Redes Estruturadas de Cobre e Fibra

Com a mudança dos sistemas informáticos proprietários para sistemas abertos, foram criadas as condições para a alteração dos sistemas de cablagem proprietários para sistemas abertos de uso comum, nascendo assim o conceito de rede estruturada.

As redes estruturadas são sistemas de interligação de dispositivos que permitem a partilha de recursos, periféricos e/ou informação.


Uma rede devidamente projectada e instalada proporcionará a velocidade e fiabilidade essenciais à eficiência do sistema.

Onde antes os telefones eram a única preocupação, é necessário agora lidar com os requisitos cada vez maiores dos sistemas integrados de voz, dados e imagem.

A cablagem é um componente chave de qualquer rede e, como as necessidades estão em expansão constante, é preciso especificar e planear redes que possam crescer ou ser alteradas a qualquer momento: uma rede integrada de voz e dados deve ser estruturada, ou seja, deve ser um sistema genérico de cablagem que utilize a abordagem da distribuição por áreas de trabalho.

Os painéis de ligação (patch panels) localizados nos armários (racks) da zona técnica permitem que PC, impressoras, telefones e outros equipamentos sejam ligados ou desligados com facilidade e rapidez e que todas as alterações necessárias sejam feitas apenas no armário técnico e não obriguem a alterações nos caminhos de cabos e respectiva cablagem.

Os sistemas de cablagem estruturada foram desenvolvidos para reduzir os custos destas alterações.

Os sistemas não estruturados têm geralmente um custo inicial mais baixo do que um bom sistema estruturado, mas este é um exemplo flagrante em como o barato sai caro. A comprovação do sucesso destes sistemas é o crescente empenho das entidades reguladoras no sentido da normalização das novas redes com base neste modelo, sendo os regulamentos ITED (Infraestruturas de Telecomunicações em Edifícios) e ITUR (Infraestruturas de Telecomunicações em Loteamentos, Urbanizações e Condomínios) o melhor exemplo desta prática em Portugal.

Os actuais sistemas de cablagem estruturada dispõem de uma vasta gama de adaptadores que permitem continuar a utilizar equipamentos antigos e ir adicionando as últimas tecnologias de comunicação que vão passando a estar disponíveis.

O tipo de equipamento a ligar à rede e a quantidade de informação a transmitir são aspectos importantes a considerar na escolha dos cabos, assim como o espaço a disponibilizar no armário técnico e respectivos caminhos de cabos.

As redes estruturadas são infra-estruturas de cablagem de comunicações em prédios ou empreendimentos que consistem num conjunto padronizado de elementos menores denominados subsistemas.

Subsistemas

As redes estruturadas subdividem-se em seis subsistemas:

Interfaces de Entrada São as interfaces com o mundo exterior;
Centro Técnico Sala onde estão instalados os equipamentos que servem os utilizadores da infraestrutura;
Centro de Distribuição Sala onde estão alojados os equipamentos que ligam a infraestrutura principal (backbone) aos subsistemas de distribuição de cablagem horizontal (normalmente estão localizados na sala do Centro Técnico);
Backbone ou “Cablagem Tronco” Cablagem que interliga as Interfaces de Entrada, o Centro Técnico e o Centro de Distribuição;
Cablagem de Distribuição Horizontal Interliga o Centro de Distribuição às tomadas terminais;
Componentes Terminais Ligam os equipamentos dos utilizadores às tomadas terminais da Cablagem de Distribuição Horizontal.

Categorias dos cabos de cobre

Na cablagem de distribuição horizontal são usados cabos do tipo UTP, FTP e STP, os quais se inserem numa das seguintes categorias:

Cat.3 Actualmente definida na norma TIA/EIA-568-B para redes de dados utilizando frequências até 16 MHz. Muito usada há alguns anos para redes telefónicas e redes Ethernet a 10 Mbit/s usando cabos do tipo TVHV, no entanto, actualmente, em Portugal, já não é permitido usar cabos desta categoria na distribuição horizontal, utilizando-se somente para colunas montantes de redes telefónicas;
Cat.5e Actualmente definida na norma TIA/EIA-568-B para redes até 100 MHz é usada para redes Ethernet a 100 Mbit/s;
Cat.6 Actualmente definida na norma TIA/EIA-568-B para redes até 250 MHz, mais do dobro da categoria 5e; é adequada para redes Gigabit Ethernet 1000BASE-T
Cat.6a Actualmente definida na norma ANSI/TIA/EIA-568-B.2-10 para redes até 500 MHz, o dobro da categoria 6. Adequada para redes 10GBase-T;
Cat.7 Um nome informal aplicado à norma ISO/IEC 11801 Classe F para redes até 600 megahertz. Esta norma especifica quatro pares blindados individualmente no interior de uma blindagem total.
Cat.7a Um nome informal aplicado a alteração 1 da norma ISO/IEC 11801 Classe F para redes até 1000 MHz.

