Redes Guia Prático 2ª Edição

Carlos E. Morimoto

Introdução

Como quase tudo na informática, as redes passaram por um longo processo de evolução antes de chegarem aos padrões utilizados atualmente. As primeiras redes de computadores foram criadas ainda durante a década de 60, como uma forma de transferir informações de um computador a outro. Na época, o meio mais usado para armazenamento externo de dados e transporte ainda eram os cartões perfurados, que armazenavam poucas dezenas de caracteres cada (o formato usado pela IBM, por exemplo, permitia armazenar 80 caracteres por cartão).

Eles são uma das formas mais lentas, trabalhosas e demoradas de transportar grandes quantidades de informação que se pode imaginar. São, literalmente, cartões de cartolina com furos, que representam os bits um e zero armazenados:

De 1969 a 1972 foi criada a Arpanet, o embrião da Internet que conhecemos hoje. A rede entrou no ar em dezembro de 1969, inicialmente com apenas 4 nós, que respondiam pelos nomes SRI, UCLA, UCSB e UTAH e eram sediados, respectivamente, no Stanford Research Institute, na Universidade da California, na Universidade de Santa Barbara e na Universidade de Utah, nos EUA. Eles eram interligados através de links de 50 kbps, criados usando linhas telefônicas dedicadas, adaptadas para o uso como link de dados.

Pode parecer pouco, mas 50 kbps em conexões de longa distância era uma velocidade impressionante para a época, principalmente se considerarmos que os modems domésticos da década de 1970 transmitiam a apenas 110 bps (bits por segundo), o que corresponde a apenas 825 caracteres de texto por minuto.

Esta rede inicial foi criada com propósitos de teste, com o desafio de interligar 4 computadores de arquiteturas diferentes, mas a rede cresceu rapidamente e em 1973 já interligava 30 instituições, incluindo universidades, instituições militares e empresas. Para garantir a operação da rede, cada nó era interligado a pelo menos dois outros (com exceção dos casos em que isso realmente não era possível), de forma que a rede pudesse continuar funcionando mesmo com a interrupção de várias das conexões.

As mensagens eram roteadas entre os nós e eventuais interrupções nos links eram detectadas rapidamente, de forma que a rede era bastante confiável. Enquanto existisse pelo menos um caminho possível, os pacotes eram roteados até finalmente chegarem ao destino, de forma muito similar ao que temos hoje na Internet.

Esta ilustração, cortesia do computerhistory.org, mostra o diagrama da Arpanet em 1973:

Em 1974 surgiu o TCP/IP, que acabou se tornando o protocolo definitivo para uso na ARPANET e mais tarde na Internet. Uma rede interligando diversas universidades permitiu o livre tráfego de informações, levando ao desenvolvimento de recursos que usamos até hoje, como o e-mail, o telnet e o FTP, que permitiam aos usuários conectados trocar informações, acessar outros computadores remotamente e compartilhar arquivos. Na época, mainframes com um bom poder de processamento eram raros e incrivelmente caros, de forma que eles acabavam sendo compartilhados entre diversos pesquisadores e técnicos, que podiam estar situados em qualquer ponto da rede.

Um dos supercomputadores mais poderosos da época, acessado quase que unicamente via rede, era o Cray-1 (fabricado em 1976). Ele operava a 80 MHz, executando duas instruções por ciclo, e contava com 8 MB de memória, uma configuração que só seria alcançada pelos PCs domésticos quase duas décadas depois. Esta foto do museu da NASA mostra o Cray-1 durante uma manutenção de rotina:

Com o crescimento da rede, manter e distribuir listas de todos os hosts conectados foi se tornando cada vez mais dispendioso, até que em 1980 passaram a ser usados nomes de domínio, dando origem ao "Domain Name System", ou simplesmente DNS, que é essencialmente o mesmo sistema para atribuir nomes de domínio usado até hoje.

A segunda parte da história começa em 1973 dentro do PARC (o laboratório de desenvolvimento da Xerox, em Palo Alto, EUA), quando foi feito o primeiro teste de transmissão de dados usando o padrão Ethernet. Por sinal, foi no PARC onde várias outras tecnologias importantes, incluindo a interface gráfica e o mouse, foram originalmente desenvolvidas. O teste deu origem ao primeiro padrão Ethernet, que transmitia dados a 2.94 megabits através de cabos coaxiais e permitia a conexão de até 256 estações de trabalho. Este célebre desenho, feito por Bob Metcalf, o principal desenvolvedor do padrão, ilustra o conceito:

O termo "ether" era usado para descrever o meio de transmissão dos sinais em um sistema. No Ethernet original, o "ether" era um cabo coaxial, mas em outros padrões pode ser usado um cabo de fibra óptica, ou mesmo o ar, no caso das redes wireless. O termo foi escolhido para enfatizar que o padrão Ethernet não era dependente do meio e podia ser adaptado para trabalhar em conjunto com outras mídias.

Note que tudo isso aconteceu muito antes do lançamento do primeiro micro PC, o que só aconteceu em 1981. Os desenvolvedores do PARC criaram diversos protótipos de estações de trabalho durante a década de 1970, incluindo versões com interfaces gráficas elaboradas (para a época) que acabaram não entrando em produção devido ao custo. O padrão Ethernet surgiu, então, da necessidade natural de ligar estas estações de trabalho em rede.

Xerox Alto (1973), a primeira estação de trabalho e também a primeira a ser ligada em rede.A taxa de transmissão de 2.94 megabits do Ethernet original era derivada do clock de 2.94 MHz usado no Xerox Alto, mas ela foi logo ampliada para 10 megabits, dando origem aos primeiros padrões Ethernet de uso geral. Eles foram então sucessivamente aprimorados, dando origem aos padrões utilizados hoje em dia.

A ARPANET e o padrão Ethernet deram origem, respectivamente, à Internet e às redes locais, duas inovações que revolucionaram a computação. Hoje em dia, poderíamos muito bem viver sem processadores dual-core e sem monitores de LCD, mas viver sem a Internet e sem as redes locais seria muito mais complicado.

Inicialmente, a ARPANET e o padrão Ethernet eram tecnologias sem relação direta. Uma servia para interligar servidores em universidades e outras instituições e a outra servia para criar redes locais, compartilhando arquivos e impressoras entre os computadores, facilitando a troca de arquivos e informações em ambientes de trabalho e permitindo o melhor aproveitamento dos recursos disponíveis. Afinal, porque ter uma impressora jato de tinta para cada micro, se você pode ter uma única impressora laser, mais rápida e com uma melhor qualidade de impressão para toda a rede?

Na década de 1990, com a abertura do acesso à Internet, tudo ganhou uma nova dimensão e as redes se popularizaram de forma assustadora, já que não demorou muito para todos perceberem que ter uma rede local era a forma mais barata de conectar todos os micros da rede à Internet.

Há apenas uma década, o acesso via linha discada ainda era a modalidade mais comum e não era incomum ver empresas onde cada micro tinha um modem e uma linha telefônica, o que multiplicava os custos. Nessas situações, locar uma linha de frame relay (uma conexão dedicada de 64 kbits, que é na verdade uma fração de uma linha T1) e compartilhar a conexão entre todos os micros acabava saindo mais barato, além de permitir que todos eles ficassem permanentemente conectados. Com a popularização das conexões de banda larga, a escolha ficou ainda mais evidente.

Hoje em dia, quase todo mundo que possui mais de um PC em casa acaba montando uma pequena rede para compartilhar a conexão entre eles, seja usando um modem ADSL configurado como roteador, seja usando um ponto de acesso wireless, seja usando um cabo cross-over para compartilhar diretamente a conexão entre dois micros. É muito difícil encontrar uma placa-mãe que já não venha com uma placa de rede onboard, ou um notebook que não traga uma placa wireless pré-instalada. O acesso à web se tornou tão ubíquo que é cada vez mais difícil encontrar utilidade para um PC desconectado da rede.

Além disso, as redes continuam cumprindo seu papel como uma forma de compartilhar recursos entre diversos micros, permitindo que você acesse arquivos, use impressoras, CD-ROMs e outros dispositivos e rode aplicativos remotamente.

Você pode usar um notebook como segundo monitor, usando-o como uma extensão da tela do seu desktop (mesmo que os dois rodem sistemas operacionais diferentes), pode usar um micro antigo como servidor de arquivos para a rede ou dar-lhe uma sobrevida como desktop, usando-o como terminal de um micro mais rápido; pode usar um proxy transparente para melhorar a velocidade do acesso à web, só para citar alguns exemplos. Como veremos ao longo do livro, as possibilidades são praticamente infinitas. :)

Padrões Ethernet

Embora as redes Wi-Fi também sejam redes Ethernet, o termo "Ethernet" é geralmente usado apenas em relação às redes cabeadas, enquanto as redes sem fio são mais popularmente chamadas de "redes wireless", "redes Wi-Fi", ou ainda "redes 802.11g" ou "redes 802.11n" (nesse caso indicando um padrão específico).

Não seria errado dizer "minha rede wireless Ethernet", mas provavelmente a pessoa com quem estivesse falando iria achar estranho. Vou então adotar esta convenção no restante do livro, usando o termo "Ethernet" para as redes cabeadas e "Wi-Fi" quando quiser me referir às redes wireless 802.11 de uma forma geral.

Como tudo na informática, as redes Ethernet passaram por uma série de evoluções desde a criação do padrão na década de 1970. Os três padrões mais importantes são o 10BASE-T, o 100BASE-TX e o 1000BASE-T, que correspondem aos padrões de 10, 100 e 1000 megabits para cabos de par trançado que usamos no dia-a-dia. Mas, além deles, existem diversos outros padrões Ethernet que é importante conhecer. Além dos padrões para cabos de par trançado, existem padrões para cabos de fibra óptica e até para cabos twinax.

Padrões de 10 megabits

Depois do padrão Ethernet original (de 2.94 megabits), surgiram os padrões 10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T e 10BASE-F, todos padrões de 10 megabits, diferenciados pelo cabeamento usado.

Como vimos na introdução, o 10BASE-5 e o 10BASE-2 são baseados em cabos coaxiais. O 10BASE-5 ganha tanto em alcance (500 metros, contra 185) quanto no número máximo de estações em cada segmento de rede (100 contra 30), mas perde no fator mais importante, que é o fator custo, de forma que, uma vez finalizado, o 10BASE-2 se tornou rapidamente o padrão mais popular.Em seguida temos o 10BASE-T, que é o primeiro padrão baseado no uso de cabos de par trançado (o "T" vem de twisted-pair). Na época, os cabos cat 5 ainda eram caros, de forma que o padrão permitia o uso de cabos cat 3, que eram mais comuns, já que eram utilizados também em instalações telefônicas de aparelhos de PABX.O comprimento máximo do cabo é de 100 metros, ainda menos que no 10BASE-2, mas os sinais são retransmitidos pelo hub, de forma que é possível usar cabos de até 100 metros até o hub e mais 100 metros até o micro seguinte, totalizando 200 metros. É possível também estender o alcance da rede usando repetidores adicionais (o próprio hub atua como um repetidor, de forma que é possível simplesmente interligar vários hubs, usando cabos de até 100 metros), estendendo a rede por distâncias maiores.

Existiu ainda o padrão 10BASE-F ("F" de fiber optic) que utilizava cabos de fibra óptica. Ele foi pouco popular devido ao custo do cabeamento, mas oferecia como vantagem um alcance de 2000 metros por segmento, que também podiam ser estendidos com a ajuda de repetidores.As placas de 10 megabits foram as únicas que foram produzidas em versão ISA, já que a taxa de transferência efetiva do barramento ISA (devido aos tempos de espera e ao overhead da sinalização) é de pouco mais de 5 MB/s, o que é lento demais para uma placa de 100 megabits, que precisa de um barramento capaz de transmitir a pelo menos 12.5 MB/s.

Lembre-se de que um byte tem 8 bits, logo 12.5 MB (megabytes, com o B maiúsculo) correspondem a 100 megabits (Mb, com o b minúsculo), 125 MB correspondem a 1000 megabits e assim por diante. Ao contrário das taxas de transferência de outros componentes, que são geralmente medidas em megabytes por segundo, as taxas de transferência das redes e das conexões web são quase sempre medidas em megabits, o que às vezes causa uma certa confusão. É muito comum ver usuários reclamando que não conseguem fazer downloads a mais do que cento e poucos kbytes no ADSL de 1 megabit ou que o ponto de acesso 802.11g transmite a no máximo 3 MB/s, quando na verdade as taxas estão corretas e o problema é apenas de interpretação.

Fast Ethernet

Em 1995 foi finalizado o padrão Fast Ethernet (802.3u), que multiplicou por 10 a velocidade de transmissão, atingindo 100 megabits. O Fast Ethernet é composto por três padrões distintos:

O mais usado é o 100BASE-TX, que é o padrão para cabos de par trançado categoria 5, utilizado em mais de 80% das instalações atuais. No 100BASE-TX foi mantida a distância máxima de 100 metros, mas foi adicionado o suporte ao modo-full duplex, onde as estações podem enviar e receber dados simultaneamente (100 megabits em cada direção), desde que seja usado um switch.Como os cabos categoria 5 atendem a especificação com folga, foi possível fazer tudo usando apenas dois dos quatro pares de cabos (os pares laranja e verde), sendo um par usado para enviar e o outro para receber.

É justamente devido ao uso de apenas dois dos pares de cabos que algumas placas de rede 10/100 possuem apenas 4 contatos, eliminando os que não são usados no 100BASE-TX, como você pode ver nessa placa da Encore:

Como você pode imaginar, é possível usar os 4 pares do cabo para crimpar dois cabos separados, cada um com dois pares. Isso não é previsto no padrão e não é recomendável, mas não deixa de ser uma curiosidade. Para isso, você usaria o par laranja nos pinos 1 e 2 e o verde nos pinos 3 e 6 do primeiro cabo, com o par azul nos pinos 1 e 2 e o par marrom nos pinos 3 e 6 do segundo cabo. O uso de duas transmissões separadas vai gerar interferência, reduzindo o alcance da transmissão, de forma que isso só funciona em cabos relativamente curtos. Além disso, o cabo deixa de ser utilizável em redes gigabit (veja detalhes a seguir), de forma que a economia não justifica as desvantagens.

Existe uma idéia bastante enraizada no meio técnico de que redes de 10 megabits exigem cabos de 10 MHz, redes de 100 megabits exigem cabos de 100 MHz e assim por diante. Esta é uma explicação simples e aparentemente lógica, mas que é incorreta. Pense que se as coisas funcionassem assim, precisaríamos de cabos de 1000 MHz para as redes gigabit e de 10.000 MHz para as redes 10G, o que seria impossível com tecnologia atual.

Para evitar isso, os padrões Ethernet de 100, 1000 e 10000 megabits utilizam sistemas complicados de modulação, de forma a reduzir a freqüência efetiva da transmissão e, assim, aproveitar melhor os recursos do cabo. Um paralelo poderia ser traçado com relação ao ADSL, que consegue transmitir dados a longas distâncias e a até 8 megabits, utilizando um único par de cabo telefônico, originalmente projetado para transportar apenas o sinal de voz.

Na realidade, o padrão 100BASE-TX utiliza uma freqüência efetiva de apenas 31.25 MHz. Como se não bastasse, o 1000BASE-T (o padrão de 1000 megabits para cabos de par trançado) conseguiu multiplicar por 10 a taxa de transmissão, aumentando a freqüência para apenas 62.5 MHz efetivos. É por isso que ambos os padrões suportam cabos de par trançado categoria 5, que são certificados para freqüências de apenas 100 MHz.

