Roteador Sem Fio

Estes são os componentes de um ponto de acesso:

1. As antenas sem fio (Elas estão incorporadas dentro da versão do roteador mostrada na figura acima.);

2. Várias portas de comutação Ethernet;

3. Uma porta de internet.

Semelhante a um escritório corporativo, a maioria das casas oferece conectividade com fio e sem fio para a rede. As figuras mostram um roteador doméstico e um laptop conectando-se à rede local (LAN).

Conexão com fio ao roteador sem fio

Placas de Interface de Rede

As placas de interface de rede (NICs) conectam um dispositivo à rede. As NICs Ethernet são usadas para uma conexão com fio, como mostrado na figura, enquanto as NICs da rede local sem fio (WLAN) são usadas para a conexão sem fio. Um dispositivo de usuário final pode incluir um ou os dois tipos de NICs. Uma impressora de rede, por exemplo, pode só ter uma NIC Ethernet e, portanto, deve ser conectada à rede com um cabo Ethernet. Outros dispositivos, como tablets e smartphones, só contém uma NIC WLAN e devem usar uma conexão sem fio.

Conexão com fio usando uma NIC Ethernet

Nem todas as conexões físicas são iguais, em termos de nível de desempenho, durante uma conexão com uma rede.

Características da camada física

4.2.1

Padrões da Camada Física

No tópico anterior, você obteve uma visão geral de alto nível da camada física e seu lugar em uma rede. Este tópico mergulha um pouco mais fundo nas especificidades da camada física. Isso inclui os componentes e a mídia usada para construir uma rede, bem como os padrões necessários para que tudo funcione em conjunto.

Os protocolos e operações das camadas OSI superiores são executados usando software desenvolvido por engenheiros de software e cientistas da computação. Os serviços e protocolos na suíte TCP/IP são definidos pela Internet Engineering Task Force (IETF).

A camada física consiste em circuitos eletrônicos, meios físicos e conectores desenvolvidos pelos engenheiros. Portanto, é aconselhável que os padrões que regem esse hardware sejam definidos pelas organizações de engenharia de comunicações e elétrica relevantes.

Há muitas organizações nacionais e internacionais diferentes, organizações reguladoras de governo e empresas privadas envolvidas no estabelecimento e na manutenção de padrões da camada física. Por exemplo, os padrões de hardware, mídia, codificação e sinalização da camada física são definidos e governados por essas organizações de padrões:

• International Organization for Standardization (ISO)

• Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Association (TIA/EIA)

• União Internacional de Telecomunicações (ITU)

• Instituto Nacional de Padronização Americano (ANSI)

• Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

• Autoridades reguladoras de telecomunicações nacionais, incluem Federal Communication Commission (FCC) nos EUA e European Telecommunications Standards Institute (ETSI)

Além desses, geralmente existem grupos regionais de padrões de cabeamento, como CSA (Canadian Standards Association), CENELEC (Comitê Europeu de Padronização Eletrotécnica) e JSA / JIS (Japanese Standards Association), que desenvolvem especificações locais.

Codificação

A codificação ou codificação de linha é um método para converter um fluxo de bits de dados em um "código” predefinido. Os códigos são agrupamentos de bits usados para fornecer um padrão previsível que pode ser reconhecido tanto pelo emissor quanto pelo receptor. Em outras palavras, a codificação é o método ou o padrão usado para representar as informações digitais. É semelhante a como o código Morse codifica uma mensagem usando uma série de pontos e traços.

Por exemplo, a codificação Manchester representa um bit 0 por uma transição de alta para baixa voltagem, e um bit 1 é representado como uma transição de baixa para alta voltagem. Um exemplo de codificação Manchester é ilustrado na figura. A transição ocorre no meio de cada período de bit. Esse tipo de codificação é usado na Ethernet de 10 Mbps. Taxas de dados mais rápidas exigem uma codificação mais complexa. A codificação Manchester é usada em padrões Ethernet mais antigos, como o 10BASE-T. A Ethernet 100BASE-TX usa codificação 4B / 5B e 1000BASE-T usa codificação 8B / 10B.