Nota: As categorias 1, 2, 4 e 5 não são actualmente reconhecidas pela TIA/EIA.

Os cabos e a sua instalação


O projecto e instalação de uma rede estruturada são regidos por um conjunto de normas que especificam como cabear os centros de dados, escritórios e edifícios de apartamentos para dados, vídeo e comunicação de voz, utilizando cabo e tomadas modulares.

Essas normas definem como colocar os cabos numa distribuição em estrela, de tal forma que todas as tomadas terminem num patch panel central, normalmente instalado num armário (rack) de 19”, onde se pode determinar exactamente como essas ligações serão usadas. Cada saída pode ser ligada a um switch da rede de dados (normalmente, também montado no mesmo armário ou noutro ao lado), ou a um patch panel de telecomunicações, o qual interliga com um sistema de telefónico ou PPCA (Posto Privado de Comutação Automática), fazendo, portanto, a ligação a uma porta de voz.

Para ligar computadores aos ramais ligados a portas de dados de um switch de rede bastam simples patch cords entre as tomadas terminais e os computadores. Para ligar terminais telefónicos a PPCA não é necessário, em Portugal, nenhum adaptador, pois a ficha RJ11 (6p6c) terminadora do cabo do telefone é fisicamente compatível com a tomada RJ45 (8p8c) e as ligações dos respectivos condutores são também compatíveis, no entanto, nalguns outros países, é necessário utilizar um adaptador na extremidade remota para converter a configuração das tomadas RJ45 na configuração padrão de telefonia local (como, por exemplo no Reino Unido, em que tem que ser colocado um adaptador porque as fichas telefónicas regulamentares, de 6 pinos, são fisicamente incompatíveis com as tomadas RJ45).

É comum a utilização de patch cords coloridos para identificar o tipo de ligação, apesar das normas não o exigirem.

Por outro lado, as normas exigem que todos os oito condutores do cabo sejam ligados/cravados, obviando assim à tentação de usar o mesmo cabo para a voz e para os dados (aproveitando os pares não utilizados do cabo).

A susceptibilidade do par trançado às interferências electromagnéticas depende muito de se conseguir manter intacto o “passo de trançada ou enrolamento” dos pares durante a instalação – os cabos de par trançado têm exigências rigorosas relativamente à tensão máxima a aplicar, assim como relativamente ao raio mínimo de curvatura admissível.

Esta relativa fragilidade dos cabos de par trançado faz com que as práticas de instalação sejam um elemento importante para assegurar o bom desempenho do cabo.

As redes estruturadas utilizam os seguintes tipos de cabo:

  • UTP (par trançado não blindado)
  • FTP (par trançado revestido)
  • STP (par trançado blindado)
  • Fibra Óptica


UTP – Par trançado não blindado (Unshielded Twisted Pair)


Os cabos UTP são utilizados na maioria das redes Ethernet e sistemas de telefonia e normalmente são constituídos por 4 pares.

É o cabo mais utilizado em redes estruturadas devido ao seu custo relativamente baixo quando comparado com a fibra óptica ou o cabo coaxial.

O cabo UTP está também a ter uma crescente utilização em aplicações de vídeo, principalmente em câmaras de segurança – muitas das câmaras IP das gamas média e alta incluem já uma saída UTP, com parafusos ou tomadas (RJ45) – tal é possível dado o facto da banda de transmissão do cabo UTP ter melhorado de forma a permitir a sua utilização na banda de sinais de televisão.

FTP – Par trançado revestido (Foiled Twisted Pair)


Os cabos FTP são cabos UTP com um revestimento metálico.

STP – Par trançado blindado (Shielded Twisted Pair)


O cabo STP possui blindagem metálica individual por cada par de fios de cobre. Este tipo de blindagem protege o cabo de interferências electromagnéticas externas (EMI).

Existem também cabos S/STP que têm blindagem individual em cada par (como os cabos STP) e também uma blindagem metálica exterior (como o cabo FTP) cobrindo todo o grupo de pares de cobre individualmente blindados. Este tipo de cabo oferece a melhor protecção contra interferências de fontes externas e também elimina o fenómeno da indução entre pares (crosstalk).

Nota: Os revestimentos e blindagens dos cabos FTP, STP e S/STP têm que ser ligados a uma boa terra (com resistência de terra inferior a 3 ohm) para evitar o "efeito antena" – este fenómeno aumenta o risco de interferências electromagnéticas externas – quando a blindagem de um cabo não é ligada à terra, esta actua como uma antena.

Fibra óptica


Uma fibra óptica é uma fibra de vidro ou de plástico que transporta a luz ao longo do seu comprimento. É a conjugação da ciência e da engenharia no sentido da aplicação prática dos conhecimentos sobre ciências ópticas às comunicações.

As fibras ópticas são amplamente utilizados em comunicações, pois permitem a transmissão em longas distâncias e em maiores larguras de banda do que outras formas de comunicação. As fibras são utilizadas em vez dos cabos metálicos porque estas produzem menos perdas e são imunes às interferências electromagnéticas.