Se você achou pouco, saiba que os cabos de categoria 6 (certificados para até 250 MHz) oferecem suporte também ao 10GBASE-T, que é o padrão de 10.000 megabits. Se você era adepto do mito dos 100 MHz, isso deve ter dado um nó na sua cabeça. Vamos então entender como estes aparentes milagres foram obtidos.

Em primeiro lugar, um padrão de rede de 100 megabits não transmite apenas 100 megabits por segundo, pois junto com os dados é necessário transmitir o conjunto de informações de controle que possibilita a conexão. Para transmitir 100 megabits de dados úteis, a placa precisa transmitir um pouco mais do que isso.

No 100BASE-TX é usada uma sinalização de 125 megabauds, utilizando o sistema 4B/5B, onde cada grupo de 4 bits é transmitido usando um grupo de 5 bauds, cada um deles enviando um bit zero ou um.

Como bem sabemos, 5 bits correspondem a 32 combinações, o que permite enviar os 4 bits (16 combinações) e mais um bit adicional, usado para transmitir informações de controle e de redundância, que garantem a confiabilidade da conexão. Com isso, os 125 milhões de bauds resultam na transmissão de 100 megabits de dados "úteis".

Como a construção dos frames Ethernet e dos pacotes TCP/IP exigem o uso de mais alguns bits adicionais (veja mais detalhes no capítulo 4), os 100 megabits transmitidos pela placa de rede resultam em taxas efetivas de transmissão progressivamente menores a cada camada, fazendo com que, a taxa de transferência "real" da rede (ao transferir um arquivo, por exemplo) acabe sendo mais baixa. Entretanto, é graças a essas "perdas" que as redes são confiáveis.

Continuando, 125 megabauds equivaleriam, a princípio, a uma freqüência de 125 MHz, o que ficaria acima dos 100 MHz suportados pelos cabos categoria 5 e categoria 5e. Para evitar isso, foi adotado o sistema de codificação MLT-3, onde são utilizadas três tensões diferentes (+1, 0 e -1) e os bits são transmitidos através de transições entre os níveis.

No MLT-3, um bit 1 é transmitido chaveando para o próximo estágio de tensão, enquanto um bit 0 é transmitido mantendo o mesmo estágio anterior. Por exemplo, para a sequência binária "1111" os sinais transmitidos seriam "+1, 0, -1, 0" e, para a sequência "0101", seria "+1, 0, 0, -1":

Esta sinalização mais simples permite "pegar carona" com o sinal de clock (que se comporta como uma onda), realizando 4 transferências por ciclo de clock. Isso reduz a freqüência real de 125 para apenas 31.25 MHz, de forma que a rede pode funcionar tranquilamente dentro dos 100 MHz oferecidos pelos cabos de categoria 5.

Em seguida temos o padrão de 100 megabits para cabos categoria 3, o 100BASE-T4, que elimina o modo full-duplex e utiliza todos os quatro pares do cabo, reduzindo, assim, a taxa de sinalização.O 100BASE-T4 utiliza uma sinalização mais complexa onde um dos pares envia dados da estação para o hub, outro envia do hub para a estação e os outros dois são alocados para uma direção ou outra, de acordo com quem está transmitindo, de forma que apenas três dos pares são usados para transmitir dados simultaneamente.

Como os cabos de categoria 3 suportam freqüências de até 16 MHz, mais de 6 vezes menos que os de categoria 5, foi necessário criar um sistema complicado de codificação, que utiliza uma sinalização ternária, com o uso de três sinais diferentes (em vez de dois, como no sistema binário). Com três combinações por par e três pares de cabo, temos um total de 27 combinações possíveis por ciclo, suficiente para transmitir 4 bits (16 combinações), combinados com sinais adicionais de redundância.

Este sistema, baseado no uso do 8B6T e da codificação PAM-3 permite reduzir a taxa de sinalização para apenas 25 megabauds. Utilizando um sistema de sinalização similar ao usado no 100BASE-TX, são transmitidos 2 bauds em cada ciclo de clock, resultando em uma freqüência efetiva de apenas 12.5 MHz, o que ainda está dentro do suportado pelos cabos de categoria 3. Apesar disso, o 100BASE-T4 foi relativamente pouco usado, de forma que muitas placas de rede sequer oferecem suporte a ele, como no caso das placas com apenas 4 pinos.

Existiu ainda o 100BASE-FX, o padrão de 100 megabits para cabos de fibra óptica multimodo. Assim como o 10BASE-F, ele foi pouco usado, mas oferecia a possibilidade de criar links de longa distância, com cabos de até 2 km e a possibilidade de usar repetidores para atingir distâncias maiores.Existia a possibilidade de usar um único cabo de fibra em modo half-duplex, mas nesse caso a distância máxima era de apenas 400 metros (devido à necessidade de detectar colisões), o que eliminava a maior parte das vantagens práticas sobre o 100BASE-TX, onde os 100 metros máximos podem ser estendidos com a ajuda de repetidores.

Embora inicialmente fossem caras, as placas 100BASE-TX em versão PCI caíram assustadoramente de preço durante a vida útil do padrão. As placas mais baratas, de fabricantes como a Encore e a LG, chegaram a ser vendidas no atacado, em países da Ásia, por menos de 3 dólares. Isso aconteceu devido à concorrência acirrada entre os fabricantes e ao avanço das técnicas de fabricação, que tornou a fabricação dos chipsets de rede cada vez mais barato.

Placas de rede PCI

Como todas as placas-mãe passaram a vir com placas de rede onboard, a demanda por placas offboard passou a ser cada vez menor, o que gradualmente levou os fabricantes a produzir apenas placas de padrões mais recentes, que permitem a eles trabalhar com margens de lucro um pouco maiores. Com isso, as placas de rede PCI baratas que nos acostumamos a ver começaram a se tornar cada vez mais difíceis de encontrar, dando lugar às placas gigabit.

Placas de rede PCI geralmente possuem um soquete para a instalação de um chip de boot, usado em clientes de boot remoto, como no LTSP. É possível obter ROMs de boot em diversos formatos no http://rom-o-matic.org e gravá-las usando um gravador de EPROM, mas isso está entrando em desuso, pois as placas-mãe incorporam imagens de boot no próprio BIOS, permitindo que a placa de rede onboard seja usada para dar boot via rede diretamente.

Gigabit Ethernet

Depois dos padrões de 10 e 100 megabits, o passo natural para as redes Ethernet seria novamente multiplicar por 10 a taxa de transmissão, atingindo 1000 megabits. E foi justamente o que aconteceu. O padrão Gigabit Ethernet começou a ser desenvolvido pelo IEEE em 1995, assim que o padrão de 100 megabits foi ratificado (como muitos dizem, antes mesmo que a tinta tivesse tempo de secar) e acabou sendo ratificado em 1998, dando origem ao 802.3z, composto por quatro padrões diferentes.

O 1000BASE-LX é o padrão mais caro, que suporta apenas cabos de fibra óptica. Até o 100BASE-FX, os transmissores de rede para fibra óptica podiam utilizar LEDs, que são uma tecnologia muito mais barata. O problema é que os LEDs não são capazes de mudar de estado rápido o suficiente para atenderem os requisitos do sistema de modulação adotado no gigabit Ethernet, de forma que a única saída foi adotar a tecnologia long-wave laser, com o uso de lasers de 1300 nanômetros.Em troca, o 1000BASE-LX oferece um alcance muito maior do que o oferecido pelos padrões anteriores. Oficialmente, usando cabos de fibra óptica monomodo com núcleo de 9 mícrons, o sinal é capaz de percorrer distâncias de até 2 km, mas na prática o sinal é capaz de atingir distâncias muito maiores, o que fez com que muitos fabricantes anunciassem produtos baseados no 1000BASE-LX com alcance de até 10 km. Isso tornou o padrão atrativo para uso em backbones, interligando diferentes segmentos de rede no campus de uma universidade ou em prédios próximos, por exemplo. É possível também utilizar cabos multimodo com núcleo de 50 ou 62.5 mícrons (que são os cabos mais baratos), mas nesse caso o sinal percorre apenas 550 metros.

O segundo padrão é o 1000BASE-SX, que também utiliza cabos de fibra óptica, mas utiliza uma tecnologia de transmissão mais barata, chamada short-wave laser, que é uma derivação da mesma tecnologia usada em CD-ROMs, com feixes de curta distância. Justamente por já ser utilizado em diversos dispositivos, esta tecnologia é mais barata, mas em compensação o sinal é capaz de atingir distâncias menores. Utilizando cabos multimodo com núcleo de 50 microns a distância máxima é de 500 metros e usando cabos com núcleo de 62.5 microns a distância máxima é de 275 metros (sinalização de 200 MHz) ou 220 metros (sinalização de 160 MHz).Foi criado também um padrão para distâncias curtas, o 1000BASE-CX, que ao invés de fibra óptica utiliza dois pares de cabo de par trançado blindado STP ou SSTP (de forma similar ao 100BASE-TX, onde são também utilizados apenas dois pares do cabo). Embora pouco usados, são suportados também cabos twinax, que são um tipo de cabo coaxial duplo, também blindado.O problema é que no 1000BASE-CX o alcance é de apenas 25 metros, o que limita bastante o seu uso. Ele é usado em alguns modelos de blade servers e outros produtos destinados ao uso em datacenters (onde vários servidores são instalados no mesmo rack e a distância a cobrir é pequena), mas ele praticamente desapareceu depois que o padrão 1000BASE-T foi finalizado.

Inicialmente, parecia impossível desenvolver um padrão Gigabit Ethernet para cabos de par trançado sem blindagem, que fosse capaz de atingir os 100 metros oferecidos pelo padrão Fast Ethernet, já que o 100BASE-TX já havia explorado grande parte do potencial dos cabos categoria 5. Mas, contra todas as expectativas, o grupo de trabalho conseguiu finalizar o padrão 1000BASE-T (802.3ab) em 1999, abrindo uma nova fronteira para as redes domésticas.O 1000BASE-T, também chamado de GoC ou "Gigabit over Copper", permite utilizar os mesmos cabos de par trançado categoria 5 que as redes de 100 megabits. Isso representa uma enorme economia, não apenas por eliminar a necessidade de trocar os cabos atuais por cabos mais caros, mas também nas próprias placas de rede, que passam a ser uma evolução das atuais e não uma tecnologia nova. O alcance continua sendo de 100 metros e os switches compatíveis com o padrão são capazes de combinar nós de 10, 100 e 1000 megabits, sem que os mais lentos atrapalhem os demais. Toda esta flexibilidade torna a migração para o 1000BASE-T bastante simples, uma vez que você pode aproveitar o cabeamento já existente.A solução para conseguir multiplicar por 10 a taxa de transmissão, mantendo o uso de cabos cat 5 foi adotar um sistema de sinalização mais complexo, que utiliza todos os 4 pares do cabo (de forma similar ao 100BASE-T4, que utilizava um artifício similar para conseguir transmitir 100 megabits utilizando cabos cat 3).

Em primeiro lugar, é usado o sistema PAM-5 de modulação (diferente dos outros padrões gigabit, onde é usado o 8B10B) que consiste no uso de 5 sinais distintos (em vez de apenas dois), que permitem o envio de 2 bits por baud, junto com informações de controle. Com o uso dos 4 pares de cabos, é possível enviar então 8 bits por baud, o que resulta em uma taxa de sinalização de apenas 125 megabauds. Aplicando um sistema similar ao usado no 100BASE-TX, é possível reduzir a freqüência efetiva para apenas 62.5 MHz, transmitindo 2 bauds por ciclo. A freqüência é o dobro da usada no 100BASE-TX, mas ainda fica dentro dos limites dos cabos de categoria 5.

Esta idéia de transmitir vários bits por baud, utilizando vários níveis de sinal distintos, é uma técnica antiga, que foi usada ao limite nos modems discados para obter taxas de transferências mais altas usando o sistema telefônico comutado. Um modem V92 de 56k, por exemplo, transmite 7 bits por baud, de forma a fazer seu trabalho transmitindo apenas 8.000 bauds por segundo. Entretanto, esta tecnologia exige uma modulação mais complexa, o que aumenta o processamento necessário para realizar a transmissão. É por isso que ela passou a ser usada em redes apenas quando as limitações do cabeamento se tornaram evidentes.

Continuando, temos o segundo "milagre" do 1000BASE-T, que é o suporte ao modo full-duplex. Como você deve lembrar, o 100BASE-TX obtinha full-duplex utilizando dois pares de cabos, um para transmitir e outro para receber. Como o 1000BASE-T utiliza todos os 4 pares ao mesmo tempo, transmitir e receber simultaneamente parecia impossível.

Para resolver o problema, foi desenvolvido um sistema engenhoso, que permite que os mesmos pares de cabos sejam usados para enviar e receber dados simultaneamente. Enviar duas transmissões ao mesmo tempo, no mesmo cabo, faz com que as duas transmissões colidam, gerando um eco que é a combinação das duas. Como cada estação tem armazenado na memória o conteúdo da transmissão que acabou de fazer, é capaz de subtrair sua própria transmissão do sinal recebido, obtendo assim o sinal enviado pelo interlocutor.

Com isso, é possível transmitir 1 gigabit em cada direção permitindo que, em situações onde a estação envie e receba um grande volume de dados simultaneamente, seja possível atingir 2 gigabits somando o tráfego nas duas direções. Entretanto, o mais comum é uma relação assimétrica, com uma falando e a outra apenas enviando os pacotes de confirmação, cenário em que o uso do full-duplex traz um ganho marginal.

Apesar disso, alguns fabricantes tiram proveito do full-duplex para anunciar suas placas gigabit como placas de "2 gigabits", assim como alguns vendiam placas fast Ethernet como sendo placas de "200 megabits", novamente em alusão ao modo full-duplex.

Continuando, o uso dos 4 pares e o sistema de sinalização mais complexo tornam o 1000BASE-T muito mais exigente com relação à qualidade do cabeamento que os padrões anteriores. Por exemplo, as placas 100BASE-TX utilizam apenas dois pares do cabo, de forma que a rede pode funcionar com cabos mal crimpados, ou mesmo com cabos com alguns dos fios internos rompidos, desde que os dois pares usados para transmitir dados estejam intactos, mas você não teria a mesma sorte com o 1000BASE-T.

O sistema mais simples de sinalização também torna a rede menos sensível a interferência, ao uso de cabos de baixa qualidade, ou ao uso de cabos mais longos que os 100 metros permitidos. No 1000BASE-T, todos estes problemas saltam à vista, reduzindo a velocidade da rede (devido às retransmissões), tornando-a instável, ou simplesmente impedindo seu funcionamento. Mesmo detalhes como o comprimento da parte destrançada do cabo ao crimpar o conector acabam fazendo diferença, de forma que é necessário redobrar o cuidado ao crimpar os cabos.

Outro fator digno de nota é que, como em quase todo novo padrão, as placas 1000BASE-T eram originalmente muito mais caras que as de 100 megabits, já que o maior processamento necessário tornava o design da placa muito mais complexo, demandando o uso de dois ou mais controladores complexos.

No entanto, com a miniaturização dos componentes, logo surgiram soluções integradas em um único chip e o maior volume de produção fez com que os preços fossem caindo progressivamente. Hoje em dia, a maioria das placas-mãe já trazem chipsets de rede gigabit onboard e os switches gigabit também estão cada vez mais acessíveis, de forma que muitos acabam migrando para o novo padrão sem sequer perceber, enquanto atualizam os equipamentos de rede.