A imagem é um gráfico de linha de tensão ao longo do tempo representando Manchester codificação de um fluxo de sete bits. Existem linhas horizontais espaçados uniformemente separados que representam períodos de bits. Há também uma linha vertical desenhada a meio caminho do eixo y usado como ponto de referência. À medida que o fluxo de bits (sinal) é enviado, há quedas e aumentos nos níveis de tensão no meio de cada período de bit. Se o bit for um zero binário, a tensão cai no meio. Se o bit for binário, a tensão aumenta no meio. Os bits transmitidos são 0100110.

1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0

VoltagemTempo

Sinais elétricos em Cabos de Cobre

Pulsos de Luz em Cabos Ópticos

Sinais em microondas sem Fio

Terminologia de largura de banda

Os termos usados para medir a qualidade da largura de banda incluem:

• Latência;

• Rendimento;

• Dados úteis.

Latência

O termo latência se refere ao tempo necessário para os dados viajarem de um ponto a outro, incluindo atrasos.

Em uma internetwork ou em uma rede com vários segmentos, a taxa de transferência não pode ser mais rápida que o link mais lento no caminho da origem ao destino. Mesmo que todos ou a maioria dos segmentos tenham alta largura de banda, será necessário apenas um segmento no caminho com baixa taxa de transferência para criar um gargalo na taxa de transferência de toda a rede.

Taxa de transferência

Taxa de transferência é a medida da transferência de bits através da mídia durante um determinado período.

Devido a alguns fatores, geralmente a taxa de transferência não corresponde à largura de banda especificada nas implementações da camada física. A taxa de transferência geralmente é menor que a largura de banda. Existem muitos fatores que influenciam a taxa de transferência:

• A quantidade de tráfego;

• O tipo de tráfego;

• A latência criada pelo número de dispositivos de rede encontrados entre a origem e o destino.

Existem muitos testes de velocidade on-line que podem revelar a taxa de transferência de uma conexão com a Internet. A figura fornece exemplos de resultados de um teste de velocidade.

Dados úteis

Há uma terceira medida para avaliar a transferência de dados utilizáveis; é conhecido como goodput. Goodput é a medida de dados usáveis transferidos em um determinado período. Goodput é a taxa de transferência menos a sobrecarga de tráfego para estabelecer sessões, reconhecimentos, encapsulamento e bits retransmitidos. O goodput é sempre menor que a taxa de transferência, que geralmente é menor do que a largura de banda.

Cabeamento de Cobre

4.3.1

Características do Cabeamento de Cobre

O cabeamento de cobre é o tipo mais comum de cabeamento usado nas redes hoje em dia. Na verdade, o cabeamento de cobre não é apenas um tipo de cabo. Existem três tipos diferentes de cabeamento de cobre que são usados em situações específicas.

As redes usam mídia de cobre porque é barata, fácil de instalar e tem baixa resistência à corrente elétrica. Entretanto, ela é limitada pela distância e interferência de sinal.

Os dados são transmitidos por cabos de cobre como pulsos elétricos. Um detector na interface de rede de um dispositivo destino tem que receber um sinal que poderá ser decodificado com êxito para corresponder ao sinal enviado. No entanto, quanto mais o sinal viaja, mais ele se deteriora. Isso se chama atenuação de sinal. Por isso, todas as mídias de cobre devem seguir limitações de distância rigorosas, conforme especificado nos padrões de orientação.

A temporização e a voltagem dos pulsos elétricos também são suscetíveis à interferência de duas fontes:

• Interferência eletromagnética (EMI) ou interferência de radiofrequência (RFI) - Os sinais EMI e RFI podem distorcer e corromper os sinais de dados que estão sendo transportados pela mídia de cobre. Possíveis fontes de EMI e RFI são dispositivos de ondas de rádio e eletromagnéticos, como luzes fluorescentes ou motores elétricos.