A luz é mantida no núcleo da fibra óptica por reflexão interna total para que a fibra actue como um guia de ondas.

As fibras que transportam múltiplos sinais ou modos de propagação em simultâneo são chamadas fibras multimodo, enquanto aquelas que suportam apenas um único sinal ou modo de transmissão são chamadas fibras monomodo.

As fibras multimodo têm geralmente um diâmetro do núcleo maior e são usadas para troços de comunicação de curta distância (até 550 metros).

As fibras monomodo são utilizadas para a maioria dos troços de comunicação superiores a 550 metros.

Unir troços de fibra óptica é mais complexo que unir “fio eléctrico” – as extremidades das fibras devem ser cuidadosamente cortadas e depois unidas, mecanicamente ou fundindo-as através de um arco eléctrico – são usados ligadores especiais para permitir efectuar ligações amovíveis.

A fibra óptica pode ser utilizada como um meio de transmissão de comunicações e para a elaboração de redes, pois é flexível e pode ser “empacotada” em cabos.

É especialmente vantajosa para comunicações de longa distância porque a luz se propaga através da fibra com pouca atenuação comparativamente aos cabos eléctricos, o que permite que longas distâncias sejam cobertas com poucos repetidores; além disso, os sinais de luz na fibra, por canal de propagação, podem ser modulados em taxas muito elevadas (até de 111 Gbit/s) e cada fibra pode transportar muitos canais independentes, cada um usando um comprimento de onda de luz diferente (WDM – wavelength-division multiplexing).

Para aplicações de curta distância, como a criação de uma rede dentro de um prédio de escritórios, o cabo de fibra óptica pode ser utilizado para interligar os diversos bastidores de pisos e economizar espaço em condutas, porque uma única fibra pode transportar muito mais informação do que uma grande quantidade de cabos de cobre.

A fibra óptica é imune à interferência eléctrica; não há indução entre sinais em cabos diferentes e também não capta “ruído eléctrico” ambiental.

Os cabos de fibra óptica não conduzem electricidade, o que faz da fibra uma boa solução para proteger equipamentos de comunicações localizados em ambientes de alta tensão, tais como instalações de geração de energia eléctrica ou estruturas metálicas para comunicações propensas à atracção de relâmpagos e podem também ser usadas sem perigo de ignição em ambientes onde estejam presentes vapores explosivos.

Apesar das fibras ópticas poderem ser feitas de plástico transparente, vidro, ou uma combinação das duas, as fibras utilizadas em aplicações de comunicações de longa distância são sempre de vidro por causa da baixa atenuação óptica.

Por causa das baixas tolerâncias exigidas para acoplar a luz em fibras monomodo, os transmissores, receptores, amplificadores e outros componentes monomodo são geralmente mais caros do que os componentes multimodo.

As fibras são geralmente revestidas por uma camada resistente de resina isolante, a qual pode ter ainda uma outra camada de revestimento, geralmente de plástico. Estas camadas adicionam resistência à fibra, mas não contribuem para as suas propriedades ópticas.

Nas montagens de cabos rígidos de fibra é, por vezes, colocado vidro escuro para absorção de luz entre as fibras de vidro para evitar que a luz possa passar de uma fibra para outra – isto reduz a indução de luz entre fibras e os reflexos nas ondas luminosas.

Os cabos modernos têm uma variedade de bainhas e armaduras e são projectados para aplicações tão diversas como sejam: enterro directo em valas, isolamento de alta tensão, instalações em condutas, amarração aérea em postes, instalação submarina e inserção em ruas pavimentadas.

O custo dos cabos de fibra tem diminuído devido à grande procura para instalações de “fibra até a casa” (FTTH – Fiber To The Home).

O cabo de fibra pode ser muito flexível, mas a tradicional baixa perda da fibra aumenta consideravelmente quando a fibra é dobrada com um raio de curvatura muito apertado, criando um problema quando o cabo é dobrado em esquinas ou enrolado em carretéis, tornando as instalações mais complicadas.

Outra característica importante do cabo é a sua resistência à força horizontal aplicada – é tecnicamente chamada de "resistência máxima à tracção" e define a força máxima aplicável ao cabo durante a sua instalação.

Também aqui, a relativa fragilidade destes cabos faz com que as práticas de instalação sejam um elemento importante para assegurar o seu bom desempenho.

Algumas versões de cabos de fibra óptica são reforçadas com armaduras para proteger o núcleo do cabo contra roedores.

As fibras ópticas são ligadas aos equipamentos terminais através de “conectores” de fibra óptica, geralmente de um dos seguintes tipos padronizados: SC, ST, LC ou MTRJ.

As fibras ópticas podem ser unidas entre si por “conectores” ou por fusão (mecânica ou por arco eléctrico) juntando duas fibras para formar um guia de onda luminoso contínuo.

O método geralmente aceite para emendar fibras é a fusão das extremidades da fibra por arco eléctrico.

