O que é Cabeamento Estruturado

As redes mais populares utilizam a arquitetura Ethernet usando cabo par trançado sem blindagem (UTP). Nessa arquitetura, há a necessidade de um dispositivo concentrador, tipicamente um Switch (Figura 1), ou HUB para fazer a conexão entre os computadores.
Em redes pequenas, o cabeamento não é um ponto que atrapalhe o dia-a-dia da empresa, já que apenas um ou dois hubs são necessários para interligar todos os micros. Entretanto, em redes médias e grandes a quantidade de cabos e o gerenciamento dessas conexões podem atrapalhar o dia-a-dia da empresa. A simples conexão de um novo micro na rede pode significar horas e horas de trabalho (passando cabos e tentando achar uma porta livre em um Switch)
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Figura 1

É aí que entra o Cabeamento Estruturado. A idéia básica do cabeamento estruturado é fornecer ao ambiente de trabalho um sistema de cabeamento que facilite a instalação e remoção de equipamentos, sem muita perda de tempo. Dessa forma, o sistema mais simples de cabeamento estruturado é aquele que provê tomadas RJ-45 (Figura 2) para os micros da rede em vez de conectarem o hub diretamente aos micros. Podendo haver vários pontos de rede preparados para receberem novas maquinas. Assim, ao trocar um micro de lugar ou na instalação de um novo micro, não haverá a necessidade de se fazer o cabeamento do micro até o hub; este cabeamento já estará feito, agilizando o dia-a-dia da empresa.

Figura 2

A idéia do cabeamento estruturado vai muito alem disso. Além do uso de tomadas, o sistema de cabeamento estruturado utiliza um concentrador de cabos chamado Patch Panel, Painel de Conexões, (Figura 3). Em vez de os cabos que vêm das tomadas conectarem-se diretamente ao hub, eles são conectados ao patch panel. Dessa forma, o patch panel funciona como um grande concentrador de tomadas

Figura 3

O patch panel é um sistema passivo, ele não possui nenhum circuito eletrônico. Trata-se somente de um painel contendo conectores. Esse painel é construído com um tamanho padrão, de forma que ele possa ser instalado em um rack (Figura 4)

Figura 4

O uso do patch panel facilita enormemente a manutenção de redes medias e grandes. Por exemplo, se for necessário trocar dispositivos, adicionar novos dispositivos (hubs e switches, por exemplo) alterar a configuração de cabos, etc., basta trocar a conexão dos dispositivos no patch panel, sem a necessidade de alterar os cabos que vão até os micros. Em redes grandes é comum haver mais de um local contendo patch panel. Assim, as portas dos patch panels não conectam somente os micros da rede, mas também fazem a ligação entre patch panels e outros serviços como Telefonia, PABX, CFTV, Controle de Acesso, Alarmes e etc.
Para uma melhor organização das portas no patch panel, este possui uma pequena área para poder rotular cada porta, isto é, colocar uma etiqueta informando onde a porta esta fisicamente instalada.
Dessa forma, a essência do cabeamento estruturado (Elétrica, Lógica, Telefonia) é o projeto do cabeamento da rede. O cabeamento deve ser projetado sempre pensado na futura expansão da rede e na facilitação de manutenção. Devemos lembrar sempre que, ao contrario de micros e de programas que se tornam obsoletos com certa facilidade, o cabeamento de rede não é algo que fica obsoleto com o passar dos anos. Com isso, na maioria das vezes vale à pena investir em montar um sistema de cabeamento estruturado.

NORMAS E SISTEMAS
Atualmente o cabeamento estruturado baseia-se em normas internacionais, que direcionam os fabricantes para certo conjunto de soluções próximas, evitando as constantes alterações de produtos, bem como evitam sistemas “proprietários”, onde um só fabricante é detentor da tecnologia.
No Brasil a norma americana é EIA/TIA-568, é a mais usada e a nível internacional temos a ISO/OSI e na Europa grande parte dos fabricantes utiliza o sistema IBCS. As variações que existem entre uma e outra deve-se mais às categorizações e conceitos, porém tecnicamente se assemelham e vão no sentido de uma arquitetura aberta, independente de protocolo. Desta forma as novas tendências se desenvolvem já considerando este cabeamento, como é o caso do 100BaseT, do ATM e outros.

PROJETO / INFRAESTRUTURA
Este grande avanço dos sistemas de comunicação aprimorou e sofisticou bastante os projetos de edificações comerciais, industriais e residenciais. Hoje um edifício não pode, sob pena de nascer com altas deficiências, deixar de ter uma infra-estrutura de cabeamento estruturado para redes de comunicação. Isto mesmo que de início não o utilize. Pois as reformas e “emendas” são de alto custo e nunca apresentam a qualidade necessária e desejável. A infra-estrutura de cabeamento estruturado é obrigatória em qualquer novo edifício, e deve interferir no nível de projeto, desde o nascimento do projeto arquitetônico, pois o Cabeamento estruturado tem características próprias que vão interferir no projeto.

