além de servir como base para a elaboração do projeto de infraestrutura, a adoção das normas de cabeamento estruturado permitirá uma operação e manutenção mais eficiente da rede, pois o modelo de interconexão dos componentes em uma estrutura hierárquica torna possível um processo de análise e diagnóstico de falhas da rede muito mais rápido e eficiente. A norma TIA-568.0 define que um sistema de cabeamento estruturado deve ser implementado em uma topologia hierárquica, em que temos os diversos elementos de manobra, chamados de Cross-Connect, interligados formando uma topologia em estrela. No ponto central da estrela teremos o elemento de manobra principal, que é chamado de Main Cross-Connect. Neste elemento central da topologia hierárquica serão feitas as conexões da rede com os serviços externos e a distribuição das conexões para a rede interna. Assim, no Main Cross-Connect é que será feita a conexão do equipamento de conexão principal, que é o Switch Core, com a infraestrutura de cabeamento estruturado. 19 Figura 13 – Hierarquia do cabeamento estruturado Fonte: Rohling, 2020. Com base no elemento principal de manobra, que é o Main Cross- Connect, é que termos o cabeamento que seguirá para as demais áreas da empresa, lembrando que tal cabeamento pode ser do tipo metálico ou fibra óptica. Por ser tratar de uma topologia hierárquica, para cada sistema de cabeamento estruturado existirá apenas um Main Cross-Connect. A definição quanto ao meio físico a ser utilizado dependerá da distância e da largura de banda necessária para a conexão entre o Switch Core e os Switches de distribuição ou de acesso. Portanto, para a elaboração do projeto de infraestrutura, é necessário ter em mãos as características dos equipamentos que serão conectados à rede de cabeamento estruturado. Neste caso, a escolha por fibras ópticas acontecerá quando as distâncias forem muito longas, quando o caminho dos cabos estiver sujeito às fontes de interferências eletromagnéticas, ou, ainda, quando a necessidade de tráfego for muito maior do que a suportada pelas tecnologias em cabos metálicos. Intermediate Cross-Connect Main Cross-Connect Horizontal Cross-Connect Horizontal Cross-Connect TO TO TO TO TO TO TO – Telecomm Outlet 20 Caso contrário, as tecnologias em cabos metálicos poderão ser utilizadas para a conexão do Main Cross-Connect com os demais componentes do sistema de cabeamento estruturado. Porém, neste caso, é necessário avaliar a utilização de uma categoria de cabo UTP que suporte eventuais aumentos da demanda da largura de banda. Assim, por exemplo, se as conexões atuais são de 1 Gbps, com a utilização de portas de switch no padrão Gigabit Ethernet, o ideal seria a instalação de um cabeamento que suporte 10 Gbps, para atender a uma futura migração para conexões de 10 G Ethernet. Na topologia do cabeamento estruturado, por meio do elemento principal, teremos a conexão do segundo nível de manobra, que poderá ser o Horizontal Cross-Connect ou o Intermediate Cross-Connect. O Intermediate Cross-Connect é um componente opcional que pode ser utilizado em uma infraestrutura com mais de um prédio, em que teremos um Intermediate Cross-Connect em cada um dos prédios secundários para realizar a conexão deste com os Horizontal Cross-Connect daquele edifício. Também pode ser utilizado quando há diversos Horizontal Cross-Connects em um mesmo espaço, sendo necessária a instalação de um ponto de concentração neste andar, o que será implementado com o Intermediate Cross-Connect. Caso contrário, seria necessário realizar a conexão de todos os Horizontal Cross-Connects até o Main Cross-Connect, não sendo permitido uma interligação entre os Horizontal Cross-Connects, em cascata, pois a topologia deve ser necessariamente em estrela. A norma TIA define que devemos ter pelo menos um Horizontal Cross- Connect por andar, por meio do qual teremos a interligação com os pontos de conexão dos equipamentos do usuário, que são chamados de Telecomm Outlet (TO). A norma ainda define que, para cada área de trabalho em que houver a conexão do usuário, deverão ser disponibilizados dois pontos de conexão. Assim, por exemplo, em um sistema de cabeamento estruturado que visa atender uma empresa com 100 funcionários, teremos 200 TOs. Além de elementos de manobra, que devem estar dispostos em uma topologia hierárquica em estrela, as normas de cabeamento estruturado definem os espaços onde serão instalados tais elementos, bem como as funções de cada um deles e os requisitos para sua implantação em um projeto de infraestrutura de cabeamento estruturado. 