Temos aqui uma placa gigabit de 1999, produzida pela Intel, ao lado de um chip Marvell Yukon 88E8052, usado em muitas placas-mãe atuais com rede gigabit onboard, que ilustra a diferença de complexidade (e de custo) entre as duas gerações:

Assim como no caso das placas de 100 megabits, existe um grande número de placas Gigabit Ethernet em versão PCI. O problema é que, por um conjunto de fatores, o barramento PCI oferece, na prática, pouco mais de metade da taxa teórica de transmissão. Com isso, embora os 133 MB/s sejam suficientes para uma placa de rede gigabit, na prática as placas gigabit em versão PCI acabam sendo limitadas pelo barramento, oferecendo taxas de transmissão de 500 a 700 megabits, variando de acordo com a placa e o chipset usados. Além das placas offboard, muitas placas gigabit onboard são internamente ligadas ao barramento PCI do chipset e têm por isso sua taxa de transmissão limitada de forma similar.

Com isso, tivemos a terceira migração de barramento na história das placas de rede (sem contar as placas em versão PCI-X, destinadas a servidores), que passaram a utilizar o barramento PCI-Express, que oferece 250 MB/s em cada direção, por linha de dados (um slot PCI Express pode ter de uma a 16 linhas de dados), o que permite que mesmo um slot x1 atenda com folga uma placa Gigabit Ethernet:

Placa Gigabit Ethernet em versão PCI ExpressA próxima fronteira são as placas de 10 Gigabits, que em teoria precisam de um slot PCI Express x8 (com oito linhas de dados, ou seja, 2 GB/s) para mostrarem todo o seu potencial.

Continuando, assim como as placas de 100 megabits, as placas gigabit são completamente compatíveis com os padrões anteriores. Você pode até mesmo ligar uma placa Gigabit Ethernet a um hub 10/100 se quiser, mas a velocidade terá de ser nivelada por baixo, respeitando a do ponto mais lento.

A exceção fica por conta de alguns switches nível 3 (modelos mais inteligentes e caros, que incorporam recursos dos roteadores), que são capazes de "rotear" pacotes de diversas estações operando a 100 megabits, agrupando-os em um único link de 1 gigabit ligado ao servidor. Neste caso, você poderia ter (em teoria) 10 estações baixando arquivos a 100 megabits cada, simultaneamente, a partir de um único servidor com uma placa gigabit.

Todos esses padrões de Gigabit Ethernet são intercompatíveis a partir da camada 2 (link de dados) do modelo OSI. Abaixo desse nível está apenas a camada física da rede, que inclui o tipo de cabos e o tipo de modulação usado pela placa de rede para transmitir dados através deles. Os dados transmitidos, incluindo camadas de correção de erro, endereçamento, etc. são idênticos em qualquer um dos padrões.

Assim como muitos hubs antigos permitiam juntar redes que utilizavam cabo de par trançado e cabo coaxial, é muito simples construir dispositivos que interliguem esses diferentes padrões. Isso permite conectar facilmente segmentos de rede com cabos de par trançado e segmentos com fibra óptica, que podem ser usados para interligar redes distantes entre si.

10 Gigabit Ethernet

Com o lançamento do padrão 1000BASE-T, em 1999, os membros do grupo de trabalho 802.3 ficaram livres para iniciar os trabalhos no padrão seguinte. Mantendo a tradição, decidiram desenvolver um padrão capaz de atingir taxas de transferência 10 vezes maiores que o anterior, dando origem ao 10 Gigabit Ethernet (10G), que transmite a espantosos 10 gigabits por segundo.

Aumentar por 10 a taxa de transferência a cada novo padrão de rede pode parecer um exagero, mas como a migração para novos padrões de redes é bem mais lenta do que para novos processadores ou novas tecnologias de memória, por exemplo, passos maiores acabam sendo necessários, caso contrário poucos se dariam o trabalho de atualizar os equipamentos.

Como previsto na célebre lei de Moore, o poder de processamento dos processadores e controladores em geral dobra em média a cada 18 meses, sendo que o custo continua mais ou menos constante. Com isso, em um período de 54 meses temos controladores 8 vezes mais rápidos, e assim por diante, o que torna a tarefa de desenvolver novos padrões de rede relativamente simples.

O maior problema é que o cabeamento não evolui na mesma velocidade dos controladores, o que obriga o comitê a levar os cabos popularmente usados até o limite antes de jogar a toalha e migrar para um padrão de cabos mais caros e de melhor qualidade.

Um exemplo disso são os cabos de par trançado categoria 5, que foram desenvolvidos para o uso em redes de 100 megabits, mas que acabaram tendo sua vida útil estendida com o padrão 1000BASE-T graças à adoção de um sistema mais sofisticado de modulação e ao uso dos quatro pares do cabo.

Assim como no Gigabit Ethernet, o desenvolvimento do 10 Gigabit Ethernet começou nos cabos de fibra óptica, que oferecem um desafio técnico menor, com o padrão para cabos com fios de cobre sendo finalizado por último. Muitos julgavam que seria impossível criar um padrão 10G para cabos de par trançado (afinal, estamos falando de uma taxa de transmissão 1000 vezes maior que a do padrão 10BASE-T original), mas no final acabaram conseguindo, embora com algumas baixas.

Os padrões 10G para cabos de fibra óptica se dividem em duas categorias: os padrões de longa distância, que utilizam cabos de fibra monomodo e os padrões de curta distância, que utilizam cabos de fibra multimodo e transmissores mais baratos.

O objetivo dos padrões de longa distância é complementar os padrões de 100 e 1000 megabits, oferecendo uma solução capaz de interligar redes distantes com uma velocidade comparável ou superior a dos backbones DWDM e SONET, tecnologias muito mais caras, utilizadas atualmente nos backbones da Internet.

Suponha, por exemplo, que você precise interligar 5.000 PCs, divididos entre a universidade, o parque industrial e a prefeitura de uma grande cidade. Você poderia utilizar um backbone 10 Gigabit Ethernet para os backbones principais, unindo os servidores dentro dos três blocos e ligando-os à Internet, usar uma malha de switches Gigabit Ethernet para levar a rede até as salas de aula e departamentos e, finalmente, usar switches baratos de 100 megabits para levar a rede aos alunos e funcionários, complementando com pontos de acesso 802.11b/g para oferecer também uma opção de rede sem fio.

Isso estabelece uma pirâmide, onde os usuários individuais possuem conexões relativamente lentas, de 11, 54 ou 100 megabits, interligadas entre si e entre os servidores pelas conexões mais rápidas e caras, formando um sistema capaz de absorver várias chamadas de videoconferência simultâneas, por exemplo.

Outra aplicação em destaque é o próprio uso em backbones de acesso à Internet. Usando o 10G, um único cabo de fibra óptica transmite o equivalente a mais de 600 linhas T1 (de 1.5 megabits cada), cada uma suficiente para atender uma empresa de médio porte, um prédio residencial ou mesmo um pequeno provedor de acesso via rádio, ou seja, com um único link 10G temos banda suficiente para atender com folga a uma cidade de médio porte.

Entre os padrões de longa distância temos o 10GBASE-LR (Long Range) que utiliza laseres de 1310 nm e oferece um alcance de até 10 km (com a possibilidade de atingir distâncias maiores utilizando cabos de alta qualidade), o  10GBASE-ER (Extended Range), que utiliza laseres de 1550 nm e é capaz de cobrir distâncias de até 40 km e o novo 10GBASE-ZR, desenvolvido de forma independente pela Cisco e outros fabricantes, que estende o alcance máximo para incríveis 80 km.Nos três casos, a distância máxima pode ser estendida usando amplificadores de sinal e repetidores, de forma o que o link pode ser estendido a distâncias muito grandes, criando backbones e interligando redes.

Em seguida temos os padrões de curta distância, destinados ao uso em datacenters e em redes locais. Como citei, eles são baseados em fibras multimodo, que ao contrário das fibras monomodo usadas nos padrões de longa distância, já são bastante acessíveis.

Atualmente temos apenas dois padrões: o 10GBASE-SR (Short Rage) utiliza a tecnologia short-wave laser, similar à utilizada no 1000BASE-SX e é capaz de atingir até 300 metros, dependendo da qualidade do cabo usado, enquanto o 10GBASE-LRM permite o uso de fibras com núcleo de 62.5 microns, um tipo de fibra de baixa qualidade, tipicamente usadas em redes 100BASE-FX. Quando usadas no 10GBASE-SR, estas fibras suportam distâncias muito curtas (até 26 metros), mas no 10GBASE-LRM elas suportam até 220 metros, daí a sigla LRM, de "Long Reach Multimode".

Placa 10GBASE-SR em versão PCI-XTradicionalmente, o mais comum é que os padrões de fibra óptica de curta distância sejam usados para criar backbones, interligando os switches e roteadores em diferentes segmentos da rede, enquanto os padrões para cabos de cobre, sejam usados nos pontos individuais.

Assim como fez no Gigabit Ethernet, o grupo de trabalho começou desenvolvendo um padrão para cabos de cobre de curta distância para uso em datacenters. Surgiu então o 10GBASE-CX4, que utiliza quatro pares de cabos twinax para transmitir dados a até 15 metros. Os cabos 10GBASE-CX4 utilizam um conector especial, similar ao utilizado no InfiniBand, uma tecnologia de rede utilizada em clusters e SANs. Não é possível crimpar os cabos CX4; eles são comprados já no comprimento desejado. Aqui temos uma placa PCI-Express x8 e o detalhe do conector:

O 10GBASE-CX4 é um padrão mais barato que os baseados em cabos de fibra, já que não é necessário usar o transceiver (um componente bastante caro, que contém os transmissores e receptores ópticos). Mas, como era de se esperar, ele entrou em desuso com a popularização do padrão 10GBASE-T (ou 802.3an), que é o padrão baseado em cabos de par trançado.Inicialmente, falou-se no uso de cabos categoria 7 combinados com conectores TERA e no possível suporte a cabos de categoria 5a no padrão 10GBASE-T, mas ambas as idéias acabaram sendo descartadas em favor dos cabos categoria 6 e categoria 6a.

Usar cabos categoria 5e no 10G não seria impossível, mas exigiria um sistema de modulação muito complexo, que encareceria excessivamente as placas e os switches. Além disso, a distância seria muito curta (possivelmente algo próximo dos 15 metros do 10GBASE-CX4), o que acabaria com a utilidade prática do padrão.

Para entender a dificuldade em criar um padrão 10G para cabos cat 5e, nada melhor do que entender um pouco melhor como o 10GBASE-T funciona. Se você achou as explicações sobre o 100BASE-TX e sobre o 1000BASE-T complicadas, se prepare, pois esta é ainda mais indigesta. :)

Você deve lembrar que no 1000BASE-T é usado o sistema PAM-5 de modulação, onde 5 sinais distintos são usados para transmitir 2 bits por baud (combinados com informações de controle). Com isso, os 1000 megabits são transmitidos em apenas 500 megabauds, ou seja, 125 megabauds em cada um dos 4 pares de cabos.

O 10GBASE-T adota um sistema de modulação bem mais complexo, o PAM-16 que, como o nome sugere, é baseado no uso de 16 sinais distintos em cada par, cada um representado por um nível de tensão diferente. Para efeito de comparação, no 100BASE-TX existe uma diferença de 1V entre cada nível, no 1000BASE-T a diferença cai para apenas 0.5V e no 10GBASE-T cai para apenas 0.13V, o que torna a questão do cabeamento progressivamente mais crítica:

Originalmente, 16 estados permitiriam o envio de 4 bits por baud, por par. Mas, como de praxe, é necessário enviar também informações de controle, de forma que são transmitidos o equivalente a 3.125 bits por baud (3 bits e mais um bit adicional a cada 8 bauds), o que permite que os 10.000 megabits sejam transmitidos em apenas 3200 megabauds. Como os 4 pares de cabos são usados simultaneamente, temos então 800 megabauds por par de cabos.

Assim como no 1000BASE-T, cada baud demora apenas meio ciclo para ser transmitido, o que reduz a freqüência de transmissão. Mesmo assim, os 800 megabauds resultam em uma freqüência de 400 MHz, muito além dos 100 MHz suportados pelos cabos cat 5.

Os próximos da lista são os cabos de categoria 6, que suportam freqüências de até 250 MHz e são construídos dentro de normas muito mais estritas com relação à atenuação do sinal e ao crosstalk. Apesar da freqüência ser mais baixa que o exigido, foi possível incluir suporte a eles dentro do padrão, mas apenas para distâncias curtas, de apenas 55 metros.

Isso acontece porque a freqüência suportada pelo cabo não é um valor exato, mas sim a freqüência para a qual ele é certificado para transmissão a 100 metros. Um cabo cat 5 poderia transportar sinais a mais de 100 MHz, mas a atenuação faria com que eles não chegassem ao final dos 100 metros com uma qualidade aceitável.

Reduzindo o comprimento do cabo, reduzimos a atenuação, o que permite que os cabos suportem a transmissão de sinais de freqüência mais alta, mas apenas a distâncias curtas. No caso dos cabos cat 6, foi comprovado que eles são capazes de transmitir os sinais de 400 MHz do 10GBASE-T, mas apenas a até 55 metros, daí a especificação.

Na prática, alguns cabos cat 5e que excedem a especificação também suportam a freqüência de 400 MHz em distâncias mais curtas. Se você tiver sorte, pode ter sucesso usando um cabo de 10 ou 20 metros, por exemplo. Entretanto, padrões precisam funcionar "sempre" e não "às vezes" e justamente por isso os cat 5e foram removidos da especificação final.

Para que fosse possível o uso de cabos de até 100 metros, como nos padrões anteriores, foi criado o padrão cat 6a, que suporta freqüências de até 500 MHz e é baseado em normas ainda mais estritas.

Embora ainda sejam mais caros, os cabos cat 6a tendem a cair de preço conforme a tecnologia for se popularizando, permitindo uma migração gradual. A partir do momento em que a diferença de preço não for um impedimento, vale à pena passar a utilizar cabos categoria 6a em todas as novas instalações, mesmo nas destinadas a redes de 100 e 1000 megabits, já que o padrão superexcede o padrão cat5e e o cat6.

Atualmente, ainda estamos assistindo à migração do Fast Ethernet para o Gigabit Ethernet, por isso a migração para o padrão 10G nas redes domésticas ainda deve demorar. As placas 10GBASE-T do início de 2008 ainda custam acima de 1000 dólares, além de consumirem muita energia (muitas consomem mais de 25 watts), o que restringe seu uso aos servidores.

Mesmo que a lei de Moore continue em vigor ao longo dos próximos anos, ainda vai demorar até que sejam desenvolvidos controladores 10G compactos e baratos o suficiente para serem integrados às placas-mãe, como no caso dos chips Gigabit Ethernet.

Além disso, existe a questão prática. Como a maioria das redes são usadas para acessar a web e transferir arquivos entre os PCs e os servidores da rede, existe pouca demanda por um padrão de rede mais rápido, pois mesmo o Gigabit Ethernet raramente tem chance de mostrar seu potencial, já que é gargalado pelo desempenho dos HDs e outros periféricos. De nada adianta uma interface de rede mais rápida, se o HD o servidor do servidor é capaz de ler os dados a apenas 60 MB/s, por exemplo.

A médio prazo, as redes locais continuarão sendo baseadas em interfaces de 100 e 1000 megabits e o 10G passará a ser utilizado para interligar os switches da rede, evitando o gargalo causado pelo uso de um único link gigabit para interligar switches com 24 ou 48 clientes cada um. Só bem adiante é que devemos assistir à popularização do 10G nos desktops.

O 10G representa também o fim dos hubs, dos repetidores e dos links half-duplex, que foram substituídos pelo uso exclusivo de links full-duplex ponto a ponto, entre as estações, switches e roteadores da rede. Com isso, deixa de ser usado também o CSMA/CD, o sistema de detecção de colisões que é utilizado desde os primeiros padrões Ethernet.