• Diafonia - Diafonia é uma perturbação causada pelos campos elétrico ou magnético de um sinal em um fio para o sinal em um fio adjacente. Nos circuitos de telefone, a diafonia pode fazer com que parte de outra conversa de voz de um circuito adjacente seja ouvida (linha cruzada). Especificamente, quando uma corrente elétrica flui através de um cabo, ela cria um pequeno campo magnético circular ao redor do cabo, que pode ser captado por um cabo adjacente.

A figura mostra como a transmissão de dados pode ser afetada pela interferência.

Para contrabalançar os efeitos negativos da EMI e da RFI, alguns tipos de cabos de cobre têm proteção metálica e exigem conexões devidamente aterradas.

Para contrabalançar os efeitos negativos do crosstalk, alguns tipos de cabos de cobre têm pares de cabos de circuitos opostos juntos, o que efetivamente cancela o crosstalk.

A suscetibilidade dos cabos de cobre ao ruído eletrônico também pode ser limitada usando estas recomendações:

• Selecionando o tipo ou categoria de cabo mais adequado para um determinado ambiente de rede

• Projetar uma infraestrutura de cabos para evitar fontes conhecidas e potenciais de interferência na estrutura do edifício

• Usando técnicas de cabeamento que incluem o manuseio e a terminação adequados dos cabos

Tipos de cabeamento de cobre

Há três tipos principais de mídias de cobre usadas em redes.

A figura é composta de imagens que mostram os três tipos de cabos de cobre, cada um com uma parte do revestimento exterior do cabo despojado para expor a construção do cabo. A primeira imagem mostra o cabo de par torcido não blindado (UTP) com quatro pares de cores de fios torcidos - azul, laranja, verde e marrom. A segunda imagem é um cabo blindado de par torcido (STP) mostrando quatro pares de fios torcidos - azul, verde, marrom e laranja - com um escudo de folha em torno de todos os quatro pares. A última imagem mostra um condutor de cobre central cercado por isolamento plástico cercado por um escudo trançado.

Cabo de par trançado não blindado (UTP)Cabo de Pares Trançados Blindados (STP)Cabo Coaxial

Par trançado não blindado (UTP)

O cabeamento de par trançado não blindado (UTP) é o meio físico de rede mais comum. O cabeamento UTP, terminado com conectores RJ-45, é usado para interconectar hosts de rede com dispositivos de rede intermediários, como comutadores e roteadores.

Nas LANs, o cabo UTP consiste em quatro pares de cabos codificados por cores que foram trançados e depois colocados em uma capa plástica flexível que protege contra danos físicos menores. O processo de trançar cabos ajuda na proteção contra interferência de sinais de outros cabos.

Conforme visto na figura, os códigos de cores identificam os pares e cabos individuais e ajudam na terminação do cabo.

Cabo UTP mostrando o revestimento externo do cabo (rotulado 1), os pares de fios torcidos (rotulados 2) e o isolamento laranja, verde, azul e marrom (rotulado 3)

1 2 3

Par trançado blindado (STP)

O par trançado blindado (STP) oferece maior proteção contra ruído do que o cabeamento UTP. No entanto, em comparação com o cabo UTP, o cabo STP é significativamente mais caro e difícil instalação. Assim como o cabo UTP, o STP usa um conector RJ-45.

Os cabos STP combinam as técnicas de blindagem para contrabalançar a EMI e a RFI, e são trançados para conter o crosstalk. Para aproveitar totalmente a blindagem, os cabos STP são terminados com conectores de dados STP blindados especiais. Se o cabo não estiver devidamente aterrado, a blindagem poderá atuar como uma antena e captar sinais indesejados.

O cabo STP mostrado usa quatro pares de cabo, envolvidos em blindagens, que são colocados em uma proteção ou revestimento geral metálico.

Cabo coaxial

O cabo coaxial, ou coax para abreviar, recebeu seu nome porque tem dois condutores que compartilham o mesmo eixo. Conforme mostrado na figura, o cabo coaxial consiste no seguinte:

• Um condutor de cobre é usado para transmitir os sinais eletrônicos.

