Quais são os dois esquemas de fiação definidos pela Organização tia EIA para instalação de Ethernet em residências e empresas?

Messias B. Figueiredo <messiasb@ufba.br>
Andr� Oliveira Silveira <andresvr@svn.com.br>

Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP)

Introdu��o
Sistema de cabea��o estruturada
Desempenho do hardware e meios de trasmiss�o
Conclus�es
Refer�ncias bibliogr�ficas

Com o crescimento do uso das redes locais de computadores e a agrega��o de novos servi�os e m�dias como voz, dados, teleconfer�ncias, telefonia, Internet, multim�dia, etc., surgiu a necessidade de se estabelecer crit�rios para ordenar e estruturar a cabea��o dentro das empresas. Com este objetivo, comit�s da EIA/TIA e da ISO/IEC propuseram normas e procedimentos, sob o ponto de vista da instala��o, avalia��o de desempenho e solu��es de problemas, para a integra��o da cabea��o de redes, de telecomunica��es e de controle, para prover os servi�os citados.

Este artigo apresenta e discute os principais t�picos das Normas de Cabea��o Estruturada EIA/TIA 568 e ISO/IEC 11801, levando em considera��o aspectos como evolu��o, filosofia, desempenho e poss�veis problemas provenientes de um projeto desvinculado destas normas. Dada a extens�o do assunto, foi feita uma divis�o do mesmo de forma a public�-lo em dois n�meros deste boletim.

Desta forma, � tratado, neste n�mero, dos aspectos introdut�rios deste assunto, do sistema de cabea��o estruturada propriamente dito, sendo feita uma an�lise do desempenho do hardware e dos meios de transmiss�o. Ficando para a pr�xima edi��o, portanto, o tratamento do c�digo de cores para sistema de cabea��o UTP, bem como dos padr�es de cabea��o para redes locais de alta velocidade, al�m do gerenciamento de sistemas de cabea��o estruturada.

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Introdu��o

No final dos anos 80, as companhias dos setores de telecomunica��es e inform�tica estavam preocupadas com a falta de uma padroniza��o para os sistemas de fia��o de telecomunica��es em edif�cios e campus.

Em 1991, a associa��o EIA/TIA (Electronic Industries Association / Telecommunications Industry Association) prop�s a primeira vers�o de uma norma de padroniza��o de fios e cabos para telecomunica��es em pr�dios comerciais, denominada de EIA/TIA-568 cujo objetivo b�sico era:

1. Implementar um padr�o gen�rico de cabea��o de telecomunica��es a ser seguido por fornecedores diferentes;
2. Estruturar um sistema de cabea��o intra e inter predial, com produtos de fornecedores distintos;
3. Estabelecer crit�rios t�cnicos de desempenho para sistemas distintos de cabea��o.

At� ent�o, o mercado dispunha de tecnologias propriet�rias, utilizando cabea��o tradicional, baseado em aplica��es, conforme ilustrado na Figura 1.

Assim, os pr�dios possu�am cabea��o para voz, dados, sistemas de controle, eletricidade, seguran�a, cada qual com uma padroniza��o propriet�ria. Eram fios e cabos por toda parte, cabo coaxial, par tran�ado, cabo blindado. Neste cen�rio, alguns problemas surgiram para desestimular essa forma de cabea��o n�o estruturada:

i) Mudan�a r�pida de tecnologia: microcomputadores (PCs) mais velozes, servi�os integrados de voz �e dados, redes locais de alta velocidade;

ii) Infra-estrutura de telefonia privada inadequada para novas tecnologias;

iii) R�pida satura��o de dutos, canaletas e outros suportes de cabea��o;

iv) Inflexibilidade para mudan�as;

v) �Cabea��o n�o reaproveit�vel com novas tecnologias;

vii) Suporte t�cnico dependente de fabricantes;

viii) Aumento de custo.

