CISCO - Teste de Cabos Ethrnet

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Cisco Academy – CCNA 1 ver.3.1 pt/br

Sinais e Ruídos

Sinalização Através de Cabeamento de Cobre e Fibra Óptica

Em cabo de cobre, os sinais de dados são representados por níveis de

voltagem que representam uns e zeros binários. Os níveis de voltagem são

medidos com respeito a um nível de referência de zero volts tanto na

transmissora quanto no receptor. Esse nível de referência é conhecido

como terra do sinal. É importante que tanto o dispositivo de transmissão

como de recepção se refira ao mesmo ponto de referência de zero volt.

Quando este for o caso, diz‐se que estão adequadamente aterrados.

Para que a rede local possa operar adequadamente, o dispositivo receptor

deve ser capaz de interpretar precisamente os uns e zeros binários

transmitidos como níveis de voltagem. Já que a tecnologia Ethernet actual

sustenta faixas de dados de bilhões de bits por segundo, cada bit precisa

ser reconhecido, mesmo que a duração do bit seja bem pequena. Isto

quer dizer que o máximo possível da intensidade do sinal original precisa

ser retido, conforme o sinal se propaga pelo cabo e passa através dos

conectores. Em antecipação de protocolos Ethernet cada vez mais rápidos,

as novas instalações de cabos devem ser feitas com os melhores cabos,

conectores e dispositivos de interconexão disponíveis como blocos

punchdown e patch panels.

Existem dois tipos básicos de cabos de cobre: blindado e não blindado. No

cabo blindado, o material de blindagem protege o sinal de dados contra

fontes externas de ruído e contra o ruído gerado por sinais eléctricos

dentro do cabo.

O cabo coaxial é um tipo de cabo blindado. Ele consiste em um condutor

de cobre sólido envolto por material isolante, e depois por blindagem

condutiva em malha. Em aplicações de redes locais, a blindagem de malha

é electricamente aterrada para proteger a parte interna do condutor

contra ruídos eléctricos externos. A blindagem também ajuda na

eliminação da perda de sinais e mantém os sinais transmitidos confinados

ao cabo. Isto faz com que os cabos coaxiais tenham menos ruídos que

outros tipos de cabeamento de cobre, mas também os tornam muito mais

caros. A necessidade de se aterrar a blindagem e grande tamanho dos

cabos coaxiais dificultam mais a instalação do que outro cabeamento de

cobre.

Existem dois tipos de cabos de cobre de par trançado: par trançado

blindado (STP) e par trançado não blindado (UTP).

O cabo STP contém uma capa externa condutiva que é electricamente

aterrada para isolar os sinais contra qualquer ruído eléctrico externo. O

STP também usa blindagens metálicas internas para proteger cada par de

fios contra ruídos gerados pelos outros pares. O cabo STP às vezes é

chamado par trançado isolado (ScTP) erradamente. ScTP geralmente

refere‐se ao cabeamento de par trançado Categoria 5 ou Categoria 5e,

enquanto STP refere‐se a um cabo específico da IBM que contém somente

dois pares de condutores. O cabo ScTP é mais caro, mais difícil de instalar

e menos frequentemente usado que o UTP. O UTP não contém blindagem

e é mais susceptível aos ruídos externos, mas é mais frequentemente

usado pois é mais barato e mais fácil de se instalar.

O cabo de fibra óptica é usado para transmitir sinais de dados por meio de

aumentar e abaixar a intensidade da luz para representar uns e zeros

binários. A intensidade de um sinal de luz não diminui tanto quanto a

intensidade de um sinal eléctrico transmitido através de uma distância

idêntica. Os sinais ópticos não são afectados pelo ruído eléctrico, e a fibra

óptica não precisa ser aterrada a menos que a capa contenha um metal ou

um membro de resistência metálica. Portanto, as fibras ópticas são

frequentemente usadas entre edifícios e entre andares dentro do edifício.

Conforme vão se abaixando os custos e vai aumentando a demanda pela

velocidade, as fibras ópticas poderão tornar‐se os meios mais usadas em

redes locais.

Atenuação e Perda por Inserção em Meios de Cobre

A atenuação é a redução da amplitude do sinal ao longo de um link.

Longos comprimentos de cabos e altas frequências de sinais contribuem

para uma maior atenuação dos sinais. Desta maneira, a atenuação em um

cabo é medida por um testador de cabos usando as mais altas frequências

indicadas para o regime do cabo. A atenuação é expressa em decibéis (dB)

usando números negativos. Os valores dB negativos menores indicam um

desempenho melhor do link.