21 TEMA 4 – COMPONENTES DO CABEAMENTO ESTRUTURADO Para a elaboração do projeto de cabeamento estruturado, a norma TIA- 568.1 descreve os componentes que devem ser implementados na infraestrutura dos edifícios comerciais. Estes componentes incluem o cabeamento de interconexão entre os elementos de manobra e descrevem os espaços físicos previstos para a instalações dos equipamentos e conexões. Assim, em um sistema de cabeamento estruturado, em um edifício comercial, deveremos ter os seguintes componentes: • Entrada de facilidades; • Sala de equipamentos; • Armário (ou sala) de telecomunicações; • Área de trabalho; • Cabeamento de backbone; • Cabeamento horizontal. Como vimos anteriormente, a interconexão entre esses componentes deve seguir uma estrutura hierárquica, em estrela, conforme podemos observar na figura a seguir. 22 Figura 14 – Componentes do cabeamento estruturado Fonte: Rohling, 2020. O primeiro componente do sistema de cabeamento estruturado é a entrada de facilidades, também chamada de EF (Entrance Facilities), que consiste no espaço onde será feita a transição entre as infraestruturas externa e a interna. Este será o ponto de conexão da rede das operadoras, ou seja, onde seráfeita a entrega dos serviços externos. Em muitos casos a entrada de facilidades é implementada com um quadro de interconexão do cabeamento externo, instalado pelos provedores dos serviços de telecomunicações, com os cabos que seguem até a sala de equipamentos. Quando as instalações principais de serviços de telecomunicações eram as conexões telefônicas, esse quadro era conhecido como DG (Distribuidor Geral). Para edifícios multiusuários, tal como um edifício comercial com diversas empresas instaladas nos diversos andares, deve ser prevista uma sala para a entrada de facilidades, pois podem existir diversos Entrada de Facilidades Sala de Equipamentos Armário de Telecom Área de Trabalho Cabeamento Horizontal Cabeamento de Backbone Área de Trabalho Armário de Telecom Área de Trabalho Área de Trabalho Térreo 1º Andar 2º Andar 23 provedores de serviço que utilizarão este espaço para atender aos usuários do edifício. O próximo espaço definido pelas normas de cabeamento estruturado é a sala de equipamentos, que na versão original da norma é chamada de ER (Equipment Room). Na sala de equipamentos, teremos a instalação dos equipamentos de conexão com as redes externas ou com os provedores de serviço de telecomunicações. Neste espaço haverá também a instalação dos principais equipamentos da rede, responsáveis por distribuir as conexões para a rede interna, bem como os equipamentos de segurança e até mesmo alguns servidores. Deste modo, na sala de equipamentos há o roteador, o firewall, o switch core, entre outros. Para o projeto da ER, é necessário prever também o espaço para a instalação dos equipamentos dos provedores de serviço de Telecomunicações. Como muitos destes serviços atualmente são atendidos com redes ópticas, é deve-se prever a instalação dos dispositivos de terminação de cabos ópticos, que são os chamados DIOs (Distribuidor Interno Óptico). O ideal de instalação, quando a EF é constituída de uma sala, é que os DIOs dos provedores de serviço fiquem instalados na EF para evitar o acesso dos prestadores de serviço à Sala de Equipamentos. Além disso, é possível que alguns servidores sejam instalados nesta sala, nestes casos, ela é chamada de Data Center, apesar de não necessariamente dispor de todos os requisitos que caracterizam um Data Center, de acordo com as normas. O cabeamento que faz a interligação entre a entrada de facilidades e a sala de equipamentos é chamado cabeamento de backbone. E a TIA-568 define que esta interconexão deve fazer parte do projeto de infraestrutura do cliente. No entanto, no Brasil, o mais comum é que os provedores de serviços e operadoras de telecomunicações façam a instalação da sua rede até o equipamento de conexão, que normalmente é o modem. Desta forma, como o modem normalmente é instalado na sala de equipamentos, o cabeamento entre a entrada de facilidades e a sala de equipamentos é instalado pela própria empresa prestadora do serviço de telecomunicações. 