• Uma camada de isolamento plástico flexível envolve um condutor de cobre.

• O material de isolamento é envolvido em uma malha de cobre com tecido, ou uma folha metálica, que atua como o segundo cabo no circuito e uma proteção para o condutor interno. Essa segunda camada, ou blindagem, também reduz a quantidade de interferência eletromagnética externa.

• Todo o cabo é coberto com um revestimento para evitar danos físicos menores.

Há tipos diferentes de conectores utilizados com o cabo coax. Os conectores Bayonet Neill-Concelman (BNC), tipo N e tipo F são mostrados na figura.

Embora o cabo UTP tenha substituído essencialmente o cabo coaxial nas modernas instalações Ethernet, o design do cabo coaxial é usado nas seguintes situações:

• Instalações sem fio - Os cabos coaxiais conectam antenas a dispositivos sem fio. O cabo coaxial transporta a energia de radiofrequência (RF) entre as antenas e o equipamento de rádio.

• Instalações de Internet a cabo - Os provedores de serviços a cabo fornecem conectividade à Internet para seus clientes, substituindo partes do cabo coaxial e suportando elementos de amplificação por cabo de fibra óptica. No entanto, o cabeamento dentro das instalações do cliente ainda é coaxial.

Cabeamento UTP

4.4.1

Propriedades do Cabo UTP

No tópico anterior, você aprendeu um pouco sobre o cabeamento de cobre de par torcido não blindado (UTP). Como o cabeamento UTP é o padrão para uso em LANs, este tópico entra em detalhes sobre suas vantagens e limitações e o que pode ser feito para evitar problemas.

Quando usado como meio de rede, o cabeamento UTP consiste em quatro pares de fios de cobre com código de cores que foram torcidos juntos e depois envoltos em uma bainha de plástico flexível. Seu tamanho reduzido pode ser vantajoso durante a instalação.

O cabo UTP não usa blindagem para contrabalançar os efeitos de EMI e RFI. Em vez disso, os projetistas de cabos descobriram outras maneiras de limitar o efeito negativo da diafonia:

• Cancelamento - os designers agora emparelham os fios em um circuito. Quando dois fios de um circuito elétrico são colocados próximos um do outro, seus campos magnéticos serão opostos. Assim, os dois campos magnéticos cancelam um ao outro e também podem cancelar sinais externos de EMI e RFI.

• Variando o número de torções por par de fios - Para aumentar ainda mais o efeito de cancelamento de fios de circuito emparelhados, os projetistas variam o número de torções de cada par de fios em um cabo. O cabo UTP deve seguir especificações precisas que orientam quantas tranças são permitidas por metro (3,28 pés) do cabo. Observe na figura que o par laranja/laranja e branco é menos trançado do que o par azul/azul e branco. Cada par colorido é trançado um número de vezes diferente.

O cabo UTP depende exclusivamente do efeito de cancelamento produzido pelos pares de fios trançados para limitar a degradação de sinal e fornecer efetivamente a autoblindagem para cabos trançados na mídia de rede.

Padrões e conectores de cabeamento UTP

O cabeamento de UTP está em conformidade com os padrões estabelecidos conjuntamente pela TIA/EIA. Especificamente, o TIA/EIA-568 estipula os padrões de cabeamento comerciais para instalações de LAN e é o padrão mais usado em ambientes de cabeamento de LAN. Alguns dos elementos definidos são os seguintes:

• Tipos de cabos;

• Comprimentos do cabo;

• Conectores;

• Terminação de cabo;

• Métodos de teste de cabo.

As características elétricas do cabeamento de cobre são definidas pelo Instituto de Engenharia Elétrica e Eletrônica (IEEE). O IEEE classifica o cabeamento UTP de acordo com o desempenho. Os cabos são colocados nas categorias, com base na capacidade de transportar taxas de largura de banda mais altas. Por exemplo, o cabo Categoria 5 é usado normalmente em instalações 100BASE-TX Fast Ethernet. Outras categorias incluem o cabo Categoria 5 aprimorada, Categoria 6 e Categoria 6a.