A fusão é feita com um instrumento especializado que geralmente funciona como segue:

  • As duas extremidades do cabo são fixadas num compartimento que protege as pontas a emendar e às extremidades da fibra são retirados os revestimento de polímero de protecção (assim como o revestimento exterior mais resistente, se presente).
  • As extremidades são cortadas perpendicularmente com um cutelo de precisão e são colocadas em suportes especiais no aparelho. A emenda é geralmente inspeccionada através de um ecrã de visualização ampliada para verificar os cortes, antes e depois da fusão.
  • O aparelho de fusão usa pequenos motores para alinhar as pontas das fibras correctamente e emite primeiro uma pequena faísca entre os eléctrodos, em redor das pontas, para queimar poeira e humidade; depois gera uma faísca maior que eleva a temperatura acima do ponto de fusão do vidro, fundindo então as pontas das fibras de forma permanente.

A localização e a energia da faísca são cuidadosamente controladas para que o núcleo fundido e o revestimento não se misturem, minimizando as perdas ópticas.

A estimativa de perdas da emenda é medida pelo aparelho direccionando luz através de um dos lados da fibra e medindo a luz recebida do outro lado. É típico obter uma perda na emenda abaixo de 0,1 dB.

A complexidade deste processo de emenda da fibra torna-o muito mais difícil do que emendar fio de cobre.

Em fibras multimodo (não é aceitável em fibras monomodo) e para trabalhos mais rápidos de união de fibras é por vezes utilizada a "fusão mecânica":

  • Os equipamentos para “fusão mecânica” de fibra são projectados para tornar a união mais rápida e fácil, mas há ainda a necessidade de retirar os revestimentos, efectuar uma limpeza cuidadosa das pontas das fibras e a clivagem de precisão.
  • As extremidades das fibras são alinhadas e unidas num “canal” de precisão, muitas vezes utilizando um gel adequado que melhora a transmissão de luz na união.
  • Estas uniões, de um modo geral, têm maiores perdas ópticas e são menos robustas que as emendas por fusão.

Todas as técnicas de união de fibras implicam a utilização de uma “manga” para protecção posterior da mesma.

As fibras são terminadas em “conectores” de modo que as extremidades das fibras são posicionadas à face dos terminais de forma precisa e segura.

Um conector de fibra óptica é basicamente um tambor cilíndrico rígido revestido por uma manga que o prende na sua tomada de acoplamento. O mecanismo de acoplamento pode ser de um dos seguintes tipos: "empurre e clique", "volta e trava" (“baioneta") ou parafuso (de enroscar).

Um conector típico é instalado preparando a extremidade da fibra e inserindo-a na parte traseira do corpo do conector.

É geralmente usada cola para segurar firmemente a fibra no “conector” e é fixado um tensor na parte traseira; quando a cola seca, a ponta da fibra é polida para um acabamento espelhado.

São utilizados vários perfis de polimento, dependendo do tipo de fibra e da aplicação:

  • As extremidades da fibra são geralmente polidas com uma ligeira curvatura, de modo que, quando os “conectores” são acoplados, as fibras apenas tocam nos seus núcleos – isto é conhecido como um polimento de "contacto físico" (PC – Physical Contact).
  • A superfície curva pode ser polida em ângulo, para fazer uma ligação de "contacto físico angular" (APC – Angled Physical Contact) – estas ligações têm maiores perdas que as ligações PC, mas reflexões muito mais reduzidas porque a luz que se reflecte da superfície inclinada não incide no núcleo da fibra; a consequente perda de sinal é conhecido como “perda de inserção” – as terminações APC de fibra têm baixas reflexões.

Classificação das Redes

A lista seguinte apresenta as categorias utilizadas para classificar as redes:

Classificação por topologia de rede:

As redes estruturadas podem ser classificadas de acordo com a topologia da rede em que a rede é baseada, tal como: rede em cascata, rede em estrela, rede em anel, rede em malha, rede em estrela/cascata, rede em árvore ou rede hierárquica.

Topologia de rede significa a maneira como os dispositivos da rede vêm as relações lógicas entre si. O uso do termo "lógica" aqui é significativo, isto é, a topologia da rede é independente do “layout” físico da rede, mesmo que os dispositivos ligados numa rede sejam fisicamente dispostos numa configuração linear, se estiverem ligados através de um hub, a rede tem uma topologia em estrela e não uma topologia em cascata.

Deste ponto de vista, as características visuais e operacionais de uma rede são distintos, a topologia de rede lógica não é necessariamente a mesma que o “layout” físico apresenta.

Classificação pelo método de ligação:

As redes estruturadas podem ser classificadas de acordo com a tecnologia de hardware e software que é usada para interligar os dispositivos na rede, tal como: Fibra Óptica, Ethernet ou LAN sem fios.

A Ethernet utiliza cablagem física (cabos de cobre e fibra óptica) para ligar os diversos dispositivos e, frequentemente, entre os dispositivos implementados estão incluídos: hubs, switches, bridges e/ou routers.