Embora você ainda possa ligar vários switches em cascata, com cabos cat 6a de 100 metros cada um para obter distâncias maiores, a idéia é que você utilize um dos padrões de cabos de fibra óptica quando precisar atingir distâncias maiores. Com os 10 km oferecidos pelo 10GBASE-LR e os 40 km oferecidos pelo 10GBASE-ER, cobrir grandes distâncias deixou de ser um problema.

Cabeamento

No tópico anterior, citei apenas de relance os padrões de cabos e quais padrões Ethernet são suportados por cada um. Vamos agora ver mais detalhes sobre eles.

Existem basicamente 3 tipos diferentes de cabos de rede: os cabos de par trançado (que são, de longe, os mais comuns), os cabos de fibra óptica (usados principalmente em links de longa distância) e os cabos coaxiais, que são usados em cabos de antenas para redes wireless e em algumas redes antigas.

Existem vários motivos para os cabos coaxiais não serem mais usados hoje em dia: eles são mais propensos a mal contato, os conectores são mais caros e os cabos são menos flexíveis que os de par trançado, o que torna mais difícil passá-los por dentro de tubulações. No entanto, o principal motivo é o fato de que eles podem ser usados apenas em redes de 10 megabits: a partir do momento em que as redes 10/100 se tornaram populares, eles entraram definitivamente em desuso, dando lugar aos cabos de par trançado. A única exceção ficou por conta dos padrões 1000BASE-CX e 10GBASE-CX4, dois padrões para redes de curta distância que são baseados em cabos twinax, um cabo coaxial duplo, onde os dois fios são trançados (de forma similar a um cabo de par trançado), o que é combinado com uma blindagem mais espessa, de forma a minimizar a perda de sinal.

Os cabos de rede transmitem sinais elétricos a uma freqüência muito alta e a distâncias relativamente grandes, por isso são muito vulneráveis a interferências eletromagnéticas externas. Os cabos de par trançado são classificados em categorias, que indicam a qualidade do cabo e a freqüência máxima suportada por ele. Cada categoria é composta por um conjunto de características técnicas e de normas de fabricação, que precisam ser atendias pelos fabricantes.

Fabricar cabos de rede é mais complicado do que parece. Diferente dos cabos de cobre comuns, usados em instalações elétricas, os cabos de rede precisam suportar freqüências muito altas, causando um mínimo de atenuação do sinal. Para isso, é preciso minimizar ao máximo o aparecimento de bolhas e impurezas durante a fabricação dos cabos. No caso dos cabos de par trançado, é preciso ainda cuidar do entrançamento dos pares de cabos, que também é um fator crítico.

Categorias de cabos

Existem cabos de cat 1 até cat 7. Como os cabos cat 5 são suficientes tanto para redes de 100 quanto de 1000 megabits, eles são os mais comuns e mais baratos, mas os cabos cat 6 e cat 6a estão se popularizando e devem substituí-los ao longo dos próximos anos. Os cabos são vendidos originalmente em caixas de 300 metros, ou 1000 pés (que equivale a 304.8 metros):

No caso dos cabos cat 5e, cada caixa custa em torno de 200 reais aqui no Brasil, o que dá cerca 66 centavos o metro. Os cabos de categoria 6 e 6a ainda são mais caros, mas devem cair a um patamar de preço similar ao longo dos próximos anos.

Os cabos de par trançados são compostos por 4 pares de fios de cobre que, como o nome sugere, são trançados entre si. Este sistema cria uma barreira eletromagnética, protegendo as transmissões de interferências externas, sem a necessidade de usar uma camada de blindagem. Este sistema sutil de proteção contrasta com a "força bruta" usada nos cabos coaxiais, onde o condutor central é protegido de interferências externas por uma malha metálica.

Para evitar que os sinais de um cabo interfiram com os dos vizinhos, cada par de cabos utiliza um padrão de entrançamento diferente, com um número diferente de tranças por metro, como você pode ver na foto a seguir:

O uso de tranças nos cabos é uma idéia antiga, que remonta ao final do século 19, quando a técnica passou a ser utilizada no sistema telefônico, de forma a aumentar a distância que o sinal era capaz de percorrer.

Originalmente, as tranças dos cabos não seguiam um padrão definido, mas, com o passar do tempo, o número de tranças por metro, juntamente com outros detalhes técnicos foram padronizados. Isso permitiu que os cabos de par trançado, originalmente desenvolvidos para transportar sinais de voz, dessem um grande salto de qualidade, passando a atender redes de 10, 100, 1000 e recentemente de 10000 megabits, uma evolução realmente notável.

Para potencializar o efeito da blindagem eletromagnética, as placas de rede utilizam o sistema "balanced pair" de transmissão, onde, dentro de cada par, os dois fios enviam o mesmo sinal (e não transmissões separadas, como geralmente se pensa), porém com a polaridade invertida. Para um bit "1", o primeiro fio envia um sinal elétrico positivo, enquanto o outro envia um sinal elétrico negativo:

Ou seja, o segundo fio é usado para enviar uma cópia invertida da transmissão enviada através do primeiro, o que tira proveito das tranças do cabo para criar o campo eletromagnético que protege os sinais contra interferências externas, mesmo nos cabos sem blindagem. Devido a esta técnica de transmissão, os cabos de par trançado são também chamados de "balanced twisted pair", ou "cabo de par trançado balanceado".

À primeira vista, pode parecer um desperdício abrir mão de metade dos fios do cabo, mas sem isso o comprimento máximo dos cabos seria muito menor e as redes seriam muito mais vulneráveis a interferências.

Voltando ao tema inicial, em todas as categorias, a distância máxima permitida é de 100 metros (com exceção das redes 10G com cabos categoria 6, onde a distância máxima cai para apenas 55 metros). O que muda é a freqüência e, conseqüentemente, a taxa máxima de transferência de dados suportada pelo cabo, além do nível de imunidade a interferências externas. Vamos então a uma descrição das categorias de cabos de par trançado existentes:

Categorias 1 e 2: Estas duas categorias de cabos não são mais reconhecidas pela TIA (Telecommunications Industry Association), que é a responsável pela definição dos padrões de cabos. Elas foram usadas no passado em instalações telefônicas e os cabos de categoria 2 chegaram a ser usados em redes Arcnet de 2.5 megabits e redes Token Ring de 4 megabits, mas não são adequados para uso em redes Ethernet.Categoria 3: Este foi o primeiro padrão de cabos de par trançado desenvolvido especialmente para uso em redes. O padrão é certificado para sinalização de até 16 MHz, o que permitiu seu uso no padrão 10BASE-T, que é o padrão de redes Ethernet de 10 megabits para cabos de par trançado. Existiu ainda um padrão de 100 megabits para cabos de categoria 3, o 100BASE-T4 (que vimos a pouco), mas ele é pouco usado e não é suportado por todas as placas de rede.A principal diferença do cabo de categoria 3 para os obsoletos cabos de categoria 1 e 2 é o entrançamento dos pares de cabos. Enquanto nos cabos 1 e 2 não existe um padrão definido, os cabos de categoria 3 (assim como os de categoria 4 e 5) possuem pelo menos 24 tranças por metro e, por isso, são muito mais resistentes a ruídos externos. Cada par de cabos tem um número diferente de tranças por metro, o que atenua as interferências entre os pares de cabos.

Categoria 4: Esta categoria de cabos tem uma qualidade um pouco superior e é certificada para sinalização de até 20 MHz. Eles foram usados em redes Token Ring de 16 megabits e também podiam ser utilizados em redes Ethernet em substituição aos cabos de categoria 3, mas na prática isso é incomum. Assim como as categorias 1 e 2, a categoria 4 não é mais reconhecida pela TIA e os cabos não são mais fabricados, ao contrário dos cabos de categoria 3, que continuam sendo usados em instalações telefônicas.Categoria 5: Os cabos de categoria 5 são o requisito mínimo para redes 100BASE-TX e 1000BASE-T, que são, respectivamente, os padrões de rede de 100 e 1000 megabits usados atualmente. Os cabos cat 5 seguem padrões de fabricação muito mais estritos e suportam freqüências de até 100 MHz, o que representa um grande salto em relação aos cabos cat 3.Apesar disso, é muito raro encontrar cabos cat 5 à venda atualmente, pois eles foram substituídos pelos cabos categoria 5e (o "e" vem de "enhanced"), uma versão aperfeiçoada do padrão, com normas mais estritas, desenvolvidas de forma a reduzir a interferência entre os cabos e a perda de sinal, o que ajuda em cabos mais longos, perto dos 100 metros permitidos.Os cabos cat 5e devem suportar os mesmos 100 MHz dos cabos cat 5, mas este valor é uma especificação mínima e não um número exato. Nada impede que fabricantes produzam cabos acima do padrão, certificando-os para freqüências mais elevadas. Com isso, não é difícil encontrar no mercado cabos cat 5e certificados para 110 MHz, 125 MHz ou mesmo 155 MHz, embora na prática isso não faça muita diferença, já que os 100 MHz são suficientes para as redes 100BASE-TX e 1000BASE-T.

É fácil descobrir qual é a categoria dos cabos, pois a informação vem decalcada no próprio cabo, como na foto:

Cabo cat 5E, certificado para o padrão EIA-568-BOs cabos 5e são os mais comuns atualmente, mas eles estão em processo de substituição pelos cabos categoria 6 e categoria 6a, que podem ser usados em redes de 10 gigabits.

Categoria 6: Esta categoria de cabos foi originalmente desenvolvida para ser usada no padrão Gigabit Ethernet, mas com o desenvolvimento do padrão para cabos categoria 5 sua adoção acabou sendo retardada, já que, embora os cabos categoria 6 ofereçam uma qualidade superior, o alcance continua sendo de apenas 100 metros, de forma que, embora a melhor qualidade dos cabos cat 6 seja sempre desejável, acaba não existindo muito ganho na prática.Os cabos categoria 6 utilizam especificações ainda mais estritas que os de categoria 5e e suportam freqüências de até 250 MHz. Além de serem usados em substituição dos cabos cat 5 e 5e, eles podem ser usados em redes 10G, mas nesse caso o alcance é de apenas 55 metros.

Para permitir o uso de cabos de até 100 metros em redes 10G foi criada uma nova categoria de cabos, a  categoria 6a ("a" de "augmented", ou ampliado). Eles suportam freqüências de até 500 MHz e utilizam um conjunto de medidas para reduzir a perda de sinal e tornar o cabo mais resistente a interferências.Você vai encontrar muitas referências na web mencionando que os cabos cat 6a suportam freqüências de até 625 MHz, que foi o valor definido em uma especificação preliminar do 10GBASE-T. Mas, avanços no sistema de modulação permitiram reduzir a freqüência na versão final, chegando aos 500 MHz.

Uma das medidas para reduzir o crosstalk (interferências entre os pares de cabos) no cat 6a foi distanciá-los usando um separador. Isso aumentou a espessura dos cabos de 5.6 mm para 7.9 mm e tornou-os um pouco menos flexíveis. A diferença pode parecer pequena, mas ao juntar vários cabos ela se torna considerável:

Cabo cat 6a, com o espaçador interno e comparação entre a espessura domesmo volume de cabos cat 5e e cat 6a

É importante notar que existe também diferenças de qualidade entre os conectores RJ-45 destinados a cabos categoria 5 e os cabos cat 6 e cat 6a, de forma que é importante checar as especificações na hora da compra.

Aqui temos um conector RJ-45 cat 5 ao lado de um cat 6. Vendo os dois lado a lado é possível notar pequenas diferenças, a principal delas é que no conector cat 5 os 8 fios do cabo ficam lado a lado, formando uma linha reta, enquanto no conector cat 6 eles são dispostos em zig-zag, uma medida para reduzir o cross-talk e a perda de sinal no conector:

Embora o formato e a aparência seja a mesma, os conectores RJ-45 destinados a cabos cat 6 e cat 6a utilizam novos materiais, suportam freqüências mais altas e introduzem muito menos ruído no sinal. Utilizando conectores RJ-45 cat 5, seu cabeamento é considerado cat 5, mesmo que sejam utilizados cabos cat 6 ou 6a.

O mesmo se aplica a outros componentes do cabeamento, como patch-panels, tomadas, keystone jacks (os conectores fêmea usados em tomadas de parede) e assim por diante. Componentes cat 6 em diante costumam trazer a categoria decalcada (uma forma de os fabricantes diferenciarem seus produtos, já que componentes cat 6 e 6a são mais caros), como nestes keystone jacks onde você nota o "CAT 6" escrito em baixo relevo:

Keystone jacks categoria 6Existem também os cabos categoria 7, que podem vir a ser usados no padrão de 100 gigabits, que está em estágio inicial de desenvolvimento.Outro padrão que pode vir (ou não) a ser usado no futuro são os conectores TERA, padrãodesenvolvido pela Siemon. Embora muito mais caro e complexo que os conectores RJ45 atuais, o TERA oferece a vantagem de ser inteiramente blindado e utilizar um sistema especial de encaixe, que reduz a possibilidade de mal contato:

Conectores TERAO TERA foi cogitado para ser usado no padrão 10GBASE-T, mas a idéia foi abandonada. Agora ele figura como um possível candidato para as redes de 100 gigabits, embora até o momento nada esteja confirmado.

Cabos de padrões superiores podem ser usados em substituição de cabos dos padrões antigos, além de trazerem a possibilidade de serem aproveitados nos padrões de rede seguintes. Entretanto, investir em cabos de um padrão superior ao que você precisa nem sempre é uma boa idéia, já que cabos de padrões recém-introduzidos são mais caros e difíceis de encontrar. Além disso, não existe garantia de que os cabos usados serão mesmo suportados dentro do próximo padrão de redes até que ele esteja efetivamente concluído.

Por exemplo, quem investiu em cabos de categoria 6, pensando em aproveitá-los em redes de 10 gigabits acabou se frustrando, pois no padrão 10G a distância máxima usando cabos cat 6 caiu para apenas 55 metros e foi introduzido um novo padrão, o 6a. O mesmo pode acontecer com os cabos categoria 7; não existe nenhuma garantia de que eles sejam mesmo suportados no padrão de 100 gigabits. Pode muito bem ser introduzido um novo padrão de cabos, ou mesmo que os cabos de cobre sejam abandonados em favor dos de fibra óptica.

Continuando, temos também a questão da blindagem, que não tem relação direta com a categoria do cabo. Os cabos sem blindagem são mais baratos, mais flexíveis e mais fáceis de crimpar e por isso são de longe os mais populares, mas os cabos blindados podem prestar bons serviços em ambientes com forte interferência eletromagnética, como grandes motores elétricos ou grandes antenas de transmissão muito próximas.Outras fontes menores de interferências são as lâmpadas fluorescentes (principalmente lâmpadas cansadas, que ficam piscando), cabos elétricos, quando colocados lado a lado com os cabos de rede, e até mesmo telefones celulares muito próximos dos cabos. Este tipo de interferência não chega a interromper o funcionamento da rede, mas pode causar perda de pacotes.

No final de cada frame Ethernet são incluídos 32 bits de CRC, que permitem verificar a sua integridade. Ao receber cada frame, a estação verifica se a soma dos bits bate com o valor do CRC. Sempre que a soma der errado, ela solicita a retransmissão do pacote, o que é repetido indefinidamente, até que ela receba uma cópia intacta. Sobre este sistema de verificação feito pelas placas de rede (nível 2 do modelo OSI) ainda temos a verificação feita pelo protocolo TCP (nível 4), que age de forma similar, verificando a integridade dos pacotes e solicitando retransmissão dos pacotes danificados. Esta dupla verificação garante uma confiabilidade muito boa.

Mesmo em uma rede bem cabeada, frames retransmitidos são uma ocorrência normal, já que nenhum cabeamento é perfeito, mas um grande volume deles são um indício de que algo está errado. Quanto mais intensa for a interferência, maior será o volume de frames corrompidos e de retransmissões e pior será o desempenho da rede, tornando mais vantajoso o uso de cabos blindados.