Existem vários factores que contribuem para a atenuação. A resistência do

cabo de cobre converte em calor um pouco da energia eléctrica do sinal. A

energia do sinal é também perdida quando vaza pelo isolamento do cabo

e pela impedância causada por conectores defeituosos.

Impedância é a medição da resistência do cabo à corrente alternada (CA) e

é medida em ohms. A impedância normal, ou característica, de um cabo

Cat5 é de 100 ohms. Se um conector for instalado incorrectamente no

Cat5, ele terá um valor de impedância diferente que o do cabo. Isto se

chama descontinuidade de impedância ou uma diferença (mismatch) de

impedância.

As descontinuidades de impedância causam a atenuação pois uma parte

de um sinal transmitido será reflectida de volta ao dispositivo transmissor

ao invés de continuar até o receptor, o que é bem semelhante a um eco.

Este efeito é intensificado se houver várias descontinuidades causando

com que porções adicionais do sinal restante sejam reflectidas de volta à

transmissora. Quando esta reflexão volta e atinge a primeira

descontinuidade, um pouco do sinal reflecte em direcção ao sinal original,

criando múltiplos efeitos de ecos. Os ecos atingem o receptor a diferentes

intervalos tornando difícil o receptor detectar precisamente os valores dos

dados no sinal. Isto é chamado atraso do sincronismo e resulta em erros

nos dados.

A combinação dos efeitos da atenuação do sinal e as descontinuidades de

impedância em um link de comunicações é conhecido como perda por

inserção. Uma operação adequada de rede depende de uma impedância

característica constante em todos os cabos e conectores, sem

descontinuidades de impedância em todo o sistema de cabos.

Fontes de Ruído nos Meios de Cobre

O ruído é qualquer energia eléctrica no cabo de transmissão que torna

difícil ao receptor a interpretação dos dados enviados pelo transmissor. A

certificação TIA/EIA‐568‐B de um cabo agora exige testes para uma

variedade de tipos de ruídos.

A diafonia envolve a transmissão de sinais de um fio até outro fio nas

imediações. A energia electromagnética é gerada quando as voltagens

mudam em um fio. Esta energia é irradiada para fora desde o fio

transmissor como é o caso do sinal de rádio de uma transmissora. Os fios

adjacentes no cabo funcionam como antenas, recebendo a energia

transmitida, que interfere com os dados naqueles fios. A diafonia também

pode ser causada pelos sinais em cabos separados nas imediações.

Quando a diafonia é causada por um sinal em outro cabo, é conhecida

como diafonia alheia. A diafonia é mais destrutiva a frequências mais altas

de transmissão.

Os instrumentos de testes de cabos medem a diafonia com a aplicação de

um sinal de teste a um par de fios. O testador de cabos então mede a

amplitude dos sinais da diafonia não desejada induzidos nos outros pares

de fios no cabo.

O cabo de par trançado é desenhado para aproveitar‐se dos efeitos da

diafonia a fim de minimizar o ruído. Em um cabo de par trançado, um par

de fios é usado para transmitir um sinal. O par de fios é trançado para que

cada fio sofra diafonia similar. Já que um sinal de ruído em um fio

aparenta ser idêntico ao do outro fio, o ruído poderá ser facilmente

detectado e filtrado no receptor.

A trança de um par de fios em um cabo também ajuda na redução da

diafonia dos dados ou sinais de ruído vindos de um par adjacente de fios.

As categorias mais altas de UTP exigem mais torções em cada par de fios

no cabo para minimizar a diafonia a altas frequências de transmissão.

Quando se liga os conectores às extremidades do cabo UTP, o

destrançamento dos pares de fios deve ser mantido ao mínimo absoluto

para garantir comunicações de redes locais confiáveis.

Tipos de Diafonia

Existem três tipos distintos de diafonia:

Diafonia Próxima (NEXT – Near‐end Crosstalk)

Diafonia Distante (FEXT – Far‐end Crosstalk)

Diafonia Próxima por Soma de Potências (PSNEXT – Power Sum

Near‐end Crosstalk)

A diafonia próxima (NEXT) é calculada como a razão das amplitudes de

voltagem entre o sinal de teste e o sinal de diafonia quando medidas na

mesma extremidade do link. Essa diferença é expressa em um valor

negativo de decibéis (dB). Os números negativos menores indicam mais

ruído, assim como baixas temperaturas negativas indicam mais calor. Por

tradição, os testadores de cabos não mostram o sinal negativo indicando

os valores NEXT negativos. Uma leitura de 30 dB de NEXT (que na verdade

indica –30 dB) indica menos ruído, e consequentemente um sinal mais

limpo, do que aquele que dá uma leitura de 10 dB de NEXT.