A tecnologia sem fios (Wireless LAN) é projectada para interligar dispositivos sem fios. Esses dispositivos utilizam ondas rádio ou sinais infravermelhos como meio de transmissão.

Tecnologias cabeadas:

Cabos de Par Trançado Este é o meio mais utilizado para a comunicação em rede. O par trançado comum consiste em dois fios de cobre isolados e entrançados, que são depois agrupados em pares, e são usados tanto para transmissão de voz como de dados. A utilização de dois fios entrançados contribui para reduzir as interferências e as induções electromagnéticas. As velocidades de transmissão vão de 1 Mb/s a 10 Gb/s, dependendo da categoria (da Cat.3 à Cat.7a).
Cabos de Fibra Óptica Estes cabos consistem num ou mais filamentos finos de fibra de vidro envolto(s) numa camada protectora. Transmite luz e esta pode percorrer longas distâncias a velocidades muito elevadas. Os cabos de fibra óptica não são afectados pelas radiações electromagnéticas e a velocidade de transmissão pode chegar a triliões de bits por segundo. A velocidade de transmissão da fibra óptica é milhares de vezes mais rápida que a alcançada com o cabo de par trançado.

Tecnologias sem fios:

Microondas Terrestres As microondas terrestres usam emissores e receptores baseados em Terra. O equipamento é semelhante ao das antenas parabólicas, trabalham na faixa dos poucos gigahertz e as comunicações estão limitadas à “linha de vista”. As antenas de microondas são normalmente instaladas no topo de edifícios, torres, colinas e no topo das montanhas.
Satélites de Comunicação Os satélites usam microondas de rádio como meio de comunicação, os quais não são desviados pela atmosfera da Terra. Os satélites estão “estacionados” no espaço, tipicamente a 22.000 milhas acima do Equador. Estes sistemas orbitais terrestres são capazes de receber e retransmitir, voz, dados e sinais de TV.
LAN sem fios As redes locais sem fios utilizam uma tecnologia de altas e baixas frequências de ondas rádio. As LAN sem fios usam uma tecnologia de largo espectro para permitir a comunicação entre vários dispositivos numa área limitada. Um exemplo de um standard na tecnologia sem fios de ondas de rádio é a norma IEEE 802.11b.
Bluetooth É uma tecnologia sem fios de curto alcance. Opera a cerca de 1 Mbps em distâncias de 10 a 100 metros. O Bluetooth é um protocolo aberto para troca de dados sem fios em curtas distâncias.

Classificação quanto à escala:

As redes são frequentemente classificadas como: Rede Local (LAN – Local Area Network), Rede Alargada (WAN – Wide Area Network), Rede Privada Virtual (VPN – Virtual Private Network), Rede de Alojamento/Gravação (SAN – Storage Area Network), etc., dependendo da sua escala, âmbito e finalidade. A utilização, os níveis de segurança e os direitos de acesso são frequentemente diferentes entre esses tipos de rede – por exemplo, as LAN tendem a ser projectadas para uso interno dos sistemas de uma organização e respectivos empregados em cada local físico (num prédio), enquanto a WAN pode ligar entre si partes de uma organização que estão fisicamente separadas e pode incluir ligações a terceiros.

Rede Local (LAN – Local Area Network)

Uma rede local (LAN) é uma rede que abrange uma pequena área física, como uma casa, um escritório ou um pequeno grupo de edifícios, como uma escola ou um aeroporto. Correntemente as LAN cabeadas são baseadas na tecnologia Ethernet, apesar de novos standards como o ITU-T G.hn também propiciarem uma outra forma de criar redes cabeadas reaproveitando os cabos existentes (cabos coaxiais, cabos telefónicos e cabos de energia).

Entre as características definidoras das LAN, relativamente às WAN, estão: maior velocidade de transferência de dados, menor escala geográfica e a ausência de linhas alugadas de comunicações. A actual tecnologia Ethernet e as outras tecnologias de LAN que cumprem a norma IEEE 802.3 operam em velocidades até 10 Gbit/s, no entanto, existem estudos no IEEE no sentido de criar novos standards para 40 e 100 Gbit/s.

Rede Alargada (WAN – Wide Area Network)

Uma rede alargada (WAN) é uma rede que abrange uma vasta área, ou seja, toda a rede de comunicações cujas ligações ultrapassem fronteiras metropolitanas, regionais ou nacionais. Menos formalmente, uma WAN é uma rede que utiliza routers e ligações através de comunicações públicas, em oposição às redes locais (LAN) que normalmente estão limitadas a um edifício.

O melhor e mais conhecido exemplo de uma WAN é a Internet ou Web.