Os cabos sem blindagem são chamados de UTP (Unshielded Twisted Pair, que significa, literalmente, "cabo de par trançado sem blindagem"). Os cabos blindados, por sua vez, se dividem em três categorias: FTP, STP e SSTP.

Os cabos FTP (Foiled Twisted Pair) são os que utilizam a blindagem mais simples. Neles, uma fina folha de aço ou de liga de alumínio envolve todos os pares do cabo, protegendo-os contra interferências externas, mas sem fazer nada com relação ao crosstalk, ou seja, a interferência entre os pares de cabos:

Cabo FTPOs cabos STP (Shielded Twisted Pair) vão um pouco além, usando uma blindagem individual para cada par de cabos. Isso reduz o crosstalk e melhora a tolerância do cabo com relação à distância, o que pode ser usado em situações onde for necessário crimpar cabos fora do padrão, com mais de 100 metros:

Cabo STPFinalmente, temos os cabos SSTP (Screened Shielded Twisted Pair), também chamados de SFTP (Screened Foiled Twisted Pair), que combinam a blindagem individual para cada par de cabos com uma segunda blindagem externa, envolvendo todos os pares, o que torna os cabos especialmente resistentes a interferências externas. Eles são mais adequados a ambientes com fortes fontes de interferências:

Cabo SSTPPara melhores resultados, os cabos blindados devem ser combinados com conectores RJ-45 blindados. Eles incluem uma proteção metálica que protege a parte destrançada do cabo que vai dentro do conector, evitando que ela se torne o elo mais fraco da cadeia:

Conectores RJ-45 blindadosQuanto maior for o nível de interferência, mais vantajosa será a instalação de cabos blindados. Entretanto, em ambientes normais os cabos sem blindagem funcionam perfeitamente bem; justamente por isso os cabos blindados são pouco usados.

Concluindo, existem também cabos de rede com fios sólidos e também cabos stranded (de várias fibras, também chamados de patch), onde os 8 fios internos são compostos por fios mais finos. Os cabos sólidos são os mais comuns e são os recomendados para uso geral, pois oferecem uma menor atenuação do sinal (cerca de 20% menos, considerando dois cabos de qualidade similar):

Visão interna de um cabo sólido e de um cabo strandedA única vantagem dos cabos stranded é que o uso de múltiplos fios torna os cabos mais flexíveis, o que faz com que sejam muitas vezes preferidos para cabos de interconexão curtos (patch cords), usados para ligar os PCs à tomadas de parede ou ligar o switch ao patch panel (veja detalhes a seguir).

Dentro do padrão, os cabos de rede crimpados com cabos stranded não devem ter mais de 10 metros. Você pode usar um cabo sólido de até 90 metros até a tomada e um cabo stranded de mais 10 metros até o micro, mas não pode fazer um único cabo stranded de 100 metros.

Embora seja um detalhe pouco conhecido, existiram conectores RJ-45 próprios para cabos stranded, onde as facas-contato internas tinham a ponta arredondada. Estes conectores não funcionavam muito bem com cabos sólidos (o formato da faca-contato tornava o contato deficiente). Tínhamos então conectores específicos para cabos sólidos, que utilizavam facas-contato com três lâminas.

Estes dois tipos foram logo substituídos pelos conectores atuais, onde as facas-contato são pontudas, de forma a funcionarem bem com os dois tipos de cabos. Os conectores RJ45 com este tipo de contato (que são praticamente os únicos usados atualmente) são também chamados de conectores universais:

Detalhe da faca-contato de um conector RJ-45

Hubs, switches, bridges e roteadores

O hub ou switch é simplesmente o coração da rede. Ele serve como um ponto central, permitindo que todos os pontos se comuniquem entre si. Todas as placas de rede são ligadas ao hub ou switch e é possível ligar vários hubs ou switches entre si (até um máximo de 7), caso necessário.

A diferença entre os hubs e switches é que o hub apenas retransmite tudo o que recebe para todos os micros conectados a ele, como se fosse um espelho. Isso significa que apenas um micro pode transmitir dados de cada vez e que todas as placas precisam operar na mesma velocidade, que é sempre nivelada por baixo. Caso você coloque um micro com uma placa de 10 megabits na rede, a rede toda passará a trabalhar a 10 megabits.

Os switches por sua vez são aparelhos muito mais inteligentes. Eles fecham canais exclusivos de comunicação entre o micro que está enviando dados e o que está recebendo, permitindo que vários pares de micros troquem dados entre si ao mesmo tempo. Isso melhora bastante a velocidade em redes congestionadas, com muitos micros. Outra vantagem dos switches é que eles permitem o uso do modo full-duplex, onde é possível enviar e receber dados simultaneamente. Isso permite que os micros disponham de 100 ou 1000 megabits em cada sentido, agilizando as transmissões.

Hoje em dia, os hubs "burros" caíram em desuso. Quase todos à venda atualmente são "hub-switches", modelos de switches mais baratos, que custam quase o mesmo que um hub antigo. Depois destes, temos os switches "de verdade", capazes de gerenciar um número muito maior de portas, sendo por isso adequados a redes de maior porte.Um switch pode operar de quatro formas. No sistema cut-through o switch inicia a retransmissão dos frames imediatamente após receber os headers (que contém os endereços de origem e de destino). Nesse modo o switch não faz nenhum tipo de verificação no frame, simplesmente o retransmite da forma como os dados foram recebidos. No modo store-and-forward o switch armazena o pacote na memória, realiza algumas verificações básicas e só então envia o pacote ao destinatário, descartando pacotes inválidos e solicitando a retransmissão de pacotes corrompidos.A vantagem do modo cut-through é a baixa latência, já que o switch executa muito pouco processamento e vai retransmitindo os dados do pacote conforme eles são recebidos. Entretanto, além da questão da estabilidade e melhor uso da banda da rede, o modo store-and-forward oferece uma vantagem importante, que é o fato de permitir que as portas do switch trabalhem a diferentes velocidades, sem precisar reduzir a taxa de transmissão da porta mais rápida, limitando-a à da porta mais lenta.

Uma terceira tecnologia é a adaptative cut-through, disponível em modelos mais recentes. Nesse modo, o switch opera inicialmente em modo cut-through (para minimizar a latência), mas passa automaticamente a operar em modo store-and-forward caso detecte um grande volume de frames inválidos ou corrompidos, ou caso precise transmitir frames entre duas portas operando a diferentes velocidades (100 e 1000, por exemplo). No caso dos switches adaptative cut-through gerenciáveis, é possível também forçar um dos dois modos de operação.Hoje em dia, o modo de operação do switch é mais uma opção de design do que uma diferença prática, pois em redes de 100 e 1000 megabits o tempo de latência é sempre muito baixo, independentemente do modo de operação. A maioria dos switches gigabit atuais operam com tempos de latência inferiores a 20 microsegundos (0.02 ms), o que é uma necessidade, já que um switch lento não conseguiria encaminhar 1 gigabit de dados por segundo em primeiro lugar.

O quarto modo de operação, pouco relevante hoje em dia, é o fragment-free, onde o switch aguarda o recebimento dos primeiros 64 bytes do frame, certifica-se de que não ocorreu uma colisão e só então o retransmite. Este modo foi desenvolvido para minimizar a ocorrência de colisões, mas se tornou irrelevante com a popularização do modo full-duplex, onde é negociado um canal exclusivo de transmissão entre cada estação e o switch, eliminando o problema.

Voltando ao tema inicial, tanto os "hub-switches", quanto os switches "de verdade" são dispositivos que trabalham no nível 2 do modelo OSI. O que muda entre as duas categorias é o número de portas e recursos. Os switches "de verdade" possuem interfaces de gerenciamento, que você acessa através do navegador em um dos micros da rede, que permitem visualizar diversos detalhes sobre o tráfego, descobrir problemas na rede e alterar diversas configurações, enquanto que os "hub-switches" são dispositivos burros.

Hoje em dia, existem ainda os "level 3 switches", uma categoria ainda mais inteligente de switches, que incorporam algumas características dos roteadores. Eles permitem definir rotas entre os diferentes micros da rede com base no endereço MAC ou endereço IP, criar redes virtuais (VLANs) e assim por diante.

O uso de VLANs permite dividir as portas do switch em dois ou mais switches lógicos, que realmente funcionam como se fossem aparelhos separados, dando uma grande flexibilidade ao definir a topologia da rede.

Configuração de VLANs na interface de gerenciamento de um Netgear GS716TOs switches com interfaces de gerenciamento são genericamente chamados de "manageable switchs" (switches gerenciáveis) ou "fully managed switchs", enquanto os switches mais simples são chamados de "unmanaged switchs" (switches não-gerenciáveis).

Um exemplo de switch gerenciável de baixo custo é o Linksys SRW2008 que custa (no exterior) pouco mais de US$ 200. Nele, a interface de gerenciamento é acessível usando o navegador. Inicialmente o switch fica disponível através do endereço "192.168.1.254" (você precisa configurar seu PC para um endereço dentro da mesma faixa para acessá-lo), mas o endereço pode ser alterado após o primeiro acesso. É possível também acessar a configuração do switch usando um cabo serial e um cliente de terminal, como o Hyper Terminal (no Windows) ou o Minicom (no Linux).

Linksys SRW2008Existe ainda uma categoria de switches intermediários, chamados de "smart switchs". Eles são switches gerenciáveis de baixo custo, destinados a redes domésticas, que oferecem apenas um pequeno conjunto das opções disponíveis nos modelos fully managed, mas em troca custam menos. Duas características básicas disponíveis nos smart switches são a possibilidade de criar redes virtuais e ativar o uso do QoS.

O QoS permite priorizar o tráfego de determinados tipos de dados (streaming de vídeo, por exemplo) ou o tráfego de determinadas portas (a porta onde o servidor está conectado, por exemplo), evitando interrupções no fluxo de dados nos momentos de atividade intensa da rede.

Temos também os "stackable switchs" (switches empilháveis) que podem ser combinados para formar switches maiores. Eles normalmente são produzidos no formato 1U, de forma a serem instalados em racks para servidores:

Netgear FSM7328S, um exemplo de stackable switchSe o objetivo fosse simplesmente obter mais portas, você poderia muito bem ligar vários switches baratos utilizando cabos de rede. Ligando três switches de 8 portas, você obteria um switch de 20 portas (4 das portas são sacrificadas para fazer a ligação) e assim por diante:

Ligação de três hub-switches em modo daisy chainAntigamente, a ligação era feita usando cabos cross-over, ou utilizando a porta "uplink" do hub, mas nos hub-switches atuais você pode utilizar qualquer uma das portas e utilizar tanto cabos straight quanto cabos cross-over, pois o switch é capaz de detectar o tipo de cabo usado.

Esta configuração é apelidada de "daisy chain" e permite que você interconecte até 5 níveis de hubs ou de switches (o primeiro é ligado ao segundo, o segundo ao terceiro, o terceiro ao quarto e o quarto ao quinto) este limite existe porque as estações ligadas a um sexto switch excederiam o limite de repetições ao se comunicarem com as estações ligadas ao primeiro.

É possível interligar mais do que 5 switches, desde que você ligue-os a um switch central. Você poderia ter, por exemplo, 8 switches de 8 portas ligados às 8 portas do switch central, totalizando 56 portas disponíveis. O switch central passa então a ser chamado de "backbone switch", já que passa a ser a espinha dorsal da rede.

O problema é que nesse caso a comunicação entre os switches é feita na velocidade da rede, ou seja, a 100 ou 1000 megabits, o que cria um grande gargalo em situações onde vários micros (ligados a diferentes switches) precisem transmitir dados simultaneamente.

A principal vantagem dos stackable switches é que eles possuem barramentos de comunicação dedicados (chamados de "stacking bus") para a comunicação entre os switches, que oferecem velocidades de transmissão muito mais elevadas, eliminando o gargalo:

Portas do stacking bus utilizado para interligar os switches. Neste modelo da Netgear, até 6 switches podem ser interligados. Além de serem ligados um ao outro, o último é ligado ao primeiro, de forma a manter a comunicação caso um dos 6 falhe ou seja desligado.

Para cortar custos nos modelos mais baratos, é comum que o barramento dedicado seja substituído por uma ou mais portas do padrão Ethernet seguinte, que podem ser usadas para fazer a interligação entre os switches. Um switch com portas de 100 megabits pode incluir então uma porta uplink de 1000 megabits, por exemplo.

Além disso, eles permitem a conexão de um número maior de switches (atendendo a situações onde você precisa de um número muito grande de portas, como no caso de datacenters), além de opções de gerenciamento e recursos extras, como a presença de algumas portas para cabos de fibra óptica, que podem ser utilizados para criar backbones de longa distância interligando os switches.O Netgear FSM7328S da foto anterior, por exemplo, possui 24 portas de 100 megabits e 4 portas gigabit, que suportam o uso de cabos de par trançado ou de fibra óptica. O switch trabalha utilizando o modo store and forward, de forma que as conexões envolvendo portas de velocidades diferentes não são niveladas por baixo. Um servidor ligado a uma das portas gigabit poderia (na ausência de outros gargalos, como a taxa de transferência do HD ou overhead do protocolo) atender 10 clientes ligados às portas de 100 megabits, enviando 100 megabits de dados para cada um, simultaneamente.

Temos também os bridges (pontes), que permitem interligar dois segmentos de rede, de forma que eles passem a formar uma única rede. Em redes antigas, onde era utilizado um único cabo coaxial ou um hub burro, o uso de bridges permitia dividir a rede em segmentos menores, reduzindo, assim, o volume de colisões e melhorando o desempenho da rede. O bridge trabalha no nível 2 do modelo OSI, verificando os endereços MAC de origem e de destino dos frames e encaminhando apenas os frames necessários de um segmento a outro. Outra vantagem é que a rede passa a comportar duas transmissões simultâneas, uma envolvendo micros do segmento A e outra envolvendo micros do segmento B:

Hoje em dia não faz sentido usar bridges para dividir a rede em segmentos porque os switches já desempenham essa função, criando segmentos individuais para cada micro, o que praticamente elimina o problema das colisões, mas eles foram muito utilizados na época dos hubs burros.

Outra utilidade dos bridges é unificar segmentos de rede baseados em mídias diferentes. Antigamente, quando ainda estava acontecendo a transição das redes com cabos coaxiais para as redes de par trançado, era muito comum que fosse utilizado um bridge para interligar os hosts conectados à rede antiga, com cabo coaxial à rede nova, com cabos de par trançado. Graças ao trabalho do bridge, tudo funcionava de forma transparente.

O bridge não precisa necessariamente ser um dispositivo dedicado. Veja o caso deste hub antigo, que além das 8 portas para cabos de par trançado, possui também um conector de cabo coaxial, o que permite que ele assuma também a função de bridge, interligando os dois segmentos de rede:

Hub 10/10 antigo, com saída para cabo coaxialAtualmente, o exemplo mais comum de bridge são os pontos de acesso wireless, que podem interligar os micros da rede cabeada aos micros conectados à rede wireless, criando uma única rede. Muitos pontos de acesso incorporam também switches de 4 ou mais portas, ou até mesmo miniroteadores, que permitem compartilhar a conexão entre os micros da rede local. Hoje em dia, dispositivos "tudo em um" são cada vez mais comuns, pois com o avanço das técnicas de fabricação, tornou-se possível incluir cada vez mais circuitos em um único chip, fazendo com que um ponto de acesso "tudo em um" custe praticamente o mesmo que um ponto de acesso sem as funções extras.