FORMA FÍSICA DE INSTALAÇÃO
Justamente devido às altas freqüências em que o cabeamento deve operar, as condições físicas da instalação do cabeamento atingiram um alto grau de especialidade, que exige um projeto detalhado e com alto grau de planejamento. Em uma instalação com cabeamento estruturado não se utiliza, por exemplo, ligar diretamente um PC ao HUB. O que a norma prescreve é deixar preparado um cabeamento entre o patch panel (Figura 3), e uma tomada RJ 45 (Figura 2). Na tomada RJ 45 pode-se ligar, ou não, um micro, naquele ponto ou um telefone, ou um sensor, ou um vídeo, ou um CFTV e etc. Por sua vez no patch panel é conectado o equipamento ativo (HUB, Switch, central telefônica, CLP, head-end, etc). O sistema de cabeamento, portanto deve ser aberto e independente. Isto barateia e dá agilidade a todo o sistema, concentrando diversas redes em uma só.

CABOS
Em matéria de cabos, os mais utilizados são os cabos de par trançado e os cabos de fibra óptica. Cada categoria tem suas próprias vantagens e limitações, sendo mais adequado para um tipo específico de rede.

Os cabos de par trançado são os mais usados, pois tem um melhor custo beneficio, ele pode ser comprado pronto em lojas de informática, ou feito sob medida, ou ainda produzido pelo próprio usuário

Os cabos de fibra óptica permitem transmissões de dados a velocidades muito maiores e são completamente imunes a qualquer tipo de interferência eletromagnética, porém, são muito mais caros e difíceis de instalar, demandando equipamentos mais caros e mão de obra mais especializada. Apesar da alta velocidade de transferência, as fibras ainda não são uma boa opção para pequenas redes devido ao custo.

CABOS DE FIBRA ÓPTICA
Com a migração das tecnologias de rede para padrões de maiores velocidades como ATM, Gigabit Ethernet e 10 Gigabit Ethernet, o uso de fibras ópticas vem ganhando força também nas redes locais. Existem dois tipos de fibras ópticas: As fibras multímodo e as monomodo. A escolha de um desses tipos dependera da aplicação da fibra. As fibras multímodo são mais utilizadas em aplicações de rede locais (LAN), enquanto as monomodo são mais utilizadas para aplicações de rede de longa distancia (WAN). São mais caras, mas também mais eficientes que as multímodo.
Além disso, como os cabos são feitos de plástico e fibra de vidro (ao invés de metal), são resistentes à corrosão.
A fibra óptica tem inúmeras vantagens sobre os condutores de cobre, sendo as principais:
Maior alcance
Maior velocidade
Imunidade a interferências eletromagnéticas

O custo do metro do cabo de fibra óptica não é elevado em comparação com os cabos convencionais. Entretanto seus conectores são bastante caros, assim como a mão de obra necessária para a sua montagem (Figura 5)
Cabo Par Trançado (UTP)

Figura 5

O cabo par trançado surgiu com a necessidade de se ter cabos mais flexíveis e com maior velocidade de transmissão. O custo do cabo é mais baixo, e a instalação é mais simples.
O nome “par trançado” é muito conveniente, pois estes cabos são constituídos justamente por 4 pares de cabos entrelaçados (Figura 6). O entrelaçamento dos cabos cria um campo eletromagnético que oferece uma razoável proteção contra interferências externas.

Figura 6
Existem no total, 6 categorias de cabos de par trançado. Em todas as categorias a distância máxima permitida é de 100 metros. O que muda é a taxa máxima de transferência de dados e o nível de imunidade a interferências. Os cabos de categoria 6 que tem a grande vantagem sobre os outros 5 que é a taxa de transferência que pode chegar até Giga bits por segundo (Gbps),
A utilização do cabo de par trançado tem suas vantagens e desvantagens, vejamos as principais:

VANTAGENS
Preço. Mesma com a obrigação da utilização de outros equipamentos na rede, a relação custo beneficia se torna positiva.
Flexibilidade. Como ele é bastante flexível, ele pode ser facilmente passado por dentro de conduítes embutidos em paredes.
Facilidade. A facilidade com que se pode adquirir os cabos, pois em qualquer loja de informática existe esse cabo para venda, ou até mesmo para o próprio usuário confeccionar os cabos.
Velocidade. Atualmente esse cabo trabalha com uma taxa de transferência de 100 Mbps.

DESVANTAGENS
Comprimento. Sua principal desvantagem é o limite de comprimento do cabo que é de aproximadamente 100 metros por trecho.
Interferência. A sua baixa imunidade à interferência eletromagnética, sendo fator preocupante em ambientes industriais.