Uma WAN é uma rede de comunicações de dados que cobre uma área geográfica relativamente ampla (de uma cidade para outra e/ou de um país para outro) e que muitas vezes utiliza meios de transmissão fornecidos por Operadores de comunicações, nomeadamente as empresas de telefonia. As tecnologias WAN geralmente funcionam nos três níveis inferiores do modelo de referência OSI: o nível físico, o nível de ligação de dados e o nível lógico de rede.

Rede de Alojamento/Gravação (SAN – Storage Area Network)

Uma rede de alojamento/gravação (SAN) é uma arquitectura para interligar dispositivos informáticos de armazenamento remoto (matrizes de discos, CD de gravação óptica, etc.) a servidores, de forma que os dispositivos aparentam como estando localmente ligados ao sistema operativo.

Uma SAN é tipicamente uma rede própria de dispositivos de armazenamento que geralmente não são acessíveis pelos dispositivos da rede comum.

O custo e a complexidade das SAN têm baixado nos últimos anos devido à baixa de custo dos equipamentos e aumento dos recursos de integração e da velocidade, resultando numa maior adopção deste tipo de redes pelas pequenas e médias empresas.

A SAN por si só não proporcionam a abstracção relativamente aos ficheiros, apenas efectua operações a nível de blocos, no entanto, os sistemas de arquivo construídos sobre as SAN proporcionam-no e são conhecidos como sistemas de arquivo SAN ou sistemas de arquivos partilhados.

Rede Privada Virtual (VPN – Virtual Private Network)

Uma rede privada virtual (VPN) é uma rede em que algumas das ligações entre nós são virtuais ou são circuitos virtuais em vez de cabos físicos (como em algumas grandes redes, como por exemplo na Internet).

Quando necessário, os protocolos do nível de ligação de dados da rede virtual criam “túneis” de transmissão através da rede.

Uma aplicação comum é a comunicação segura através da Internet pública, mas uma VPN não precisa ter características de segurança explícitas, tais como a autenticação ou encriptação de conteúdos; as VPN, por exemplo, podem ser usadas para separar o tráfego de diferentes comunidades de utilizadores sobre uma rede comum, utilizando fortes recursos de segurança.

Geralmente uma VPN tem uma topologia mais complexa do que o simples ponto-a-ponto, pelo que deve ser feito um grande esforço para assegurar a qualidade do seu desempenho definido um nível de serviço mínimo requerido entre o cliente e o prestador do serviço externo da VPN.

Conjuntos de redes (Internetwork):

A interligação de duas ou mais redes distintas, ou segmentos de rede, através de uma tecnologia comum é denominado um conjunto de redes.

Duas ou mais redes ou segmentos de rede interligam-se entre si através de dispositivos que operam no nível 3 (nível lógico de rede) do Modelo Básico de Referência OSI, como seja, por exemplo, um router.

Qualquer interligação de ou entre redes públicas, privadas, comerciais, industriais ou governamentais pode ser definida como um conjunto de redes.

Na prática, as redes interligadas utilizam o IP (Internet Protocol). Há pelo menos três variantes de conjuntos de redes, dependendo de quem as administra e de quem nelas participa: Intranet, Extranet e Internet.

Intranet A intranet é um conjunto de redes com base no protocolo e ferramentas IP, tais como motores de busca e aplicações de transferência de ficheiros, que estão sob o controle de uma única entidade de administração. O acesso à intranet é restrito a utilizadores específicos e autorizados, ou seja, uma intranet é a rede interna de uma organização. Uma grande intranet tem, normalmente, pelo menos um servidor de rede dedicado para disponibilizar a informação organizacional.
Extranet Uma extranet é uma rede ou um conjunto de redes de âmbito restrito a uma única organização ou entidade e que também pode ter ligações às redes de uma outra ou mais organizações ou entidades que em geral, mas não necessariamente, são confiáveis (por exemplo: os clientes de uma empresa podem ter acesso a uma parte da sua intranet, criando desta forma uma extranet, no entanto, do ponto de vista da segurança, os clientes não podem ser considerados "de confiança"). Tecnicamente, uma extranet pode também ser classificada como uma WAN, embora, por definição, uma extranet não possa consistir numa rede de uma única entidade, deve ter, no mínimo, uma ligação a uma rede externa.
Internet A Internet é um sistema global que interliga redes governamentais, académicas, públicas e privadas e que é baseado nas tecnologias de rede do Internet Protocol Suite. É a sucessora da Rede da Agência de Projectos Avançados de Investigação (ARPANET – Advanced Research Projects Agency Network), desenvolvida pela DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) do Departamento de Defesa dos Estados Unidos. A Internet é a espinha dorsal das comunicações subjacentes à World Wide Web (www).

Intranet e extranet podem ou não ter ligações à Web – se a intranet ou extranet estiver ligada à Web, normalmente esta está protegida para não poder ser acedida a partir da Web sem a devida autorização. A Web não é considerada uma parte da intranet ou extranet, embora possa servir como um portal para acesso a partes de uma extranet.