4.1 Salas de telecomunicações O outro componente do sistema de cabeamento estruturado são as salas de telecomunicações (TR – Telecommunication Room), espaços em que ocorre 24 a distribuição dos serviços aos usuários. Nessas salas teremos a chegada do cabeamento de backbone, que vem da sala de equipamentos, e a saída do cabeamento que vai para as áreas de trabalho, onde estarão conectados os equipamentos dos usuários. Este espaço também é chamado de armário de telecomunicações (TE – Telecommunication Enclosure), pois pode ser implementado apenas com a utilização de um rack, não necessitando de uma sala exclusiva para a instalação dos equipamentos de rede e dos dispositivos de terminação do cabeamento e de manobra. Nas salas ou armários de telecomunicações, TRs ou TEs, é que serão instalados os Horizontal Cross-Connects e os equipamentos de concentração das conexões dos usuários, que são os switches. Neste espaço é que teremos, de acordo com o modelo hierárquico da rede comutada, a instalação dos switches da camada de acesso. A norma TIA-568.1 determina a presença de uma TR/TE em cada andar do prédio. Já a norma brasileira de cabeamento estruturado, que é a NBR-14.565, publicada pela ABNT, permite que um armário de telecomunicações atenda até dois andares. Uma das limitações em relação ao posicionamento das TRs é que o cabeamento metálico poderá ter um comprimento máximo de noventa metros. Assim, caso o pavimento seja muito extenso, pode ser necessária a instalação de dois armários de telecomunicações. Neste caso, outro aspecto fundamental a ser observado é que o cabeamento de backbone deve interligar estes dois racks diretamente à sala de equipamentos, obedecendo a estrutura hierárquica do cabeamento estruturado. Por meio do armário de telecomunicações teremos o cabeamento que conectará as áreas de trabalho, que é o cabeamento horizontal. Nas áreas de trabalho teremos as tomadas de telecomunicações, que permitirão o acesso aos serviços providos através do sistema de cabeamento estruturado. Estes serviços podem ser a conexão com a rede de dados (rede LAN) e prover a conexão com os serviços de comunicação de voz, que é o sistema de telefonia. 4.2 Cabeamento horizontal e de backbone De acordo com as normas de sistemas de cabeamento estruturado, existem dois tipos de cabeamento, o cabeamento horizontal e o cabeamento de backbone. O cabeamento de backbone faz a interligação entre a sala de equipamentos e os armários de telecomunicações. Nesta interligação, as 25 distâncias podem ser maiores, incluindo a instalação externa, caso a rede interligue diversos prédios, tal como em uma indústria, por exemplo. O cabeamento de backbone pode ser implementado com o uso de fibras ópticas, que apesar de exigirem um cuidado maior na sua instalação, são muito mais seguras, pois o sinal transmitido através da fibra óptica fica confinado no seu interior, não sendo possível captar qualquer informação na parte externa dos cabos. Já no caso dos cabos metálicos, o sinal eletromagnético propagado ao longo do cabo produzirá um campo eletromagnético na área externa aos cabos, que poderia ser captado, capturando a informação trafegada. Para impedir esta propagação do sinal, a solução usar cabos blindados, que, no entanto, têm um custo maior e são mais difíceis de instalar. Assim, a tendência são cabos ópticos para o cabeamento de backbone. O cabeamento horizontal fará a conexão entre o armário de telecomunicações e as tomadas de telecomunicações. As normas de cabeamento estruturado estabelecem que o cabeamento seja terminado em um elemento de conexão, onde será conectado um cordão de manobra. Para o cabeamento metálico, o dispositivo de conexão é o chamado Patch Panel, no qual estão as portas de conexão dos cabos de manobra na parte frontal e os cabos propriamente, que vêm das outras áreas, conectados na parte de trás desses dispositivos. O fator essencial para garantir a disponibilidade desse