Em janeiro de 1994, a EIA/TIA publicou a norma EIA/TIA 568A revisada, incluindo as especifica��es para cabea��o categoria 4 e 5 (UTP - Unshielded Twisted Pair). Atualmente, a associa��o ISO/IEC (International Standards Organization/International Electrotechnical Commission) desenvolve um padr�o de cabea��o internacional denominado de Cabea��o Gen�rica para Instala��o do Cliente (Generic Cabling for Customer Premises), denominado de ISO/IEC 11801. A norma ISO/IEC 11801 � equivalente � EIA/TIA 568A reeditada pela ISO.

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Sistema de cabea��o estruturada

O conceito de Sistema de Cabea��o Estruturada baseia-se na disposi��o de uma rede de cabos, com integra��o de servi�os de dados e voz, que facilmente pode ser redirecionada por caminhos diferentes, no mesmo complexo de cabea��o, para prover um caminho de transmiss�o entre pontos da rede distintos. Um Sistema de Cabea��o Estruturada EIA/TIA 568A � formado por seis subsistemas conforme ilustrado na Figura 2 e descritos a seguir.

Legenda 1-Entrada do Edif�cio 2-Sala de Equipamentos 3-Cabea��o Backbone 4-Arm�rio de Telecomunica��es 5-Cabea��o Horizontal 6- �rea de Trabalho

ENTRADA NO EDIF�CIO

As instala��es de entrada no edif�cio fornecem o ponto no qual � feita a interface entre a cabea��o externa e a cabea��o intra-edif�cio e consistem de cabos, equipamentos de conex�o, dispositivos de prote��o, equipamentos de transi��o e outros equipamentos necess�rios para conectar as instala��es externas ao sistema de cabos local.

A norma associada EIA/TIA 569 define a interface entre a cabea��o externa e a cabea��o interna do pr�dio.

SALA DE EQUIPAMENTOS

A Sala de Equipamentos � o local prop�cio para abrigar equipamentos de telecomunica��es, de conex�o e instala��es de aterramento e de prote��o. Ela tamb�m cont�m a conex�o cruzada principal ou a conex�o secund�ria, usada conforme a hierarquia do sistema de Cabea��o Backbone.

A Sala de Equipamentos � considerada distinta do Arm�rio de Telecomunica��es devido � natureza ou complexidade dos equipamentos que elas cont�m. Qualquer uma ou todas as fun��es de um Arm�rio de Telecomunica��es podem ser atendidas por uma Sala de Equipamentos.

A norma associada EIA/TIA-569 define, tamb�m, o projeto da Sala de Equipamentos.

SUBSISTEMA DE CABEA��O BACKBONE

O subsistema de Cabea��o Backbone ou Cabea��o Vertical, ilustrado na Figura 3, consiste nos meios de transmiss�o (cabos e fios), conectores de cruzamento (cross-connects) principal e intermedi�rios, terminadores mec�nicos, utilizados para interligar os Arm�rios de Telecomunica��es, Sala de Equipamentos e instala��es de entrada.

Figura 3: Subsistema de Cabea��o Backbone

Os cabos homologados na norma EIA/TIA 568A para utiliza��o como Backbone s�o:

1. Cabo UTP de 100 Ohms (22 ou 24 AWG):
   • 800 metros para voz (20 a 300 MHz);
   • 90 metros para dados (Cat. 3,4 e 5).
2. Cabo STP (par tran�ado blindado) de 150 Ohms:
   • 90 metros para dados.
3. Fibra �ptica multimodo de 62,5/125 m:
   • 2.000 metros para dados.
4. Fibra �ptica monomodo de 8,5/125 m:
   • 3.000 metros para dados.

Para os cabos UTP de 100 Ohms e STP de 150 Ohms, o alcance da cabea��o depende da aplica��o. A dist�ncia de 90 metros para dados em STP � aplicada para largura de banda de 20 a 300 MHz. Por outro lado, na transmiss�o de dados numa largura de banda de 5 a 16 MHz, o cabo UTP, categoria 3, tem sua dist�ncia reduzida de 800 para 90 metros. A dist�ncia de 90 metros � aplicada, tamb�m, para as categorias 4 e 5 em larguras de banda de 10 a 20 MHz e 20 a 100 MHz, respectivamente.

