Os cabos de rede e suas categorias

Apresentação
Os cabos de rede, assim como qualquer outro device, estão em constante evolução. Vem evoluindo em conjunto com os padrões de rede desde a década de 70, quando a informática estava restrita ao uso de grandes empresas. Já existem cabos que não estão mais em uso e outros que já foram inventados mas ainda não estão tão acessíveis.

Eis o nosso objeto de estudo. Mas para que possamos entender sua evolução, temos que voltar um pouco no tempo, e revisarmos a história dos padrões de rede.

Um pouco de história:
Redes ARCnet, Token Ring e Ethernet
No início da década de 80, ainda nos primórdios das tecnologias de redes de computadores, a tecnologia Ethernet disputava espaço com outras, que até então, dominavam o mercado de redes.

O ARCnet, foi desenvolvido por engenheiros da Datapoint Corparation em 1976 – apesar de ser lançada em 1977. Era um sistema proprietário, tendo que haver uma licença para o uso desta tecnologia. Pode-se dizer que foi o primeiro sistema LAN em clustering - pacotes. Era barato montar uma rede ARC, principalmente quando começou a disputar mercado. Todos os seus componentes eram acessíveis e já parecia muito com os padrões de hoje.

Sua topologia em estrela utilizava hub’s, como no padrão Ethernet, mas, originalmente, usavam cabos coaxiais. Devido sua baixa freqüência de transmissão (que era de 2,5 Mbps), seu alcance físico era de 600m no máximo de cabos entre pontos. Quando passou a utilizar par trançado, seu alcance era de 120m. Eles, no passado, dominaram o mercado, como o Ethernet domina hoje.

Para não ficar de fora de um mercado tão crescente e promissor, a IBM entra na briga desenvolvendo o padrão Token Ring.Sua topologia era em anel – como sugere o nome. Eram mais caras (e proprietária)e seus cabos eram de par trançado, além de utilizarem hub’s (que neste caso foi batizado de MAU - Multistation Access Unit) que tinham 8 portas para micros e 2 para a topologia ser completada, originalmente. Sua taxa de transferência variava entre 4 e 10 Mbps – apesar de seus cabos suportarem taxas bem maiores.

Ambas utilizavam referencias no modelo OSI para transmissão de dados e por causa disso (e por competição de mercados, também) passaram a ser abertos, podendo ser ampliado para outros horizontes.

Mas antes, em 1973, o padrão Ethernet já havia sido esboçado em um projeto pioneiro pela Xerox Palo Auto Reserch Center. Porém, só foi promovida como padrão em 1980, através de uma parceria entre a Xerox, DEC e Intel com ajuda da 3Com, criada um ano antes com a saída de alguns engenheiros da própria Xerox.

Aos poucos, devido ao aumento da velocidade de transmissão de 10 Mbps para 100 Mbps do padrão Ethernet, a simplicidade da estrutura e montagem e principalmente pelo padrão ser aberto, o custo de devices e cabos foram caindo, ficando acessível, caindo em desuso os padrões concorrentes.

Este padrão Ethernet está em constante evolução, seja em devices ou cabos e em nosso objeto de estudo (que são os cabos), veremos que eles suportam e aproveitam bem suas taxas suportados de velocidade, estão baratos e acessíveis, além de protegidos contra interferências, dependendo de suas aplicações.

Os cabos de par trançado:
Entendendo sua tecnologia
Diferentemente dos cabos coaxiais, os cabos de par trançado são bem mais eficientes. Sua tecnologia permite várias vias, podendo ser usado em várias aplicações como comunicação entre PC’s, telefones, transmissões de energia para alimentação de devices entre outras, algumas até simultâneas.

Sua desvantagem está pelo fato de sua indutância não permitir grandes distancias geográficas, pois eles emitem dados em alta freqüência. Podia ser bem menor se não fosse pelo fato de sua estrutura trançada eliminar interferências eletromagnética.

Veja que o cabo contém quatro pares de fios. Mas todos os pares contem um número de tranças diferentes, ajudando na indutância.

Junte isso, a um sistema de transmissão de par balanceado, onde cada par emite o mesmos sinal enviando uma corrente positiva e outra negativa de mesmo valor binário. Ora, duas forças eletromagnéticas opostas se anulam, neutralizando interferências. É como se cada via enviasse uma cópia invertida de outro.