Os participantes na Web utilizam um conjunto diversificado de várias centenas de métodos documentados, e muitas vezes padronizados, de protocolos compatíveis com o Internet Protocol Suite, um sistema de endereçamento (endereços IP) administrado pela Autoridade de Atribuição de Números Internet (IANA - Internet Assigned Numbers Authority) e registos de endereços. Os prestadores de serviços e as empresas trocam informações sobre a acessibilidade aos seus espaços de endereço através do BGP (Border Gateway Protocol), formando uma malha redundante mundial de encaminhamento de comunicações.

Componentes básicos de hardware

Todas as redes são constituídas por blocos básicos de hardware que interligam os nós da rede, como sejam: Placas de rede, Bridges, Hubs, Switches e Routers.

Para além disto, é necessária uma forma de interligação desses blocos, que geralmente é o cabo de cobre (normalmente em Cat.5e/Cat.6), os feixes de microondas (IEEE 802.12) ou o cabo de fibra óptica.

Placas de rede


Uma placa de rede ou placa de interface de rede é uma peça de hardware de computador projectada para permitir que os computadores comuniquem em rede. Permitem o acesso físico a uma rede e geralmente providenciam um sistema de endereçamento de baixo nível mediante a utilização de endereços MAC (Media Access Control).

Repetidores


Um repetidor é um dispositivo electrónico que recebe um sinal, elimina o ruído, regenera-o e retransmite-o num nível de potência mais elevado para que o sinal possa cobrir maiores distâncias sem degradação. Na maioria das configurações de Ethernet sobre par trançado são necessários repetidores para comprimentos de cabo superiores a 100 metros (90 m entre tomadas terminais).

Hubs


Um hub de rede contém várias portas de dados. Quando um pacote de dados chega a uma porta, este é retransmitido sem alterações para todas as portas do hub. O endereço de destino configurado no pacote de dados não é alterado para um endereço de difusão.

Bridges


Uma bridge de rede interliga vários segmentos de rede no nível de ligação de dados (nível 2) do modelo OSI. As bridges não copiam o tráfego promiscuamente para todas as portas, como acontece nos hubs, “aprendem” quais os endereços MAC que são acedidos através de cada uma das portas.

Uma vez que a bridge associa cada porta a um endereço, esta irá tratar o tráfego desse endereço apenas através dessa porta.

A bridge “aprende” a associação de portas a endereços através da análise do endereço de origem dos pacotes de dados recebidos nas várias portas – aquando da primeira vez que um pacote de dados chega através de uma porta, o seu endereço de origem é guardado e a bridge assume que esse endereço MAC está associado a essa porta – aquando da primeira vez que um endereço de destino desconhecido é solicitado, a bridge irá retransmitir a informação para todas as portas, excepto para aquela de onde a recebeu, de modo a obter o endereço MAC da porta destino e poder guardá-lo.

Existem três tipos básicos de bridges:

Bridges locais: Interligam directamente redes locais (LAN);
Bridges remotas: Podem ser usadas para criar uma rede alargada (WAN) entre uma ou mais redes locais (LAN). As bridges remotas cujo circuito de ligação é mais lento do que as redes que interliga, têm sido em grande parte substituídas por routers;
Bridges sem fios: Podem ser usadas para interligar LAN ou ligar estações remotas às LAN.

Switches


Um switch de rede é um dispositivo que encaminha e filtra datagramas (partes de comunicações de dados) OSI nível 2 entre as suas diversas portas (tomadas onde são ligados os cabos), com base nos endereços MAC dos pacotes de dados.

É diferente de um hub na medida em que só encaminha os pacotes de dados para as portas envolvidas na comunicação, em vez de efectuar a retransmissão para todas as portas ligadas.

Um switch tem normalmente várias portas, facilitando a ligação a dispositivos numa topologia em estrela e permitindo a ligação de switchs adicionais em cascata.

Alguns switchs efectuam o tratamento e endereçamento dos dados em Nível 3 (Layer 3) e noutros níveis lógicos, estes são denominados switches multi-nível.

Os switches permitem uma ligação dedicada a cada terminal e admitem que muitas comunicações possam ter lugar em simultâneo.

Ao utilizar um switch a rede pode suportar Ethernet em full-duplex – isto significa que os dados podem ser transmitidos em ambas as direcções ao mesmo tempo.

A função principal de um switch é permitir que os terminais comuniquem apenas com o switch em vez estabelecer ligações entre si e, como um switch suporta Ethernet em full-duplex, isto significa que os dados podem ser enviados do terminal para o switch e do switch para o terminal em simultâneo.

O objectivo principal de um switch é descongestionar o fluxo de dados da rede para os terminais de modo a que as ligações se possam fazer com maior eficácia, recebendo os terminais apenas as transmissões específicas para o seu endereço de rede.

Com a rede descongestionada e transmitindo dados em ambas as direcções simultaneamente, de facto, quando dois terminais trocam informações, a velocidade e capacidade da rede podem duplicar.