O subsistema de Cabea��o Backbone define, tamb�m, outros requisitos de projeto, tais como:

1. Topologia em estrela;
2. N�o possuir mais de dois n�veis hier�rquicos de conectores de cruzamento (cross-connect);
3. Os cabos que ligam os cross-connect n�o podem ultrapassar 20 metros;
4. Evitar instala��es em �reas onde existam interfer�ncias eletromagn�ticas e r�dio freq��ncia;
5. As instala��es devem ser aterradas seguindo a norma EIA/TIA 607.

a) Estrutura Geral

b) Configura��es Limites

Figura 4: Cabea��o Backbone

A Figura 4 ilustra a estrutura geral e as configura��es limites para o subsistema de Cabea��o Backbone.

ARM�RIO DE TELECOMUNICA��ES

O Arm�rio de Telecomunica��es � o local, dentro de um pr�dio, onde s�o alojados os elementos de cabea��o. Dentro do Arm�rio de Telecomunica��es s�o encontrados terminadores mec�nicos, conectores de cruzamento (cross-connects), terminadores para os sistemas de Cabea��o Horizontal e Vertical (patch panel).

SUBSISTEMA DE CABEA��O HORIZONTAL

O subsistema de Cabea��o Horizontal, ilustrado na Figura 5, compreende os cabos que v�o desde a Tomada de Telecomunica��es da �rea de Trabalho at� o Arm�rio de Telecomunica��es. O subsistema de Cabea��o Horizontal possui os seguintes elementos:

1. Cabea��o Horizontal;
2. Tomada de Telecomunica��es;
3. Termina��es de Cabo;
4. Cross-Connections.

a) Cabea��o Horizontal

b) Dist�ncias Limites

c) Tomada de Telecomunica��es

O comprimento m�ximo para a Cabea��o Horizontal, definido na norma EIA/TIA 568A, � de 90 metros, independente do meio de transmiss�o utilizado. A norma EIA/TIA 568A prev�, hoje, quatro tipos de cabos para instala��o na Cabea��o Horizontal:

1. Cabo com quatro pares de fios UTP de 100 Ohms;
2. Cabo com dois pares de fios STP de 150 Ohms;
3. Cabo coaxial de 50 Ohms;
4. Cabo com duas fibras �pticas multimodo 62,5/125m m.

Embora o cabo coaxial de 50 Ohms seja especificado na norma EIA/TIA-568A, existe uma tend�ncia para que ele seja suprimido da pr�xima revis�o. � aconselh�vel, hoje, que este tipo de cabo seja substitu�do em antigas instala��es e n�o seja recomendado para instala��es novas.

A norma prev� 100 metros total para a Cabea��o Horizontal: 90 metros entre o Arm�rio de Telecomunica��es e as Tomadas de Telecomunica��es (conectores de parede) [ver Fig. 5b e 5c]; 10 metros para cabos entre uma esta��o de trabalho e o conector de parede, (em geral, 3 metros) mais as conex�es internas do Arm�rio de Telecomunica��es e entre este e os equipamentos ativos (7 metros restantes).

�REA DE TRABALHO

A norma EIA/TIA 568A estabelece que os componentes de cabea��o entre a Tomada de Telecomunica��es e a Esta��o de Trabalho devem ser simples, baratos e permitam flexibilidade de deslocamento, sem comprometer a conex�o f�sica. Os componentes da �rea de Trabalho s�o:

1. Equipamento da esta��o: computadores, terminais de dados, telefone, etc.;
2. Cabos de liga��o - cord�es modulares, cabos de adapta��o, jumpers de fibra;
3. Adaptadores.

Figura 5: Subsistema de Cabea��o Horizontal

Figura 2: Sistemas de Cabea��o Estruturada EIA/TIA 568

a)

b)

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Desempenho do hardware e meios de trasmiss�o

A norma EIA/TIA 568 classifica o sistema de cabea��o em categorias levando em considera��o aspectos de desempenho, largura de banda, comprimento, atenua��o e outros fatores de influ�ncia neste tipo de tecnologia. A seguir, ser�o apresentadas as categorias de cabea��o com tecnologia de par tran�ado UTP e STP e de fibra �ptica.