CERTIFICAÇÕES
Um cuidado especial deve ser tomado relativamente à certificação do cabeamento. Em que consiste tal certificação? As normas definem uma série de parâmetros para o cabeamento, tais como atenuação, comprimento real, mapeamento dos fios, paradiafonia, nível de ruído, que necessariamente devem estar dentro de uma faixa de valores pré-definidos. A verificação destes valores é questão fundamental em um cabeamento, e deve ser feito com equipamentos especiais. É a garantia da instalação

SWITCHES
O switch é um hub que, em vez de ser um repetidor é uma ponte. Com isso, em vez dele replicar os dados recebidos para todas as suas portas, ele envia os dados somente para o micro que requisitou os dados através da análise da Camada de link de dados onde possui o endereço MAC da placa de rede do micro, dando a idéia assim de que o switch é um hub Inteligente.
De maneira geral a função do switch é muito parecida com a de um bridge, com a exceção que um switch tem mais portas e um melhor desempenho, já que manterá o cabeamento da rede livre. Outra vantagem é que mais de uma comunicação pode ser estabelecida simultaneamente, desde que as comunicações não envolvam portas de origem ou destino que já estejam sendo usadas em outras comunicações. O switch ao invés de simplesmente encaminhar os pacotes para todas as estações, encaminha apenas para o destinatário correto pois ele identifica as maquinas pelo o MAC addrees que é estático. Isto traz uma vantagem considerável em termos desempenho para redes congestionadas, além de permitir que, em casos de redes, onde são misturadas placas 10/10 e 10/100, as comunicações possam ser feitas na velocidade das placas envolvidas. Ou seja, quando duas placas 10/100 trocarem dados, a comunicação será feita a 100M bits. Quando uma das placas de 10M bits estiver envolvida, será feita a 10M bits.

ROTEADORES
Roteadores são pontes que operam na camada de Rede do modelo OSI (camada três), essa camada é produzida não pelos componentes físicos da rede (Endereço MAC das placas de rede, que são valores físicos e fixos), mais sim pelo protocolo mais usado hoje em dia, o TCP/IP, o protocolo IP é o responsável por criar o conteúdo dessa camada.
O papel fundamental do roteador é poder escolher um caminho para os datagramas chegarem até seu destino. Em outras palavras, o roteador é um dispositivo responsável por interligar redes diferentes, inclusive podendo interligar redes que possuam arquiteturas diferentes (por exemplo, conectar uma rede Token Ring a uma rede Ethernet, uma rede Ethernet a uma rede X.25). É importante notar, que o papel do roteador é interligar redes diferentes (redes independentes), enquanto que papel dos repetidores, hub, pontes e switches são de interligar segmentos pertencentes a uma mesma rede.

REDE ELÉTRICA
Para alimentação dos diversos equipamentos que serão ligados a um cabeamento estruturado, sejam computadores, equipamentos de telefonia, equipamentos de automação de processos, a necessidade de uma rede elétrica dedicada especial faz-se necessária. Hoje não é feita a necessária proteção para linhas de energia, e quem tem uma rede já percebeu os diversos distúrbios que aí se originam. No entanto uma rede elétrica dedicada não significa preparar toda uma fiação especial, vinculada a um grande estabilizador ou UPS. Significa adequar a rede elétrica às condições em que será utilizada, introduzindo elementos que assegurem a sua qualidade.

ATERRAMENTO
O aterramento é uma grande preocupação para todo sistema de sinal em baixa tensão. Deve ser projeto de forma integrada para redes elétricas, de telecomunicações, computação, automação, segurança, proteção às descargas, etc. Deve acompanhar as determinações de normas da ABNT. Hoje a prática é bastante distante das solicitações de norma, e o que se vê são problemas de difícil solução, em geral devido à falta de referência de terra, ou seja, não são os valores da resistência de terra a maior preocupação, e sim a sua referência.

PROTEÇÃO AO EMI
Um dos grandes problemas que atacam os sistemas de cabeamento são as interferências eletromagnéticas (EMI), seja de origem em descargas atmosféricas, seja de origem em curtos-circuitos, chaveamentos e fontes diversas de alta freqüência. As interferências podem usar como meio condutor os cabos da rede elétrica, rede telefônica ou rede
de dados. Para implantar uma proteção adequada será necessário projetar um aterramento que contemple todos os sistemas, bem como introduzir dispositivos de proteção para linhas, além de implantar um sistema de pára-raios para as estruturas que assegure sua proteção e das pessoas que a utilizam.

ESTATÍSTICAS
Atualmente, cerca de 70% dos problemas que acontecem em uma rede de computação devem-se a problemas do cabeamento. “Os softwares costumam passar por uma evolução a cada 2 ou 3 anos, e de acordo com pesquisas, o hardware do seu PC geralmente tem uma vida útil de 5 anos. No entanto, você terá que viver 15 anos ou mais com seu cabeamento de rede” (Frank J. Derfler, Jr. E Les Freed). Outra estatística diz que em torno de 40% dos funcionários de uma empresa mudam de lugar uma vez por ano. E os custos para implantação completa de uma rede de computação estão aproximadamente divididas da seguinte forma: 32% para as estações de trabalho
8% para o hardware de rede 54% para o software 6% para o cabeamento, incluindo projeto.

TENDÊNCIAS
Todas as edificações sejam industriais, comerciais ou residenciais, devem desde já estar projetadas com a infra-estrutura de comunicações. Esta infra-estrutura influencia de tal modo os projetos, que um acompanhamento deve ser feito desde o início com o projeto de arquitetura e projeto elétrico, sensivelmente afetado por esta nova tecnologia.

AUTOR
Ernani Moura Amaral Filho
Técnico Eletrônico
Crea PR: 5798/TD