sistema é a identificação correta das conexões. Como pode haver centenas de cabos conectados em cabeamento horizontal e switches, em caso de uma falha, o tempo necessário para a localização pode afetar significativamente o restabelecimento do serviço. Ou seja, o usuário pode ficar sem os serviços de rede por horas caso a identificação não tenha sido feita adequadamente ou tenha sido alterada sem a correção da documentação. Na prática, algumas redes acabam sendo totalmente refeitas com o passar do tempo, pois a falta de documentação das alterações torna a manutenção inviável. Assim, um fator crítico para a análise e resolução de problemas é a garantia de que a documentação está correta e devidamente atualizada. TEMA 5 – NORMAS ISO E NBR Além das normas TIA/EIA, que são a base para os projetos de infraestrutura de cabeamento estruturado existem as normas internacionais,26 publicadas pela ISO, e as normas nacionais, publicadas pela ABNT. Assim, em alguns casos, é necessária a utilização dessas outras normas em razão da exigência da empresa para a qual será feito o projeto. Desta forma, apresentaremos as principais normas que podem ser utilizadas nos projetos. 5.1 Normas ISO Para a área de infraestrutura de cabeamento estruturado, as normas ISO a serem utilizadas fazem parte do conjunto de normas ISO/IEC 11801, que especificam um cabeamento genérico para uso nas instalações, que podem ser compostos de um ou vários edifícios em um campus, incluindo o cabeamento de par trançado balanceado e o cabeamento de fibra óptica. A ISO/IEC 11801 é aplicada para instalações nas quais a distância máxima de distribuição dos serviços de telecomunicações é de 2.000 m. No entanto, os princípios dessa norma internacional podem ser aplicados a instalações maiores. O cabeamento definido por essa norma suporta uma ampla gama de serviços, incluindo voz, dados, texto, imagem e vídeo. Este Padrão Internacional especifica diretamente ou estabelece a referência para: a) estrutura e configuração mínima para cabeamento genérico; b) interfaces na tomada de telecomunicações (TO); c) requisitos de desempenho para links e canais de cabeamento individuais; d) requisitos e opções de implementação; e) requisitos de desempenho para componentes de cabeamento necessários para as distâncias máximas especificado nesta norma; f) requisitos de conformidade e procedimentos de verificação. A norma ISO/IEC 11801 identifica os elementos funcionais do cabeamento genérico, descreve como eles estão conectados para formar subsistemas e identifica as interfaces nas quais os equipamentos de rede estão conectados ao cabeamento genérico. Os serviços de comunicação serão suportados pelo sistema com a conexão dos equipamentos às tomadas de telecomunicações e aso distribuidores. Os componentes funcionais de um sistema genérico de cabeamento são: • Distribuidor de Campus (CD – Campus distributor); • Cabeamento de Backbone de Campus (campus backbone cable); 27 • Distribuidor de Edifício (BD – building distributor); • Cabeamento de Backbone de Edifício (building backbone cable); • Distribuidor de Piso (FD – floor distributor); • Cabeamento Horizontal (horizontal cable); • Ponto de Consolidação (CP – consolidation point); • Cabeamento do Ponto de Consolidação (consolidation point cable); • Tomada de Telecomunicações Multiusuário (MUTO – multi-user telecommunications outlet); • Tomada de Telecomunicações (TO – telecommunications outlet). A norma ISO/IEC 11801 estabelece que um sistema genérico de cabeamento estruturado será composto de três subsistemas de cabeamento, que são: backbone de campus, backbone de edifício e cabeamento horizontal, que fazem a interligação dos componentes descritos acima, conforme mostrado na figura a seguir. Figura 15 – Estrutura genérica do cabeamento estruturado Fonte: Rohling, 2020. Inclusive, este sistema genérico é a base tanto para as normas TIA vistas anteriormente como para as normas ABNT, conforme veremos adiante. 