Finalmente, temos os roteadores, que são o topo da cadeia evolutiva. Os roteadores são ainda mais inteligentes, pois são capazes de interligar várias redes diferentes e sempre escolher a rota mais rápida para cada pacote de dados. Os roteadores operam no nível 3 do modelo OSI, procurando por endereços IP em vez de endereços MAC.Usando roteadores, é possível interligar um número enorme de redes diferentes, mesmo que situadas em países ou mesmo continentes diferentes. Note que cada rede possui seu próprio roteador e os vários roteadores são interligados entre si. É possível interligar inúmeras redes diferentes usando roteadores, e não seria de se esperar que todos os roteadores tivessem acesso direto a todos os outros roteadores a que estivesse conectado.Pode ser que, por exemplo, o roteador 4 esteja ligado apenas ao roteador 1, que esteja ligado ao roteador 2, que por sua vez esteja ligado ao roteador 3, que esteja ligado aos roteadores 5 e 6. Se um micro da rede 1 precisar enviar dados para um dos micros da rede 6, então o pacote passará primeiro pelo roteador 2, será encaminhado ao roteador 3 e finalmente ao roteador 6. Cada vez que o dado é transmitido de um roteador para outro, temos um "hop".

Os roteadores são inteligentes o suficiente para determinar o melhor caminho a seguir. Inicialmente, o roteador procurará o caminho com o menor número de hops: o caminho mais curto. Mas se por acaso perceber que um dos roteadores desta rota está ocupado demais (o que pode ser medido pelo tempo de resposta), ele procurará caminhos alternativos para desviar do trecho de lentidão, mesmo que para isso o sinal tenha que passar por mais roteadores. No final, apesar do sinal ter percorrido o caminho mais longo, chegará mais rápido, pois não precisará ficar esperando na fila do roteador congestionado.

A Internet é, na verdade, uma rede gigantesca, formada por várias sub-redes interligadas por roteadores. Todos os usuários de um pequeno provedor, por exemplo, podem ser conectados à Internet por meio do mesmo roteador. Para baixar uma página do Google, por exemplo, o sinal deverá passar por vários roteadores, várias dezenas em alguns casos. Se todos estiverem livres, a página será carregada rapidamente. Porém, se alguns estiverem congestionados, pode ser que a página demore vários segundos antes de começar a carregar.Você pode medir o tempo que um pedido de conexão demora para ir até o destino e ser respondido usando o ping. Para verificar por quantos roteadores o pacote está passando até chegar ao destino, use o comando "traceroute" (no Linux) ou "tracert" (no Windows).Os roteadores podem ser desde PCs comuns, com duas ou mais placas de rede, até supercomputadores capazes de gerenciar centenas de links de alta velocidade. Muda o desempenho e muda o sistema operacional usado, mas o trabalho é fundamentalmente o mesmo.

Roteador Cisco com diversos links de fibra ópticaQuando você usa um PC com duas placas de rede para compartilhar a conexão com os micros da rede local, você está configurando-o para funcionar como um roteador simples, que liga uma rede (a Internet) a outra (a sua rede doméstica). O mesmo acontece ao configurar seu modem ADSL como roteador. Pense que a diferença entre os switches e os roteadores é justamente esta: os switches permitem que vários micros sejam ligados formando uma única rede, enquanto que os roteadores permitem interligar várias redes diferentes, criando redes ainda maiores, como a própria Internet.

Dentro de uma mesma rede é possível enviar pacotes de broadcast, que são endereçados a todos os integrantes da rede simultaneamente e, ao usar um hub burro, todos os micros recebem todas as transmissões. Um roteador filtra tudo isso, fazendo com que apenas os pacotes especificamente endereçados a endereços de outras redes trafeguem entre elas. Lembre-se de que, ao contrário das redes locais, os links de Internet são muito caros, por isso é essencial que sejam bem aproveitados.

Modo full-duplex

Tradicionalmente, as redes Ethernet operavam em modo half-duplex, onde é possível realizar apenas uma transmissão por vez, enviando ou recebendo dados, mas não as duas coisas simultaneamente. Este modo de funcionamento é herança das redes 10BASE-2 e das redes com hubs burros, onde todas as estações são ligadas ao mesmo cabo e apenas uma pode transmitir de cada vez, com a possibilidade de ocorrerem colisões.

Como as transmissões são divididas em frames e são concluídas em um espaço muito pequeno de tempo, transferências simultâneas podem ser feitas "ao mesmo tempo", mas a velocidade da rede é dividida entre as transmissões. Ao enviar um grande arquivo, ao mesmo tempo em que baixa outro, você obteria, na melhor das hipóteses, 50 megabits em cada direção em uma rede de 100 megabits. Na prática, a taxa ficaria abaixo disso, pois parte da banda da rede seria desperdiçada na forma de colisões e retransmissões de pacotes.

O modo full-duplex permite que cada nó da rede envie e receba dados simultaneamente, permitindo que você baixe um arquivo grande a partir do servidor de arquivos da rede, ao mesmo tempo em que outro micro da rede copia um arquivo a partir do seu. Ambas as transferências são feitas na velocidade máxima permitida pela rede, ou seja, 100 ou 1000 megabits.

No modo full-duplex também não é mais usado o CSMA-CD, pois as colisões de pacotes simplesmente deixam de existir. Para que isso aconteça, é obrigatório o uso de um switch ou hub-switch. Não é possível usar o modo full-duplex usando um hub burro.

O full-duplex é suportado por todos os padrões de rede do 100BASE-TX em diante, incluindo o 1000BASE-T, usado nas rede Gigabit. É muito raro ter uma rede Gigabit operando em modo half-duplex, simplesmente porque não existe mais mercado para hubs burros e produzí-los não resultaria em um preço de venda muito mais baixo em primeiro lugar, mas de qualquer forma a possibilidade ainda existe.

As redes 10G, por sua vez, abandonaram definitivamente o suporte ao modo half-duplex, operando em modo full-duplex por padrão. Os hubs burros não são mais previstos no padrão 10G, de forma que eles logo se tornarão coisa do passado.

Embora o uso do modo full-duplex não dobre o desempenho da rede (já que raramente as estações precisarão transmitir grandes volumes de dados ao mesmo tempo), ele representa sempre um certo ganho e por isso é sempre desejável.

As placas de rede são capazes de detectar automaticamente quando o full-duplex está disponível e ativá-lo automaticamente, tanto no Linux quanto no Windows.

No Linux, você pode verificar a configuração através dos comandos "mii-tool" e "ethtool". O mii-tool é o utilitário mais antigo, enquanto o ethtool é seu sucessor atualizado. Muitas placas antigas suportam apenas o mii-tool e a maioria das placas modernas suportam apenas o ethtool, de forma que você acaba tendo que utilizar um ou outro de acordo com a placa usada.Para checar o modo de operação da placa de rede, basta usar o comando mii-tool sem parâmetros ou o ethtool seguido da interface, como em:

# mii-tooleth0: negotiated 100BaseTx-FD, link ok# ethtool eth0Settings for eth0:Supported ports: [ TP MII ]Supported link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full100baseT/Half 100baseT/FullSupports auto-negotiation: YesAdvertised link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full100baseT/Half 100baseT/FullAdvertised auto-negotiation: YesSpeed: 100Mb/sDuplex: FullPort: MIIPHYAD: 32Transceiver: internalAuto-negotiation: onSupports Wake-on: pumbgWake-on: dCurrent message level: 0x00000007 (7)Link detected: yesComo você pode ver, o mii-tool vai mais direto ao ponto, fornecendo a informação em uma única linha, enquanto o ethtool é mais falador.

O "100BaseTx-FD" na saída do mii-tool indica que a placa está operando em modo full-duplex. Caso a placa estivesse trabalhando em modo half-duplex, ela apareceria como "100BaseTx-HD". Note que o "FD" e "HD" são justamente abreviações de full-duplex e half-duplex. Caso você estivesse usando placas antigas (de 10 megabits), seriam usados, respectivamente, os modos "10BaseT-FD" e "10BaseT-HD". Existe ainda um último modo possível, o "100BaseT4", que indica que a placa está utilizando o padrão para cabos cat 3, onde são utilizados os 4 fios do cabo.No caso do ethtool, a velocidade é indicada na linha "Speed", que pode conter os valores "10", "100", "1000" ou "10000" e o uso do half-duplex ou full-duplex na linha "Duplex", que pode conter os valores "Half" ou "Full".

Como disse, o modo de operação é definido automaticamente, depois de um rápido processo de negociação entre a placa e o hub ou switch. É possível também usar o mii-tool e o ethtool para forçar um determinado modo de operação.

No caso do mii-tool, use o parâmetro "-F", seguido do padrão desejado, como em:

# mii-tool -F 100BaseTx-FD eth0ou:# mii-tool -F 100BaseTx-HD eth0No caso do ethtool a linha de comando é um pouco mais longa, contendo a interface, a velocidade desejada e o parâmetro "half" ou "full". É necessário adicionar também o parâmetro "autoneg off", que desativa a auto-negociação, passando a usar a configuração definida por você, como em:

# ethtool -s eth0 speed 100 duplex full autoneg offou:# ethtool -s eth0 speed 10 duplex half autoneg off

Note que forçar o modo full-duplex em uma rede onde o hub ou os cabos não suportem este modo de operação, fará com que pacotes passem a ser perdidos, deixando a rede lenta ou mesmo derrubando a conexão do seu micro. Estas opções são destinadas a casos onde a auto-negociação falhe, ou onde você queira deliberadamente reduzir a velocidade de operação da rede.

Para verificar o uso do modo full-duplex no Windows, acesse as propriedades da conexão de rede e clicar em "configurar" para abrir a janela de opções da placa de rede. Você encontrará a opção com o modo de transferência da placa de rede na sessão "Avançado":

PRÓXIMO: FIBRA ÓPTICA

Hubs passivos e splitters

Muitos livros antigos sobre redes comentam e até discutem as vantagens e desvantagens dos "hubs ativos" em comparação com os "hubs passivos". Hoje em dia, todos os hubs são ativos, por isso a discussão não vem mais ao caso, mas ainda assim é interessante entender do que se trata, mesmo que apenas para simples referência histórica. :)

Um hub ativo é um hub que utiliza alimentação elétrica para retransmitir os frames recebidos, reenviando-os em todas as outras portas. Com isso, o sinal já enfraquecido recebido dos micros é reforçado e pode percorrer mais 100 metros até o destinatário final, permitindo que a rede se estenda a uma distância de até 200 metros, sendo 100 metros entre o micro A e o hub, e mais 100 metros do hub até o micro B. Basicamente, todos os hubs que são ligados na tomada são hubs ativos, enquanto os hubs passivos são capazes de funcionar sem alimentação elétrica.

No caso dos switches e roteadores, a discussão de passivo e ativo não vem mais ao caso, pois todos são, por definição, ativos. Um "switch" que não utilizasse alimentação elétrica, não processasse e não retransmitisse os frames não seria um switch em primeiro lugar.

O maior problema com os hubs passivos é que eles são previstos apenas no padrão 10BASE-T, ou seja, o padrão para redes de 10 megabits utilizando cabos de par trançado. Eles não podem ser utilizados em redes de 100 ou 1000 megabits, pois, ao detectarem a ausência de um hub ativo ou switch, as placas automaticamente chaveiam para o modo 10BASE-T e a rede passa a trabalhar a 10 megabits de qualquer forma.

Outra limitação é que os hubs passivos podem ter um máximo de 4 portas, já que, com um número maior do que este, o sinal emitido por cada micro não tem potência suficiente para chegar até todos os demais.

Finalmente, temos a questão da distância, já que ao utilizar um hub passivo o sinal precisa percorrer todo o caminho de um micro a outro sem ajuda. Dessa forma, a rede pode se estender a no máximo 100 metros (somando o comprimento dos dois segmentos de cabo). Ou seja, você poderia usar um cabo de 50 metros do primeiro micro até o hub, e mais 50 metros do hub até o segundo.

Com todas estas desvantagens, não é de se estranhar que os hubs passivos não sejam mais utilizados, afinal, hoje em dia um hub/switch de 8 portas custa menos de 70 reais, de forma que, por mais baratos que fossem, os hubs passivos seriam uma péssima opção.

Os dispositivos mais próximos de um hub passivo que você pode eventualmente encontrar hoje em dia são adaptadores para ligar 3 micros entre si, sem necessidade de usar um hub, como o das fotos a seguir. Note que os 8 fios recebidos na primeira porta são duplicados e ligados nas outras duas:

Esses adaptadores na verdade são destinados a serem usados em instalações telefônicas que utilizam cabos de 8 fios, como em muitas instalações de PABX e não em redes. Internamente, eles não possuem nenhum componente eletrônico, são apenas emendas.

Se você tem uma veia de inventor, deve estar se perguntando se não é possível fazer um "hub passivo" simplesmente juntando 4 pedaços de cabo (ou usando adaptadores como o da foto anterior, que na prática faz a mesma coisa). Afinal, esta seria uma forma muito barata de fazer uma rede entre até 4 micros e poderia ser usada em situações onde 10 megabits fossem suficientes, certo?

Bem, na prática as coisas não funcionam bem assim :). Sair emendando cabos de rede seria uma gambiarra horrível. Na prática até funciona, mas você vai perceber que a velocidade da rede ficará realmente muito baixa, muito menor do que 10 megabits, devido a um brutal número de colisões de pacotes. Os micros passam a simplesmente receber "ecos" dos pacotes de acabaram de transmitir, o que faz com que a transmissão seja abortada. Após um período aleatório de tempo, tentam transmitir novamente e novamente recebem seus próprios pacotes de volta, fazendo com que o volume de dados efetivamente transmitido acabe sendo realmente muito pequeno.

Um hub passivo precisa ter, no mínimo, um conjunto de diodos, instalados nos fios 1, 2, 3 e 6 (os pares verde e laranja) de cada conector. Os diodos permitem o fluxo da corrente elétrica em um único sentido, fazendo com que os sinais de cada micro saiam e cheguem até os demais, mas impedindo que eles retornem até o emissor.

Se você gosta de eletrônica, aqui está o esquema de um hub passivo de três portas. Como você pode ver, são necessários 2 diodos para cada um dos 4 fios. As letras (A, B e C) indicam os conectores, enquanto os números indicam os fios dentro de cada um. O "A1" seria o primeiro fio do conector A (branco com laranja) e A6 seria o sexto (laranja). Note também que o hub só funcionaria com micros ligados nas três portas:

Este é um projeto interessante para mostrar para os amigos, mas na prática é mais fácil caminhar até a loja mais próxima e comprar um hub/switch "de verdade", que hoje em dia são muito baratos.

Outro dispositivo de rede que lembra um pouco um hub passivo, mas que é baseado em uma idéia diferente são os splitters. Eles se aproveitam do fato dos padrões 10BASE-T e 100BASE-TX utilizarem apenas dois dois pares do cabo para dividirem o cabo de rede em dois, cada um com dois dos pares. Para que funcione, é necessário usar dois splitters, um de cada lado do cabo:

Como você pode ver pela ilustração, eles são destinados a serem usados em sistemas de cabeamento estruturado, onde o switch é ligado a um patch panel, da onde um novo cabo leva o sinal até as tomadas onde são plugados os micros. Você usaria um dos splitters para ligar dois cabos do switch a uma única porta no patch panel e o segundo splitter para ligar dois micros à mesma tomada. Com isso, os pares laranja e verde de cada uma das portas do switch são unidos no mesmo cabo de 4 pares e em seguida separados e distribuídos para os dois micros.

Não funciona usando apenas um splitter, pois ao usá-lo para ligar dois micros diretamente ao switch, apenas um deles vai acessar a rede. Eles também não servem para ligar diretamente 3 micros, como pode parecer à primeira vista.

Diferente da emenda de 5 reais que mostrei na foto anterior, estes splitters são mais caros e mais difíceis de encontrar, de forma que é muito mais fácil (e em alguns casos até mais barato) simplesmente usar outro switch para conectar os dois micros no mesmo cabo, deixando as outras portas disponíveis para expansões futuras do que apelar para gambiarras como esta.