Routers


Um router é um dispositivo de rede que encaminha pacotes de dados entre redes utilizando informações em protocolos de cabeçalho e tabelas de encaminhamento para determinar qual o próximo e mais indicado router para cada pacote.

Os routers trabalham no Nível Lógico de Rede (nível 3) do modelo OSI e no Nível Internet do TCP/IP.

Power over Ethernet (PoE)

Power over Ethernet ou tecnologia PoE descreve um sistema seguro para transporte de energia eléctrica e dados em cabos de rede Ethernet. Não deve ser confundido com Power Line Communication (PLC) ou com Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE). As versões PoE standard especificam cabos de Cat.5e ou superior para o seu correcto funcionamento.

A energia eléctrica pode ser fornecida por uma fonte de alimentação interna de um dispositivo PoE de rede, como por exemplo um switch Ethernet, ou por um dispositivo construído especificamente para "injectar" energia eléctrica nos cabos de rede Ethernet.

A norma IEEE 802.3af-2003 prevê o fornecimento de até 15,4 W de potência DC (44-57 VDC, conquanto a tensão nominal seja de 48 V, e 10-350 mA) sobre dois dos quatro pares disponíveis num cabo de Cat.5e/Cat.6, para cada dispositivo, no entanto, apenas terão que ser assegurados 12,95 W de potência disponível para o aparelho alimentado, pois alguma da energia é dissipada no cabo.

É também usada a técnica de "alimentação fantasma" para permitir que os pares alimentados também transportem dados – esta técnica permite usar PoE, não só em 10BASE-T e 100BASE-TX, que utilizam apenas dois dos quatro pares do cabo, mas também em 1000BASE-T (gigabit Ethernet), que utiliza os quatro pares para transmissão de dados.

Isso é possível porque todas as versões de Ethernet sobre cabo de par trançado especificam a transmissão de dados diferencial em cada par, com transformador de acoplamento – cada par opera em “modo comum” como um dos pólos DC e, como tal, são necessários dois pares para completar o circuito.

O aparelho alimentado deve funcionar tanto com os pares livres 4-5 e 7-8 como com os pares de dados 1-2 e 3-6.

A norma IEEE802.3at-2009 do PoE, por vezes denominada por “POE +” prevê até 25 W de potência.

Alimentação dos dispositivos

Existem dois tipos de alimentadores (PSE – Power Sourcing Equipment) especificados pela norma IEEE 802,3-2.008: Alimentadores Terminais (Endspans) e Alimentadores Intermédios (Midspans).

Os alimentadores terminais são switches Ethernet que incluem circuitos de transmissão de Power over Ethernet, são normalmente denominados por “Switches PoE”.

Os alimentadores intermédios são “injectores” de alimentação, instalados entre um switch Ethernet normal (sem PoE) e o aparelho alimentado, que “injectam” a energia eléctrica sem afectar os dados; são normalmente utilizados em instalações onde não se pretende substituir e configurar de novo um switch Ethernet e só se pretende adicionar o recurso PoE à rede.

Vantagens sobre outras normas de integração de dados e alimentação

Esta tecnologia é especialmente útil para alimentar telefones IP, pontos de acesso de redes sem fios (Wireless LAN Access Points), câmaras IP com "pan", "tilt" e "zoom" (PTZ), switches Ethernet remotos, computadores embutidos (embedded computers), terminais (thin clients) e monitores LCD.

Todos eles requerem mais potência do que a que uma alimentação USB pode disponibilizar e muitas vezes têm que ser alimentados a distâncias de cabo superiores ao que a alimentação USB suporta. Além disso, o PoE utiliza apenas um tipo de conector (8p8c RJ45) enquanto existem quatro diferentes tipos de conectores USB.

O PoE é actualmente utilizado em aplicações onde a alimentação por USB é inadequada e onde a alimentação AC seria inconveniente, cara ou inviável disponibilizar.

Porém, mesmo nos casos em que é possível usar USB ou energia AC, o PoE tem várias vantagens sobre qualquer delas, incluindo as seguintes:

  • Cablagem mais barata – o cabo Cat.5e é mais barato que os repetidores USB;
  • É possível atingir velocidades de 1 Gb/s para cada dispositivo, o que ultrapassa a velocidade das USB mais recentes e as possibilidades das redes de dados construídas sobre as redes de energia eléctrica (AC Powerline);
  • As organizações globais podem implementar PoE em qualquer parte, sem qualquer preocupação com a variação local dos padrões de alimentação AC, tomadas, fichas, ou fiabilidade da rede AC;
  • Injecção directa de energia a partir de baterias configuradas em 48 VDC, o que permite que a infra-estrutura crítica se mantenha em operação em caso de falha de energia e permite a gestão de energia centralizada para todos os dispositivos PoE;
  • A distribuição simétrica é possível – ao contrário do USB e da alimentação AC, a energia pode ser fornecida em qualquer das extremidades do cabo ou tomada – isto significa que a localização da fonte de alimentação pode ser determinada após os cabos e tomadas estarem instalados.
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