Os cabos em categorias mais altas são desenvolvidos e construídos para suportar taxas de dados mais elevadas. À medida que novas tecnologias Ethernet de velocidade de gigabit estão sendo desenvolvidas e adotadas, a Categoria 5e é agora o tipo de cabo minimamente aceitável, com a Categoria 6 sendo o tipo recomendado para novas instalações prediais.

A figura mostra três categorias de cabo UTP:

• A categoria 3 foi originalmente utilizada para comunicação de voz através de linhas de voz, mas mais tarde utilizada para transmissão de dados.

• As categorias 5 e 5e são utilizadas para a transmissão de dados. Categoria 5 suporta 100Mbps e Categoria 5e suporta 1000 Mbps.

• A categoria 6 tem um separador adicional entre cada par de fios para suportar velocidades mais altas. Categoria 6 suporta até 10 Gbps.

• Categoria 7 também suporta 10 Gbps.

• Categoria 8 suporta 40 Gbps.

Alguns fabricantes produzem cabos que excedem as especificações da Categoria TIA/EIA 6a e os classificam como Categoria 7.

O cabo UTP geralmente é terminado com um conector RJ-45. O padrão TIA/EIA-568 descreve os códigos de cores de cabos para atribuições dos pinos (pinagem) para cabos Ethernet./

Plugues UTP RJ-45

Conforme mostrado na figura, o conector RJ-45 é o componente macho, prensado na extremidade do cabo.

um conector RJ45 e um cabo terminado com um conector RJ45

Sockets UTP RJ-45

O soquete, mostrado na figura, é o componente feminino de um dispositivo de rede, parede, tomada de partição de cubículo ou painel de conexões. Quando terminado incorretamente, o cabo é uma fonte potencial de degradação do desempenho da camada física.

Cabo UTP mal terminado

Esta figura mostra um exemplo de um cabo UTP mal terminado. Esse conector defeituoso possui fios expostos, sem torção e não totalmente cobertos pela bainha.

cabo UTP mal terminado mostrando fios não torcidos que se estendem fora do conector RJ45

Cabo UTP devidamente encerrado

A figura seguinte mostra um cabo UTP devidamente terminado. É um bom conector com fios que não são torcidos apenas na extensão necessária para conectar o conector.

cabo UTP de terminação adequada mostrando o revestimento do cabo estendendo-se para o conector RJ45 o suficiente para ser cravado de forma segura com todos os oito fios atingindo a extremidade do conector

Observação: A terminação incorreta do cabo pode afetar o desempenho da transmissão.

Cabos UTP diretos e cruzados

Situações diversas podem exigir que os cabos UTP sejam conectados de acordo com diferentes convenções de fiação. Isso significa que os fios individuais do cabo precisam ser conectados em ordem diferente para conjuntos diferentes de pinos nos conectores RJ-45.

Estes são os principais tipos de cabo obtidos com o uso de convenções de cabeamento específicas:

• Ethernet direta - O tipo mais comum de cabo de rede. Geralmente é usado para interconectar um host a um switch e um switch a um roteador.

• Ethernet Crossover - Um cabo usado para interconectar dispositivos semelhantes. Por exemplo, para conectar um switch a um switch, um host a um host ou um roteador a um roteador. No entanto, os cabos cruzados agora são considerados legados, pois as NICs usam o cruzamento de interface dependente médio (Auto-MDIX) para detectar automaticamente o tipo de cabo e fazer a conexão interna.

Observação: Outro tipo de cabo é um cabo de rollover, que é proprietário da Cisco. É usado para conectar uma estação de trabalho a uma porta do console do roteador ou do switch.

O uso incorreto de um cabo crossover ou direto entre dois dispositivos não danifica os dispositivos, mas a conectividade e comunicação entre os dispositivos não será realizada. Este é um erro comum e verificar se as conexões do dispositivo estão corretas deve ser a primeira ação de solução de problemas se a conectividade não for alcançada.