Fibra óptica

Os cabos de fibra óptica utilizam o fenômeno da refração interna total para transmitir feixes de luz a longas distâncias. Um núcleo de vidro muito fino, feito de sílica com alto grau de pureza é envolvido por uma camada (também de sílica) com índice de refração mais baixo, chamada de cladding, o que faz com que a luz transmitida pelo núcleo de fibra seja refletida pelas paredes internas do cabo. Com isso, apesar de ser transparente, a fibra é capaz de conduzir a luz por longas distâncias, com um índice de perda muito pequeno.

Embora a sílica seja um material abundante, os cabos de fibra óptica são caros devido ao complicado processo de fabricação, assim como no caso dos processadores, que são produzidos a partir do silício. A diferença entre sílica e silício é que o silício é o elemento Si puro, enquanto a sílica é composta por dióxido de silício, composto por um átomo de silício e dois de oxigênio. O silício é cinza escuro e obstrui a passagem da luz, enquanto a sílica é transparente.

O núcleo e o cladding são os dois componentes funcionais da fibra óptica. Eles formam um conjunto muito fino (com cerca de 125 microns, ou seja, pouco mais de um décimo de um milímetro) e frágil, que é recoberto por uma camada mais espessa de um material protetor, que tem a finalidade de fortalecer o cabo e atenuar impactos chamado de coating, ou buffer. O cabo resultante é então protegido por uma malha de fibras protetoras, composta de fibras de kevlar (que têm a função de evitar que o cabo seja danificado ou partido quando puxado) e por uma nova cobertura plástica, chamada de jacket, ou jaqueta, que sela o cabo:

Cabos destinados a redes locais tipicamente contêm um único fio de fibra, mas cabos destinados a links de longa distância e ao uso na área de telecomunicações contêm vários fios, que compartilham as fibras de kevlar e a cobertura externa:

Como os fios de fibra são muito finos, é possível incluir um grande volume deles em um cabo de tamanho modesto, o que é uma grande vantagem sobre os fios de cobre. Como a capacidade de transmissão de cada fio de fibra é bem maior que a de cada fio de cobre e eles precisam de um volume muito menor de circuitos de apoio, como repetidores, usar fibra em links de longa distância acaba saindo mais barato. Outra vantagem é que os cabos de fibra são imunes a interferência eletromagnética, já que transmitem luz e não sinais elétricos, o que permite que sejam usados mesmo em ambientes onde o uso de fios de cobre é problemático.

Como criar links de longa distância cavando valas ou usando cabos submarinos é muito caro, é normal que seja usado um volume de cabos muito maior que o necessário. Os cabos adicionais são chamados de fibra escura (dark fiber), não por causa da cor, mas pelo fato de não serem usados. Eles ficam disponíveis para expansões futuras e para substituição de cabos rompidos ou danificados. Quando ouvir falar em padrões "para fibras escuras", tenha em mente que são justamente padrões de transmissão adaptados para uso de fibras antigas ou de mais baixa qualidade, que estão disponíveis como sobras de instalações anteriores.

A transmissão de dados usando sinais luminosos oferece desafios, já que os circuitos eletrônicos utilizam eletricidade e não luz. Para solucionar o problema, é utilizado um transmissor óptico, que converte o sinal elétrico no sinal luminoso enviado através da fibra e um receptor, que faz o processo inverso. O transmissor utiliza uma fonte de luz, combinada com uma lente, que concentra o sinal luminoso, aumentando a percentagem que é efetivamente transmitida pelo cabo. Do outro lado, é usado um receptor ótico, que amplifica o sinal recebido e o transforma novamente nos sinais elétricos que são processados.

Para reduzir a atenuação, não é utilizada luz visível, mas sim luz infravermelha, com comprimentos de onda de 850 a 1550 nanômetros, de acordo com o padrão de rede usado. Antigamente, eram utilizados LEDs nos transmissores, já que eles são uma tecnologia mais barata, mas com a introdução dos padrões Gigabit e 10 Gigabit eles foram quase que inteiramente substituídos por laseres, que oferecem um chaveamento mais rápido, suportando, assim, a velocidade de transmissão exigida pelos novos padrões de rede.

Existem padrões de fibra óptica para uso em redes Ethernet desde as redes de 10 megabits. Antigamente, o uso de fibra óptica em redes Ethernet era bastante raro, mas com o lançamento dos padrões de 10 gigabits a utilização vem crescendo, com os links de fibra sendo usados sobretudo para criar backbones e links de longa distância.

Existem dois tipos de cabos de fibra óptica, os multimodo ou MMF (multimode fibre) e os monomodo ou SMF (singlemode fibre). As fibras monomodo possuem um núcleo muito mais fino, de 8 a 10 mícrons de diâmetro, enquanto as multimodo utilizam núcleos mais espessos, tipicamente com 62.5 microns:

As fibras multimodo são mais baratas e o núcleo mais espesso demanda uma precisão menor nas conexões, o que torna a instalação mais simples, mas, em compensação, a atenuação do sinal luminoso é muito maior.

Isso acontece porque o pequeno diâmetro do núcleo das fibras monomodo faz com que a luz se concentre em um único feixe, que percorre todo o cabo com um número relativamente pequeno de reflexões. O núcleo mais espesso das fibras multimodo, por sua vez, favorece a divisão do sinal em vários feixes separados, que ricocheteiam dentro do cabo em pontos diferentes, aumentando brutalmente a perda durante a transmissão, como você pode ver nos desenhos a seguir:

Para efeito de comparação, as fibras multimodo permitem um alcance de até 550 metros no Gigabit Ethernet e 300 metros no 10 Gigabit, enquanto as fibras monomodo podem atingir até 80 km no padrão 10 Gigabit. Esta brutal diferença faz com que as fibras multimodo sejam utilizadas apenas em conexões de curta distância, já que sairia muito mais caro usar cabos multimodo e repetidores do que usar um único cabo monomodo de um ponto ao outro.

Preparação e polimento

Considerando que um mícron corresponde a um milésimo de milímetro, você pode imaginar a dificuldade que é preparar os cabos de fibra, emendar fibras partidas e assim por diante. Diferente dos cabos de cobre, que podem ser cortados e crimpados usando apenas ferramentas simples, as fibras exigem mais equipamento e um manuseio muito mais cuidadoso.

Depois de retirada a jaqueta e o kevlar, sobra um fio muito fino, composto apenas pelo cabo de fibra e o revestimento interno (buffer), que é então limpo usando álcool isopropílico e colado ao conector usando uma cola de epoxy ou outro adesivo (de acordo com o conector usado).

Depois de instalado o cabo, é necessário polir a ponta usando um suporte especial e uma sucessão de microlixas, progressivamente mais finas. No final do processo, é recomendável examinar a ponta em um microscópio (existem diversos modelos de microscópios portáteis para examinar cabos de fibra disponíveis no mercado) em busca de imperfeições. Sem esses cuidados, a ponta fica irregular e obstrui a passagem do sinal luminoso, inutilizando o cabo:

O processo de polimento da fibra e o núcleo examinado no microscópioAo contrário dos cabos de par trançado, que utilizam 4 pares, os cabos de fibra são compostos por um único par de cabos, um usado para enviar e o outro para receber. Em tese, é possível criar sistemas de transmissão bidirecional usando fibra, usando luz com diferentes comprimentos de onda para enviar e receber, mas na prática o sistema provavelmente acabaria saindo mais caro do que simplesmente utilizar dois cabos.

Para pequenas instalações, acaba sendo mais simples e mais barato comprar diretamente os cabos prontos, já no tamanho desejado. Um cabo de 10 metros de fibra multimodo pode custar menos de 80 reais.

Cabo de fibra com conectores LCVocê pode se perguntar qual seria a vantagem de utilizar fibra óptica para curtas distâncias, já que os cabos de par trançado são suportados tanto no padrão Gigabit Ethernet quanto no 10G. A resposta é que é exatamente por esse motivo que os cabos de fibra óptica ainda não são usados em larga escala em redes locais, apesar de dominarem os links de longa distância. Normalmente, utiliza-se fibra óptica apenas em situações onde os 100 metros máximos do par trançado não são suficientes e o uso de switches ou repetidores para estender o sinal não é viável, ou em casos em que uma migração de longo prazo para fibra óptica está em curso.

Conectores e splicing

Existem vários tipos de conectores de fibra óptica. O conector tem uma função importante, já que a fibra deve ficar perfeitamente alinhada para que o sinal luminoso possa ser transmitido sem grandes perdas.

Os quatro tipos de conector mais comuns são os LC, SC, ST e MT-RJ. Os conectores ST e SC eram os mais populares a até pouco tempo, mas os LC vêm crescendo bastante em popularidade e podem vir a se tornar o padrão dominante. Os conectores MT-RJ também têm crescido em popularidade devido ao seu formato compacto, mas ainda estão restritos a alguns nichos.Como cada conector oferece algumas vantagens sobre os concorrentes e é apoiado por um conjunto diferente de empresas,  a escolha recai sobre o conector usado pelos equipamentos que pretender usar. É possível inclusive utilizar conectores diferentes dos dois lados do cabo, usando conectores LC de um lado e conectores SC do outro, por exemplo.O LC (Lucent Connector) é um conector miniaturizado que, como o nome sugere, foi originalmente desenvolvido pela Lucent. Ele vem crescendo bastante em popularidade, sobretudo para uso em fibras monomodo. Ele é o mais comumente usado em transceivers 10 Gigabit Ethernet:

Conector LCO ST (Straight Tip) é um conector mais antigo, muito popular para uso com fibras multimodo. Ele foi o conector predominante durante a década de 1990, mas vem perdendo espaço para o LC e outros conectores mais recentes. Ele é um conector estilo baioneta, que lembra os conectores BNC usados em cabos coaxiais. Embora os ST sejam maiores que os conectores LC, a diferença não é muito grande:

Conector ST e cabo de fibra com conectores ST e LC

O tubo branco cilíndrico que aparece na ponta do conector não é o fio de fibra propriamente dito, mas sim o ferrolho (ferrule), que é o componente central de todos os conectores, responsável por conduzir o fino núcleo de fibra e fixá-lo dentro do conector. Ele é uma peça de cerâmica, aço ou polímero plástico, produzido com uma grande precisão, já que com um núcleo de poucos mícrons de espessura, não existe muita margem para erro:

Ferrolho de um conector ST

A ponta do fio de fibra (fixada no ferrolho) precisa ser perfeitamente limpa, já que qualquer sujeira pode prejudicar a passagem da luz, atenuando o sinal. Além de limpar a ponta antes da conexão, é importante que ela seja protegida usando o protetor plástico que acompanha o cabo enquanto ele estiver sem uso.

Continuando, temos o SC, que foi um dos conectores mais populares até a virada do milênio. Ele é um conector simples e eficiente, que usa um sistema simples de encaixe e oferece pouca perda de sinal. Ele é bastante popular em redes Gigabit, tanto com cabos multimodo quanto monomodo, mas vem perdendo espaço para o LC. Uma das desvantagens do SC é seu tamanho avantajado; cada conector tem aproximadamente o tamanho de dois conectores RJ-45 colocados em fila indiana, quase duas vezes maior que o LC:

Conector SC e cabo de fibra com conectores SC e LC

Finalizando, temos o MT-RJ (Mechanical Transfer Registered Jack) um padrão novo, que utiliza um ferrolho quadrado, com dois orifícios (em vez de apenas um) para combinar as duas fibras em um único conector, pouco maior que um conector telefônico. Ele vem crescendo em popularidade, substituindo os conectores SC e ST em cabos de fibra multimodo, mas ele não é muito adequado para fibra monomodo:

Conector MT-RJ e cabo de fibra com conectores MT-RJ e LC

Além do uso de conectores, é possível também unir dois fios de fibra (processo chamado desplicing) ou reparar um fio partido usando dois métodos.O primeiro é o processo de fusão (fusion splicing), onde é usado um arco elétrico para soldar as duas fibras, criando uma junção permanente. Os aparelhos de fusão atuais fazem a junção de forma semi-automatizada, o problema é que eles são muito caros (a maioria custa a partir de US$ 15.000), de forma que são acessíveis apenas a empresas especializadas.

O segundo é um processo mecânico (mechanical splicing), onde é usada uma emenda de aplicação manual. Os dois fios são juntados usando um suporte e colados usando uma resina especial, desenvolvida para não obstruir a passagem da luz. Como a junção é bem mais frágil que o fio original, o trecho é reforçado externamente para evitar uma nova ruptura. Temos aqui exemplos dos dois processos, com um fusor da Ericsson e um splicer mecânico:

Transceivers

Como os transmissores e receptores para cabos de fibra óptica são muito caros, sobretudo os para fibra monomodo, eles são separados em componentes avulsos, os transceivers (transceptores), que são instalados no switch ou no roteador de acordo com a necessidade:

Transceiver 10GBASE-LRCom isso, você pode comprar apenas os transceivers referentes ao número de conexões que for utilizar e misturar transceivers de diferentes padrões (10GBASE-LR e 10GBASE-SR, por exemplo) no mesmo switch ou roteador, conforme a necessidade. Esta flexibilidade é importante, pois um único transceiver pode custar mais caro do que o próprio switch.

O transceiver transforma os sinais ópticos recebidos através do cabo em sinais elétricos que são enviados ao switch e vice-versa. Eles são usados apenas nos padrões de rede que utilizam cabos de fibra óptica, já que nos padrões baseados em fios de cobre a conversão não é necessária. Apesar do pequeno tamanho, os transceivers são quase sempre os componentes mais caros ao criar um link de fibra.

É comum que os switches Gigabit e 10 Gigabit high-end incorporem duas, quatro ou oito baias para transceivers, combinados com um certo número de portas para cabos de par trançado. O switch então passa a atuar também como um bridge, unificando os segmentos com par trançado e com fibra, que forma que passem a formar uma única rede.

Um exemplo é este Netgear GSM7328S, que inclui 24 portas Gigabit Ethernet, 4 baias para transceptores SFP Gigabit (os 4 conectores menores ao lado dos RJ-45) e conectores para 4 baias destinadas a transceivers 10 Gigabit (dois na parte frontal e dois na traseira):

A idéia é que os links 10 Gigabits de fibra sejam utilizados para interligar dois ou mais switches a longas distâncias e as portas para cabo de par trançado sejam usadas pelos PCs individuais. Imagine que utilizando transceptores 10GBASE-LR você pode utilizar cabos monomodo de até 10 km, de forma que criar backbones de longa distância interligando os switches deixa de ser um problema.

Montando a rede

Agora que já vimos uma boa dose de teoria, vamos à parte prática, começando pelo cabeamento da rede.

Uma das principais vantagens dos cabos de par trançado é que eles podem ser crimpados rapidamente, no local, usando apenas ferramentas simples, diferente dos cabos de fibra óptica, que precisam de uma preparação mais cuidadosa.

Em redes maiores, crimpar os próprios cabos é uma necessidade, pois você precisa passar os cabos por dentro das tubulações ou pelo teto e é quase impossível fazer isso com um cabo já crimpado, sem falar no uso de tomadas de parede, patch panels e outros componentes.

Mesmo em uma rede doméstica, crimpar os próprios cabos oferece uma flexibilidade muito maior, pois você pode crimpar cabos do tamanho exato e aproveitar as tubulações de telefone para passar os cabos através das paredes, evitando acidentes com cabos espalhados pelo chão. Além disso, cabos já crimpados custam mais caro do que comprar os cabos e conectores avulsos, o que pode fazer uma boa diferença em uma rede com muitos pontos.

