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.

  1. Introdução

  2. Tipos de Cabeamento

  3. Cabo Coaxial

  4. Tipos de Cabos Coaxiais

  5. Par Trançado

  6. Classificação de par trançado

  7. Tipos de Conectores

  8. Esquema de fiação para conectores RJ-45

  9. Fibra óptica

  10.  Evolução das Redes de Dados

  11. Cabo Coaxial – Sistema BUS

  12. Desvantagens do cabo coaxial

  13. Surgimento do Cabo UTP

  14. Vantagens do cabo UTP

  15. Vantagens da fibra óptica

  16. Tipos de fibras ópticas

  17. Emendas de fibras ópticas

  18. Conectores ópticos

  19. Glossário 

  20. 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

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.

Evolução das Redes de Dados

1. TOPOLOGIA DE REDE ETHERNET

CABO COAXIAL - Sistema BUS

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)

SURGIMENTO DO CABO UTP

 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.

 

VANTAGENS DA FIBRA ÓPTICA

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.

TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS

             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     

EMENDAS DE FIBRAS ÓPTICAS

 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.

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