CABEA��O UTP

Os cabos UTPs s�o compostos de pares de fios tran�ados n�o blindados de 100 Ohms. Este tipo de cabo, nos dias de hoje, s�o projetados para alto desempenho na transmiss�o de dados ou voz. Tipos de Cabo UTP

O cabo UTP pode ser classificado em tr�s categorias como mostrado abaixo:

1. Categoria 3 - Utiliza cabos com pares de fios tran�ados s�lidos de bitola 24 AWG. Os fios AWG24 apresentam uma imped�ncia t�pica de 100 Ohms, a 16 MHz. Estes cabos s�o utilizados para transmiss�o de sinais at� 16 MHz.
2. Categoria 4 - Utiliza cabos com pares de fios tran�ados s�lidos de bitola 22 ou 24 AWG, com imped�ncia de 100 Ohms a 20 MHz. Este cabos s�o utilizados para transmiss�o at� uma largura de banda de 20 MHz;
3. Categoria 5 - Utiliza cabos com pares de fios tran�ados sem blindagem de bitola 22 ou 24 AWG e imped�ncia de 100 Ohms a 100 MHz. Este tipo de categoria � recomend�vel para aplica��es com taxa de transmiss�o elevada, por exemplo, para transmiss�o de imagens e dados a 100 Mbps.

Desempenho

A atenua��o � comumente derivada da medida do sinal de varredura da frequ�ncia na sa�da de um cabo de comprimento maior ou igual a 100 metros (328 ft), ou seja, � a perda de pot�ncia do sinal no meio, em fun��o da dist�ncia a uma determinada freq��ncia.

As perdas por diafonia ou NEXT s�o comumente derivadas de medidas de varredura de freq��ncia. Por exemplo, na comunica��o de voz, seus efeitos s�o sentidos por linhas cruzadas, isto �, vozes estranhas que s�o escutadas durante uma liga��o telef�nica.

A perda NEXT decresce com o aumento da freq��ncia conforme a f�rmula abaixo:

NEXT(f) � NEXT(0,772) - 15 log (f/0,772)

Desempenho do Cabo UTP na Cabea��o Horizontal e Backbone

A imped�ncia caracter�stica do cabo UTP para Cabea��o Horizontal e Backbone � de 100 Ohms + 15% de 1 MHz at� a maior freq��ncia da categoria (16, 20 ou 100 MHz);

A Figura 6 apresenta um comparativo entre as tr�s categorias UTP (3, 4 e 5) quanto a atenua��o e perdas por diafonia (crosstalk ou NEXT), no caso de uso na Cabea��o Horizontal e na Cabea��o Backbone.

a) Cabea��o Horizontal e Backbone UTP

b) Curva de Freq��ncia x Atenua��o

O gr�fico da Figura 6(b) mostra que a atenua��o em cabos categoria 3 e 4 � ligeiramente superior que a categoria 5 nas mesmas freq��ncias de trabalho. Verifica-se, aqui, a melhor qualidade dos cabos UTPs categoria 5 para redes Ethernet de 10 a 100 Mbps quanto �s perdas por atenua��o.

Desempenho dos Cord�es e Hardware de Conex�es UTP

Os Terminadores para cabo UTP devem utilizar contatos por deslocamento por isolador (IDC). Os limites m�ximos para jumper/cord�es de liga��o s�o:

i) 20 m para cross-connect principal;
ii) 20 m para cross-connect intermedi�rio;
iii) 6 m no arm�rio de telecomunica��es;
iv) 3 m na esta��o de trabalho.