A NEXT precisa ser medida entre cada par e cada outro par em um link de

UTP, e nas duas extremidades do link. Para diminuir o tempo dos testes,

alguns instrumentos de teste de cabos permitem que o usuário teste o

desempenho de NEXT de um link usando maiores intervalos entre

frequências do que o especificado pelo padrão TIA/EIA. As medições

resultantes podem não atender aos padrões TIA/EIA‐568‐B e podem

ignorar falhas do link. Para verificar o desempenho adequado do link, a

NEXT deverá ser medida das duas extremidades do link com um

instrumento de testes de alta qualidade. Isto é também um requisito para

o cumprimento total das especificações dos cabos de alta velocidade.

Devido à atenuação, a diafonia que ocorre longe do transmissor cria

menos ruído em um cabo do que a NEXT. Isto é conhecido como diafonia

mais distante, ou FEXT. O ruído causado pela FEXT ainda se propaga de

volta à fonte, mas é atenuado na sua volta. Desta maneira, a FEXT não é

um problema tão sério quanto a NEXT.

A NEXT por Soma de Potências (PSNEXT) mede o efeito cumulativo da

NEXT de todos os pares de fios no cabo. A PSNEXT é computada para cada

par de fios baseada nos efeitos da NEXT dos outros três pares. O efeito

combinado da diafonia de múltiplas fontes simultâneas de transmissão

pode ser muito prejudicial ao sinal. A certificação TIA/EIA‐568‐B agora

exige este teste da PSNEXT.

Alguns padrões Ethernet como 10BASE‐T e 100BASE‐TX recebem dados de

apenas um par de fios em cada direcção. No entretanto, para as novas

tecnologias como é o caso do 1000BASE‐T que recebe dados

simultaneamente de vários pares na mesma direcção, as medições de

soma de potências são testes muito importantes.

Procedimentos para Testar Cabos

O padrão TIA/EIA‐568‐B especifica dez testes que o cabo de cobre deve

passar antes que possa ser usado em redes locais Ethernet de alta

velocidade. Todos os links de cabos deverão ser testados até a capacidade

máxima que é aplicada à categoria do cabo sendo instalado.

Os dez parâmetros de testes primários que devem ser verificados para

que um link de cabo possa satisfazer os padrões TIA/EIA são:

Mapa de fios

Perda por inserção

Diafonia próxima (NEXT – Near‐end crosstalk)

Diafonia próxima por soma de potências (PSNEXT – Power sum

near‐end crosstalk)

Diafonia distante de mesmo nível (ELFEXT – Equal‐level far‐end

crosstalk)

Diafonia distante por soma de potência de mesmo nível (PSELFEXT –

Power sum equal‐level far‐end crosstalk)

Perda de retorno

Atraso de propagação

Comprimento do cabo

Desvio de atraso

O padrão Ethernet especifica que cada um dos pinos em um conector RJ‐

45 tenha um determinado propósito. Uma placa de rede transmite sinais

nos pinos 1 e 2, e recebe sinais nos pinos 3 e 6. Os fios do cabo UTP

precisam estar conectados aos pinos correctos de cada extremidade de

um cabo. O teste de mapa de fios garante que não existe nenhum circuito

aberto ou curto no cabo. Um circuito aberto ocorre se o fio não for ligado

correctamente ao conector. Um curto‐circuito ocorre se dois fios forem

ligados um ao outro.

O teste de mapa de fios também verifica se todos os oito fios foram

conectados aos pinos correctos nas duas extremidades do cabo. Existem

várias falhas diferentes de cabeamento que o teste de mapa de fios pode

detectar. A falha de par invertido ocorre quando um par de fios é

instalado correctamente em um conector, mas invertido no outro

conector. Se o fio listrado branco/alaranjado estiver terminado no pino 1 e

o fio estiver terminado alaranjado no pino 2 em uma extremidade, mas

invertido na outra extremidade, então o cabo possui uma falha de par

invertido. Este exemplo é exibido no gráfico.

Uma falha de cabeamento de par dividido ocorre quando um fio de um

par é trocado o com um fio de um par diferente. Esta mistura engana o

processo de cancelamento e torna o cabo mais susceptível a diafonia e

interferência. Observe cuidadosamente os números dos pinos no gráfico

para detectar a falha no cabeamento. Um par dividido cria dois pares de

transmissão ou de recepção, cada par com fios que não estão trançados

juntos.

As falhas de cabeamento de pares transpostos ocorrem quando um par de

fios for conectado aos pinos completamente diferentes nas duas

extremidades. Compare isto com um par invertido, onde o mesmo par de

pinos é usado nas duas extremidades.

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