5.2 Normas da ABNT Caso seja necessário elaborar o projeto de cabeamento estruturado seguindo as normas nacionais, devemos utilizar como base a norma ABNT NBR 14.565, que estabelece requisitos para um sistema de cabeamento estruturado 28 para uso nas dependências de um único edifício ou de um conjunto de edifícios comerciais em um campus. No entanto, a ABNT tem outras normas que estabelecem os requisitos para a infraestrutura de outros ambientes, além dos edifícios comercias, que são apresentadas a seguir. ABNT NBR 16665:2019 – cabeamento estruturado para data centers: especifica um sistema de cabeamento estruturado para data centers e se aplica aos cabeamentos metálico e óptico utilizando como referência a ISO/IEC 24764. ABNT NBR 16264:2016 – cabeamento estruturado residencial: estabelece um sistema de cabeamento estruturado para uso nas dependências de uma residência ou um conjunto de edificações residenciais e especifica uma infraestrutura de cabeamento para três grupos de aplicações: a) tecnologias da informação e telecomunicações (ICT); b) tecnologias de broadcast (BCT); c) automação residencial (AR) ABNT NBR 16521:2016 – cabeamento estruturado industrial: especifica um cabeamento estruturado que suporta uma extensa gama de serviços de telecomunicações, como automação, controle e aplicações de monitoramento para uso em instalações industriais ou áreas industriais em outros tipos de edificações, compreendendo um ou múltiplos edifícios em um campus. Essa Norma abrange o cabeamento balanceado e o cabeamento em fibra óptica. ABNT NBR 16415:2015 – caminhos e espaços para cabeamento estruturado: especifica a estrutura e os requisitos para os caminhos e espaços, dentro ou entre edifícios, para troca de informações e cabeamento estruturado de acordo com a ABNT NBR 14565. Portanto, para a elaboração de projetos de cabeamento estruturado para empresas que exigem a aplicação das normas da ABNT, devemos observar as especificações das normas NBR, de acordo com o ambiente em que será instalada a infraestrutura em questão. FINALIZANDO Para garantir que a infraestrutura de camada física atenda aos requisitos dos equipamentos de comunicação em redes de dados, é necessária a aplicação das normas de cabeamento estruturado na elaboração do projeto, garantindo os padrões mínimos para o correto funcionamento da infraestrutura da rede, bem como da hierarquia estabelecida nestas normas. 29 Embora existam diversas normas para a elaboração dos projetos de cabeamento estruturado, há muitos pontos em comum entre as normas ABNT NBR 14.565, ISO 11801 e a TIA. Os projetos elaborados por estas normas atenderão as premissas básica, principalmente em relação à estrutura hierárquica da organização dos componentes e à descrição de elementos de manobra e de interconexão. As diferenças básicas estão associadas à nomenclatura adotada para identificar os componentes, porém a sua correlação pode ser feita facilmente, pois são bastante semelhantes. Para a elaboração do projeto de cabeamento estruturado, além da aplicação das normas pertinentes é necessário verificar as interfaces dos equipamentos de rede a serem utilizados para a correta definição do tipo de cabo que será instalado, que pode ser metálico ou de fibra óptica. Caso sejam escolhidas as interfaces ópticas, é necessário também verificar o tipo de conectorização e o tipo de fibra, se monomodo ou multimodo. Para o cabeamento metálico, é preciso definir a categoria do cabo a ser empregado, preferencialmente cat6 ou cat6A. No entanto, no caso da escolha pela categoria 6A, existem soluções de fabricantes com os modelos UTP e blindados, sendo necessário fazer essa escolha, que impactará no tipo de Patch Panel, que também deve ser do tipo blindado caso se opte por esse tipo de cabo. Assim, a implementação da infraestrutura deve estar integrada com o projeto da rede comutada, ou seja, do projeto de interconexão dos switches. Esse projeto utiliza o modelo hierárquico com três níveis, que são: a camada de núcleo, em que está o switch core, a camada de distribuição, que pode ser opcional, e a camada de acesso, que fará a conexão dos equipamentos de usuários, conforme mostrado na figura abaixo. 30 Figura 16 – Topologia da rede e o cabeamento estruturado Fonte: Rohling, 2020. SW CORE SW de Distribuição SW de Acesso Sala de Equipamentos AT1 AT2 SW de Acesso SW5 SW6 SW1 SW2 SW3 SW4 Work Area Cabeamento de Backbone Cabeamento Horizontal
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