Os tipos de cabos
Existem basicamente, três tipos de cabos de par trançado, com suas respectivas características. São eles:

• UTP – Unshield Twisted Pair (Par Trançado sem Blindagem) – É o mais barato e mais utilizado, permitindo altas taxas de transmissão de dados.
o Impedância – 100 Ohms.
o Espessura – 5.1 mm.
o Instalação fácil.
o Aterramento – não é possível.
o Imunidade a ruído – ruim.
o Gera emissões de rádio freqüência quando usado em taxas acima de 1 Mbps.
o Possível crosstalk em pares adjacentes.

• STP – Shield Twisted Pair (Par Trançado com Blindagem) – Tem uma estrutura semelhante ao UTP mas a diferença está na blindagem presente no interior do cabo, evitando interferencias eletromagneticas mais fortes, como a de motores e bobinas. Tem um custo elevado, sendo utilizado principalmente em indústrias.
o Impedância – 150 Ohms.
o Espessura – 6.5 mm.
o Aterramento recomendado
o Baixo nível de croostalk devido a blindagem e ao modo de entrelaçamento entre os pares.
o Menos sensível a ruído e geração de RF.

• ScTP – Screened Twisted Pair (ou FTP – Foil Twisted Pair) - Baseado na estrutura STP, sua difererença está em uma malha que envolve internamente todas as vias.
o Impedância – 120 Ohms.
o Aterramento exigido

As sub-divisões dos cabos:
As categorias

Categoria 1 – Usado para transmissões telefônicas que a TIA/EIA (Telecomunications Industry Associations/Eletronics Industry Associations) não reconhece mais.Trabalhava com freqüências analógicas de 4 KHz e digital de 64 KHz com uma impedância de 150Ohm’s

Categoria 2 – Foram utilizados em redes Token Ring para transmissão de dados em 4Mbps e em redes ARCnet para transmissão em 2,5 Mbps. A impedância dos cabos era de 100Ohm’s. Também não são mais utilizados ou reconhecidos pela TIA/EIA.

Categoria 3 – Nesta categoria, a TIA/EIA começou a padronização dos cabos de rede. Desde então, pareciam com os cabos CAT5, utilizando 24 tranças por metro, aproveitando, então, as atenuações eletromagnéticas. Este cabo começou a ser popular no início dos anos 90.

Permite transmissão de dados em 16 MHz, o que permitiu o seu uso em redes de 10 Mbps. Houve alguns projetos para redes de 100 Mbps utilizando o padrão 100BaseT4, onde ele aproveitava todos os quatro pares de fios para transmissão de dados, aumentando a largura de banda. Mas não foi muito utilizado, pois poucas eram as placas de rede que suportavam. Sua impedância era de 100 Ohm’s

Categoria 4 – Aqui, a largura de banda foi ampliada para 20MHz, sendo superior ao CAT3. Token Ring passou a utilizar taxas de transmissão de 16 Mbps. Tinha impedância de 100 Ohm’s e usavam os padrões 10BaseT. Não é mais reconhecido por TIA/EIA sendo rapidamente substituído pelos cabos de categoria 5.

Categoria 5 - Estes cabos são requisitos mínimos para redes 100BaseTX e 1000BaseT, que transmitem dados a 100 e 1000 Mbps, respectivamente. Eles suportam freqüências de 100 MHz e tem uma impedância de 100 Ohm’s. Estes cabos tem um grande problema de perda de sinal, reduzindo o tamanho físico e eficiência de entrega de dados. Os primeiros problemas com o UTP CAT5 começaram a surgir em 1994, quando os usuários tentavam trafegar a 100 Mbps e observavam uma degradação de desempenho causada por interferências eletromagnética excessiva.

Em 1996, foram levantados questionamentos sobre as regulamentações no que diz respeito ao cabo CAT5, que até então foi projetado para comportar trafego de dados em FastEthernet ou ATM: foi constatado que o nível de interferência eletromagnética era capaz de atrapalhar o transporte de dados tais como, falhas de software, corrupção de dados entre outros.

Foi constatado também que os cabos UTP CAT5 utrapassavam o limite de 40db permitido. Só pra se ter idéia do quão alto é este nível, os cabos STP CAT5 emitem radiação de 20db e é estabilizado.