A figura identifica os pares de fios individuais para os padrões T568A e T568B.

Cabeamento de Fibra Óptica

Propriedades do Cabeamento de Fibra Óptica

Como você aprendeu, o cabeamento de fibra óptica é o outro tipo de cabeamento usado em redes. Porque é caro, não é tão comumente usado nos vários tipos de cabeamento de cobre. Mas o cabeamento de fibra óptica tem certas propriedades que o tornam a melhor opção em certas situações, que você descobrirá neste tópico.

O cabo de fibra óptica transmite dados por longas distâncias e a larguras de banda mais altas do que qualquer outra mídia de rede. Diferentemente dos fios de cobre, o cabo de fibra óptica pode transmitir sinais com menos atenuação e é completamente imune à interferência de EMI e RFI. A fibra óptica é comumente usada para interconectar dispositivos de rede.

A fibra óptica é um fio flexível, extremamente fino e transparente de vidro muito puro, não muito maior do que um fio de cabelo humano. Os bits são codificados na fibra como pulsos de luz. O cabo de fibra óptica atua como um guia de onda, ou “tubo de luz”, para transmitir luz entre as duas extremidades com o mínimo de perda do sinal.

Como uma analogia, considere um rolo de papel toalha vazio com o interior revestido como um espelho. Ele tem mil metros de comprimento e um pequeno ponteiro laser é usado para enviar sinais de código Morse na velocidade da luz. Basicamente, é assim que o cabo de fibra óptica funciona, só que tem um diâmetro menor e usa tecnologias de luz sofisticadas.

Fibra monomodo

O SMF consiste em um núcleo muito pequeno e usa a tecnologia laser cara para enviar um único raio de luz, conforme mostrado na figura. O SMF é popular em situações de longa distância que se estendem por centenas de quilômetros, como os exigidos em aplicações de telefonia de longo curso e TV a cabo.

Fibra multimodo

O MMF consiste em um núcleo maior e usa emissores de LED para enviar pulsos de luz. Especificamente, a luz de um LED entra na fibra multimodo em diferentes ângulos, como mostrado na figura. Popular nas LANs porque pode ser acionada por LEDs de baixo custo. Ela fornece largura de banda até 10 Gb/s por links de até 550 metros.

Conectores de Ponta Reta - Straight Tip - ST

Os conectores ST foram um dos primeiros tipos de conectores usados. O conector trava firmemente com um mecanismo do tipo baioneta “Twist-on / twist-off”.

Conectores SC - Conectores de Assinante

Às vezes, os conectores SC são chamados de conector quadrado ou conector padrão. Eles são um conector LAN e WAN amplamente adotado que usa um mecanismo push-pull para garantir uma inserção positiva. Esse tipo de conector é usado com fibra multimodo e monomodo.

Conectores Lucent - LC Simplex

Os conectores LC simplex são uma versão menor do conector SC. Às vezes, eles são chamados de conectores pequenos ou locais e estão crescendo rapidamente em popularidade devido ao seu tamanho menor.

Concetores LC - duplex, multimodo

Um conector LC multimodo duplex é semelhante a um conector LC simples, mas usa um conector duplex.

Cabo Multimodo - SC-SC

Cabo Monomodo - LC-LC

Cabo Multimodo - ST-LC

Cabo Monomodo - SC-ST

Fibra Versus Cobre

Há muitas vantagens de usar cabos de fibra óptica em comparação com os cabos de cobre. A tabela destaca algumas dessas diferenças.

Atualmente, na maioria dos ambientes empresariais, a fibra óptica é usada principalmente como cabeamento de backbone para conexões ponto a ponto de alto tráfego entre instalações de distribuição de dados. Ele também é usado para a interconexão de edifícios em campus multi-construção. Como os cabos de fibra ótica não conduzem eletricidade e têm uma baixa perda de sinal, eles são adequados para esses usos.

Cisco Meraki MX64W