O desempenho do hardware de conex�es UTP na �rea de Trabalho � comparado na Figura 7.

a) Atenua��o

b) Curva de Freq��ncia x Atenua��o

O gr�fico da Figura 7 mostra altas taxas de atenua��o para os elementos de hardware da categoria 3 em determinada freq��ncia, por exemplo 16 MHz. Observa-se tamb�m, na figura 7, que perdas por atenua��o em elementos de conex�o, para categoria 4 e 5, s�o praticamente id�nticas e bem inferiores �s da categoria 3. Por causa do melhor desempenho de Elementos de Conex�o nas categorias 4 e 5, deve-se, dar prefer�ncia a estas categorias de elementos quando da concep��o de um projeto de cabea��o estruturada. Na montagem dos condutores de liga��o (patch-cords) dever�o ser utilizados condutores n�o r�gidos para maior dura��o e flexibilidade.

A termina��o dos cabos horizontais dever� ser feita com material de conex�o da mesma categoria ou superior do cabo UTP utilizado na Cabea��o Horizontal. Por outro lado, os cabos utilizados para cord�es de liga��o e jumpers de cross-connect devem pertencer � mesma categoria do cabo UTP usado na Cabea��o Horizontal.

Um sistema de cabea��o UTP s� poder� ser classificado como categoria 3, 4 ou 5 se todos os componentes do sistema de cabea��o atenderem aos requisitos da categoria.

A Figura 8 ilustra o desempenho dos cord�es de liga��o UTP.

a) Atenua��o M�xima

b) Curva de Freq��ncia x Atenua��o

Atenua��o : [por 100 metros (328 p�s) @ 20� C]

Quando as especifica��es para cabea��o STP (Shielded Twisted Pair) de 150 Ohms foram publicadas na norma EIA Interim Standard Omnibus Specification NQ-EIA/IS-43, as caracter�sticas de transmiss�o aceitavam sinais de at� 20 MHz. Estas especifica��es t�m sido adequadas at� o presente momento para faixas de freq��ncias usadas em ambientes de trabalho. Entretanto, como a velocidade das LAN�s e suas freq��ncias aumentaram, as especifica��es originais dos cabos STP de 150 Ohms foram aumentadas de modo a prover um crit�rio de desempenho est�vel para valores altos de freq��ncia aplicados. Um cabo de especifica��o melhorada e um novo conector, acoplado ao conector original foi introduzido para atender as especifica��es originais.

Os cabos STP s�o de fios em pares tran�ados blindados de 150 Ohms. Para a Cabea��o Horizontal e a Backbone s�o utilizados os tipos 1A e o tipo 6A da IBM para cabos de conex�o, cujas caracter�sticas s�o as seguintes:

1. Cabo STP-A utiliza 2 pares de fios, modelo 22 AWG r�gido e possui imped�ncia caracter�stica de 150 Ohms + 10% (3 MHz - 300 MHz);
2. O conector de dados STP-A de 150 Ohms;
3. A atenua��o balanceada do Cabo de Liga��o STP-A de 150 Ohms � aproximadamente igual a 1,5 vezes a do cabo STP-A Horizontal ou Backbone (4 MHz - 300 MHz).

A Figura 9 ilustra o desempenho dos cabos STP em termos de atenua��o.

a) Tabela
� C]

Atenua��o : [ dB por 100 metros (328 p�s) @ 20

b) Gr�fico

FIBRA �PTICA

A fibra �ptica pode ser utilizada tanto para a Cabea��o Horizontal como para a Vertical. A fibra para Cabea��o Horizontal � do tipo multimodo de 62,5/125m m com um m�nimo de duas fibras. A Cabea��o Vertical ou Backbone utiliza fibras dos tipos multimodo de 62,5/125m m e monomodo formados em grupos de 6 ou 12 fibras.