Para resolver este tipo de problema, o cabo CAT5 foi modificado, tornando-se CAT5e (enhanced – Reforçado, ratificado em 1999). As diferenças estão nas especificções que foram incluídas: OS-ELFEXT (Diafonia Total Remota Equalizada) NEXT (Diafonia) Return-LOSS e um suporte a Gigabit Ethernet, suprimindo as emissões de interferência eletromagnética utilizando um cancelamento balanceado melhorado, emitindo um sinal negativo para cada sinal positivo, eliminando a tendência do cabo agir como antena de rádio., almentando a confiabilidde na entrega dos pacotes, tendo a capacidade de trabalhar com bandas maiores, mesmo trabalhando a 100MHz.

Além disso, podemos encontrar cabos certificados para 110, 125 e até 150 MHz, fazendo pouca diferença pois redes Ethernet trabalham apenas com 100BaseTX e 1000BaseT: ambas funcionam apenas em 100MHz.

Em breve, estes cabos serão substituídos pelos cabos CAT6a.

Categoria 6 – Os cabos de categoria 6 serão os sucessores dos cabos CAT5e, devido a confiabilidade de entrega dos dados e a capacidade de trabalhar com freqüências bem maiores, indo a 250MHz. Trabalham com impedância de 100OHM’s.

Foi desenvolvido para trabalhar com os padrões 10BaseT, 100BaseTX e 1000BaseT. Também fora projetado para trabalhar com o padrão 10GBaseT, mas encontram-se neste cabo, uma limitação física geográfica de apenas 55 metros.

Para resolver este problema, uma nova categoria do cabo CAT6, sendo chamada de CAT6a (augumented – ampliado), aumentando para 100 metros o seu alcance.
Eles chegam a dobrar a banda de transmissão para 500MHz, utilizando um conjunto de medidas para reduzir interferências e perda de sinal.

Uma das soluções encontradas para reduzir o CrossTalk (interferência entre pares de fios) Foi introduzir à estrutura do cabo, um separador em 4 partes, em um formato de cruz, onde cada par estaria em uma parte do separador. Isso causou um inconveniente: aumentou a espessura dos cabos de 5.6mm para 7.9mm, tornando-se menos flexiivel.

Hoje, também houve uma mudança na estrutura dos conectores RJ-45. Uma estrutura em zig-zag foi trocada, onde antes havia uma em paralela nas navalhas, para reduzir o CrossTalk. Importante frisar que, ao utilizar os RJ-45 paralelo em CAT6a, se torna um cabeamento CAT5, seja RJ-45 Keystones Jack’s e outros.

Categoria 7 – Ainda estão em fase de conclusão, por ainda ser protótipo. Os conectores também serão substituídos, não sendo mais usados mais os conectores RJ-45, e sim AP-45, que são os conectores TERA, sendo totalmente blindados, com um encaixe diferente, evitando mal-contato.
Este conector estava para substituir o RJ-45 nos CAT6, mas não vingou.
Os CAT7 estarão em fila, para ser utilizado em redes de 100Gbps, trabalhando a uma freqüência de 600MHz. Atualmente ele transporta dados de 100Gbps a 70 metros, mas já está sendo trabalhado para um alcance de 100 metros.

Conclusão
Em conclusão, afirmo que os cabos e sua tecnologias sempre estarão em evolução, apesar do grande avanço das conexões e redes Wireless. Sempre haverá, por motivo de segurança, uma topologia baseada em cabos, tornando a rede restrita e fechada.
Apesar dos cabos (que por motivo de confiabilidade) possam ficar a ser mais grossos e menos flexíveis, acredito que estes cabos tenderão a ficar mais finos, devido a tecnologias ainda não pesquisada.

Mesmo que os CAT5e sejam substituídos pelos CAT6a, estes ainda estarão muito longe de ser totalmente substituído, pois as redes cresceram e a substituição total pode chegar a ser inviável, principalmente em redes domésticas, onde a necessidade de buscas sobre soluções em CrossTalk e outros agentes, são menos requeridos.

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Dedico este tópico, ao professor Vagner Shoaba, professor da Uninorte-AC, que me fez fazer este trabalho sozinho só pra ver se eu não dava conta após ter demosntrado à ele e à turma que a humildade avança qualquer barreira de domínio de sala e aprendizagem. VALEU!