As premissas para uma Cabea��o Backbone com fibra �pticas, t�m sido e continuam a ser baseadas em fibras multimodo de 62,5/125m m, devido � possibilidade de uso de transmissores �pticos com LED nessas fibras. Com o r�pido crescimento dos requisitos de largura de banda, atualmente, tem-se instalado fibras �pticas monomodo em adi��o �s fibras multimodo, para atender os requisitos atuais e futuros. Sistemas de fibras monomodo atendem tanto maiores bandas de freq��ncias como tamb�m t�m maior capacidade para longas dist�ncias do que as fibras �pticas multimodo.

a) Tipos de Fibra �ptica

b) Atenua��o M�xima

c) Comprimento de Onda x Atenua��o

Figura 10: Desempenho da Cabea��o com Fibra �ptica

Os conectores especificados para fibra �ptica s�o os 568SC. Os conectores �pticos seguem um esquema de cores para sua identifica��o. A cor bege especifica o conector/acoplamento multimodo de 62,5/125m m e a cor azul especifica o conector/acoplamento monomodo de 8,3/125m m.

Para assegurar que os conectores 568SC manter�o uma correta polariza��o atrav�s do sistema de cabea��o, deve-se ter uma correta orienta��o do adaptador utilizado. A Cabea��o Horizontal deve ser instalada de tal forma a casar um n�mero �mpar da fibra com o pr�ximo n�mero par da fibra, por exemplo: fibra 1 com fibra 2; fibra 3 com fibra 4 e assim sucessivamente. Cada segmento da cabea��o deve ser instalado seguindo a orienta��o invertida (cross-over) do par, de tal modo que fibras de n�mero �mpar s�o posi��o A numa ponta e posi��o B na outra ponta, enquanto que fibras de n�mero par s�o posi��o B numa ponta e posi��o A na outra ponta. A orienta��o invertida (cross-over) deve ser conseguida pelo uso consecutivo da numera��o das fibras (por exemplo 1, 2, 3, 4, ...) em ambos os lados da fibra, mas os adaptadores 568SC devem ser instalados de maneira oposta em cada ponta (por exemplo A-B, A-B, ... numa ponta e B-A, B-A, ... na outra ponta). A Figura 11 ilustra a polariza��o inversa dos conectores 568SC.

O principal motivo para especifica��o dos conectores de fibra 568SC � a padroniza��o com a norma IEC Europ�ia. Hoje s�o muito utilizados conectores ST. Entretanto, � recomendado a substitui��o gradativa dos conectores ST por 568SC.

A norma EIA/TIA 568A especifica, tamb�m, as sa�das de telecomunica��es para fibra �ptica com as seguintes caracter�sticas:

i) A caixa de montagem em superf�cie deve ser fixada diretamente sobre a caixa�el�trica, seguindo um padr�o de 4"x 4";
ii ) A capacidade de termina��o para um m�nimo de duas fibras, por acoplamento 568SC;
iii ) Possibilidade de armazenar um m�nimo de 1 metro de cabo de duas fibras.

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Conclus�es

Iniciou-se, com este artigo, uma discuss�o sobre alguns aspectos das Normas de Cabea��o Estruturada EIA/TIA 568 e ISO/IEC 11801. Assim, foram apresentados um breve hist�rico do assunto, bem como conceitos que est�o associados ao tema, al�m de uma an�lise de desempenho do hardware e dos meios de transmiss�o que constam na norma.

Na pr�xima edi��o deste boletim, ser�o vistos outros aspectos, tais como: o tratamento de c�digo de cores para o sistema de cabea��o UTP, os padr�es de cabea��o para redes locais de alta velocidade e a parte de gerenciamento de sistemas de cabea��o estruturada.

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Refer�ncias bibliogr�ficas

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[2] SOARES, Luiz Fernando G. (Luiz Fernando Gomes), Redes de Computadores: Lans, Mans e Wans, �s redes ATM - Rio de Janeiro : Campus, 1995.
[3] BLACK BOX, Cat�logo. The source for connectivity. No 4, Novembro 1996.
[4] ANIXTER, Systimax Latin America Sales Resource Guide.
[5] DEFLER, Frank. J. Tudo Sobre Cabeamento de Redes. Rio de Janeiro: Campus, 1994.
[6] ANIXTER, Structured Cabling. http://www.anixter.com/fttdwp8.html
[7] DIGITAL, Id�ia. Sistema de Cabea��o Estruturada.

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