Em redes de 10, 100 e 1000 megabits, o comprimento máximo dos cabos é de 100 metros, tanto entre o switch e o PC quanto entre dois switches ou hubs. Como os switches atuam como repetidores, você pode usar um cabo de 100 metros do PC até o switch e outro de mais 100 metros do switch até o dispositivo seguinte sem comprometer o desempenho da rede.

Ao usar tomadas de parede, ou qualquer tipo de conexão entre os dois dispositivos, o comprimento total do cabo (somando o trecho até a tomada e o trecho da tomada até o PC) não deve superar os 100 metros. Não existe um limite formal para o comprimento mínimo dos cabos, mas é recomendável evitar usar cabos muito curtos, com menos de 30 centímetros.

Naturalmente, os 100 metros não são um número exato. A distância máxima que é possível atingir varia de acordo com a qualidade dos cabos e dos conectores e as interferências presentes no ambiente. Já vi casos de cabos de 180 metros que funcionavam perfeitamente, e casos de cabos de 150 que não. Ao trabalhar fora do padrão, os resultados variam muito de acordo com as placas de rede usadas e outros fatores. É justamente para permitir que a rede funcione "sempre" e não "às vezes" que os padrões existem em primeiro lugar. Em vez de jogar com a sorte, é mais recomendável seguir o padrão, usando um hub/switch ou um repetidor a cada 100 metros (até o máximo de 5 repetições), de forma a reforçar o sinal.

Crimpando cabos

A ferramenta básica para crimpar os cabos é o alicate de crimpagem. Ele "esmaga" os contatos do conector, fazendo com que as facas-contato perfurem a cobertura plástica e façam contato com os fios do cabo de rede:

É possível comprar alicates de crimpagem razoáveis por pouco mais de 50 reais, mas existem alicates de crimpagem para uso profissional que custam bem mais. Existem ainda "alicates" mais baratos, com o corpo feito de plástico, que são mais baratos, mas não valem o papelão da embalagem. Alicates de crimpagem precisam ser fortes e precisos, por isso evite produtos muito baratos.

Ao crimpar os cabos de rede, o primeiro passo é descascar os cabos, tomando cuidado para não ferir os fios internos, que são bastante finos. Normalmente, o alicate inclui uma saliência no canto da guilhotina, que serve bem para isso. Existem também descascadores de cabos específicos para cabos de rede, que são sempre um item bem-vindo na caixa de ferramentas:

Os quatro pares do cabo são diferenciados por cores. Um par é laranja, outro é azul, outro é verde e o último é marrom. Um dos cabos de cada par tem uma cor sólida e o outro é mais claro ou malhado, misturando a cor e pontos de branco. É pelas cores que diferenciamos os 8 fios.

O segundo passo é destrançar os cabos, deixando-os soltos. Para facilitar o trabalho, descasque um pedaço grande do cabo, uns 5 ou 6 centímetros, para poder organizar os cabos com mais facilidade e depois corte o excesso, deixando apenas a meia polegada de cabo (1.27 cm, ou menos) que entrará dentro do conector.

O próprio alicate de crimpagem inclui uma guilhotina para cortar os cabos, mas operá-la exige um pouco de prática, pois você precisa segurar o cabo com uma das mãos, mantendo os fios na ordem correta e manejar o alicate com a outra. A guilhotina faz um corte reto, deixando os fios prontos para serem inseridos dentro do conector, você só precisa mantê-los firmes enquanto encaixa e crimpa o conector.

Existem dois padrões para a ordem dos fios dentro do conector, o EIA 568B (o mais comum) e o EIA 568A. A diferença entre os dois é que a posição dos pares de cabos laranja e verde são invertidos dentro do conector.

Existe muita discussão em relação com qual dos dois é "melhor", mas na prática não existe diferença de conectividade entre os dois padrões. A única observação é que você deve cabear toda a rede utilizando o mesmo padrão. Como o EIA 568B é de longe o mais comum, recomendo que você o utilize ao crimpar seus próprios cabos.

Uma observação é que muitos cabos são certificados para apenas um dos dois padrões; caso encontre instruções referentes a isso nas especificações, ou decalcadas no próprio cabo, crimpe os cabos usando o padrão indicado.

No padrão EIA 568B, a ordem dos fios dentro do conector (em ambos os lados do cabo) é a seguinte:

1- Branco com Laranja2- Laranja3- Branco com Verde4- Azul5- Branco com Azul6- Verde7- Branco com Marrom8- MarromOs cabos são encaixados nessa ordem, com a trava do conector virada para baixo, como no diagrama:

Ou seja, se você olhar o conector "de cima", vendo a trava, o par de fios laranja estará à direita e, se olhar o conector "de baixo", vendo os contatos, eles estarão à esquerda. Este outro diagrama mostra melhor como fica a posição dos cabos dentro do conector:

O cabo crimpado com a mesma disposição de fios em ambos os lados do cabo é chamado de cabo "reto", ou  straight. Este é o tipo "normal" de cabo, usado para ligar os micros ao switch ou ao roteador da rede. Existe ainda um outro tipo de cabo, chamado  de "cross-over" (também chamado de cabo cross, ou cabo cruzado), que permite ligar diretamente dois micros, sem precisar do hub ou switch. Ele é uma opção mais barata quando você tem apenas dois micros.No cabo cruzado, a posição dos fios é diferente nos dois conectores, de forma que o par usado para enviar dados (TX) seja ligado na posição de recepção (RX) do segundo micro e vice-versa. De um dos lados a pinagem é a mesma de um cabo de rede normal, enquanto no outro a posição dos pares verde e laranja são trocados. Daí vem o nome cross-over, que significa, literalmente, "cruzado na ponta":

Esquema dos contatos de envio e recepção em um cabo cross-overPara fazer um cabo cross-over, você crimpa uma das pontas seguindo o padrão EIA 568B que vimos acima e a outra utilizando o padrão EIA 568A, onde são trocadas as posições dos pares verde e laranja:

1- Branco com Verde2- Verde3- Branco com Laranja4- Azul5- Branco com Azul6- Laranja7- Branco com Marrom8- MarromA maioria dos switches atuais são capazes de "descruzar" os cabos automaticamente quando necessário, permitindo que você misture cabos normais e cabos cross-over dentro do cabeamento da rede. Graças a isso, a rede vai funcionar mesmo que você use um cabo cross-over para conectar um dos micros ao hub por engano.

Este cabo cross-over "clássico" pode ser usado para ligar placas de 10 ou 100 megabits, onde as transmissões são na realidade feitas usando apenas dois dos pares dos cabos. Placas e switches Gigabit Ethernet utilizam os quatro pares e por isso precisam de um cabo cross-over especial, crimpado com uma pinagem diferente. Usando um cabo cross convencional, a rede até funciona, mas as placas são forçadas a reduzir a velocidade de transmissão para 100 megabits, de forma a se adaptarem ao cabeamento.Para fazer um cabo cross-over Gigabit Ethernet, você deve utilizar o padrão EIA 568B (Branco com Laranja, Laranja, Branco com Verde, Azul, Branco com Azul, Verde, Branco com Marrom, Marrom) de um dos lados do cabo,  como usaria ao crimpar um cabo normal. A mudança vem ao crimpar o outro lado do cabo, onde é usada a seguinte pinagem:1- Branco com Verde2- Verde3- Branco com Laranja4- Branco com Marrom5- Marrom6- Laranja7- Azul8- Branco com AzulMuitos switches e também algumas placas Gigabit podem ser ligados diretamente usando cabos straight, pois os transmissores são capazes de ajustar a transmissão via software, recurso chamado de Auto-MDI/MDI-X. Entretanto, nem todos os dispositivos suportam o recurso, de forma que os cabos cross-over ainda são necessários em diversas situações.

Revisando, os padrões para os três tipos de cabos são: 

Cabo straight (10, 100 ou 1000 megabits):

1- Branco com Laranja2- Laranja3- Branco com Verde4- Azul5- Branco com Azul6- Verde7- Branco com Marrom8- Marrom

1- Branco com Laranja2- Laranja3- Branco com Verde4- Azul5- Branco com Azul6- Verde7- Branco com Marrom8- Marrom

 

Cabo cross-over (10 ou 100 megabits):

1- Branco com Laranja2- Laranja3- Branco com Verde4- Azul5- Branco com Azul6- Verde7- Branco com Marrom8- Marrom

1- Branco com Verde2- Verde3- Branco com Laranja4- Azul5- Branco com Azul6- Laranja7- Branco com Marrom8- Marrom

 

Cabo cross-over para Gigabit Ethernet

1- Branco com Laranja2- Laranja3- Branco com Verde4- Azul5- Branco com Azul6- Verde7- Branco com Marrom8- Marrom

1- Branco com Verde2- Verde3- Branco com Laranja4- Branco com Marrom5- Marrom6- Laranja7- Azul8- Branco com Azul

Ao crimpar, você deve retirar apenas a capa externa do cabo e não descascar individualmente os fios, pois isso, ao invés de ajudar, serviria apenas para causar mau contato, deixando frouxo o encaixe com os pinos do conector.

A função do alicate é fornecer pressão suficiente para que os pinos do conector RJ-45, que internamente possuem a forma de lâminas, esmaguem os fios do cabo, alcançando o fio de cobre e criando o contato:

Como os fios dos cabos de rede são bastante duros, é preciso uma boa dose de força para que o conector fique firme, daí a necessidade de usar um alicate resistente. Não tenha medo de quebrar ou danificar o alicate ao crimpar, use toda a sua força:

É preciso um pouco de atenção ao cortar e encaixar os fios dentro do conector, pois eles precisam ficar perfeitamente retos. Isso demanda um pouco de prática. No começo, você vai sempre errar algumas vezes antes de conseguir.

Veja que o que protege os cabos contra as interferências externas são justamente as tranças. A parte destrançada que entra no conector é o ponto fraco do cabo, onde ele é mais vulnerável a todo tipo de interferência. Por isso, é recomendável deixar o menor espaço possível sem as tranças. Para crimpar cabos dentro do padrão, você precisa deixar menos de meia polegada de cabo (1.27 cm) destrançado. Você só vai conseguir isso cortando o excesso de cabo solto antes de encaixar o conector, como na foto:

Outra observação é que, além de ser preso pelos conectores metálicos, o cabo é preso dentro do conector através de uma trava plástica, que é também presa ao crimpar o cabo. A trava prende o cabo através da cobertura plástica, por isso é importante cortar todo o excesso de cabo destrançado, fazendo com que parte da cobertura plástica fique dentro do conector e seja presa pela trava. Sem isso, os contatos podem facilmente ser rompidos com qualquer esbarrão, tornando a rede como um todo menos confiável.

Além do cabo e do conector RJ-45, existem dois acessórios, que você pode ou não usar em seus cabos, conforme a disponibilidade. O primeiro são as capas plásticas (boots), que são usadas nas pontas dos cabos para melhorar o aspecto visual. Por estarem disponíveis em várias cores, elas podem ser também usadas para identificar os cabos, mas com exceção disso elas são puramente decorativas, não possuem nenhuma outra função. Para usá-las, basta colocar a capa antes do conector:

Boots

O segundo são os inserts, que são um tipo de suporte plástico que vai dentro do conector. Depois de destrançar, organizar e cortar o excesso de cabo, você passa os 8 fios dentro do insert e eles os mantêm na posição, facilitando o encaixe no conector.

Os conectores RJ-45 projetados para uso em conjunto com o insert possuem um espaço interno maior para acomodá-lo. Devido a isso, os inserts são fornecidos em conjunto com alguns modelos de conectores e raramente são vendidos separadamente:

InsertO primeiro teste para ver se os cabos foram crimpados corretamente é conectar um dos micros (ligado) ao switch e ver se os LEDs da placas de rede e do hub acendem. Isso mostra que os sinais elétricos enviados estão chegando até o switch e que ele foi capaz de abrir um canal de comunicação com a placa.

Se os LEDs nem acenderem, então não existe o que fazer. Corte os conectores e tente de novo. Infelizmente, os conectores são descartáveis: depois de crimpar errado uma vez, você precisa usar outro novo, aproveitando apenas o cabo. Mais um motivo para prestar atenção ;).

Existem também aparelhos testadores de cabos, que oferecem um diagnóstico muito mais sofisticado, dizendo, por exemplo, se os cabos são adequados para transmissões a 100 ou a 1000 megabits e avisando caso algum dos 8 fios do cabo esteja rompido. Os mais sofisticados avisam inclusive em que ponto o cabo está rompido, permitindo que você aproveite a parte boa.

Testador de cabosEsses aparelhos serão bastante úteis se você for crimpar muitos cabos, mas são dispensáveispara trabalhos esporádicos, pois é muito raro que os cabos venham com fios rompidos de fábrica. Os cabos de rede apresentam também uma boa resistência mecânica e flexibilidade, para que possam passar por dentro de tubulações. Quase sempre os problemas de transmissão surgem por causa de conectores mal crimpados.Existem ainda modelos mais simples de testadores de cabos, que chegam a custar em torno de 20 reais. Eles realizam apenas um teste de continuidade do cabo, checando se o sinal elétrico chega até a outra ponta e, verificando o nível de atenuação, para certificar-se de que ele cumpre as especificações mínimas. Um conjunto de 8 leds se acende, mostrando o status de cada um dos 8 fios. Se algum fica apagado durante o teste, você sabe que o fio correspondente está partido. A limitação é que eles não são capazes de calcular em que ponto o cabo está partido, de forma que a sua única opção acaba sendo trocar e descartar o cabo inteiro.

Uma curiosidade com relação aos testadores é que algumas placas-mãe da Asus, com rede Yukon Marvel (e, eventualmente, outros modelos lançados futuramente), incluem um software testador de cabos, que pode ser acessado pelo setup, ou através de uma interface dentro do Windows. Ele funciona de uma forma bastante engenhosa. Quando o cabo está partido em algum ponto, o sinal elétrico percorre o cabo até o ponto onde ele está rompido e, por não ter para onde ir, retorna na forma de interferência. O software cronometra o tempo que o sinal demora para ir e voltar, apontando com uma certa precisão depois de quantos metros o cabo está rompido.

Outra dica é que no padrão 100BASE-TX são usados apenas os pares laranja e verde para transmitir dados. Você pode tirar proveito disso para fazer um cabo mini-crossover para levar na sua caixa de ferramentas, usando apenas os pares laranja e verde do cabo. De um lado a pinagem seria: branco com laranja, laranja, branco com verde, nada, nada, verde, nada, nada; e do outro seria: branco com verde, verde, branco com laranja, nada, nada, laranja, nada, nada:

Cabo cross de emergência, feito com apenas dois dos pares do caboEste é um cabo fora do padrão, que não deve ser usado em instalações, mas, em compensação, ocupa um volume muito menor e pode ser útil em emergências.

Outro componente que pode ser útil em algumas situações é o conector de loopback, que é usado por programas de diagnóstico para testar a placa de rede. Ele é feito usando um único par de fios, ligado nos contatos 1, 2, 3 e 6 do conector, de forma que os dois pinos usados para enviar dados sejam ligados diretamente nos dois pinos de recepção, fazendo com que a placa receba seus próprios dados de volta:

Conector de loopbackA pinagem do conector de loopback é:

1- Branco com laranja2- Laranja3- Branco com laranja (retornando)4- nada5- nada6- Laranja (retornando)7- nada8- nadaAo plugar o conector na placa de rede, você notará que o link da rede é ativado. Ao usar o comando "mii-tool" no Linux, por exemplo, você teria um "eth0: no link" com o cabo de rede desconectado e passaria a ter um "eth0: negotiated 100baseTx-FD, link ok" depois de encaixar o conector de loopback.

Passando os cabos através de dutos

Para passar os cabos através de dutos e de tubulações, utilize uma guia para passar os cabos, que pode ser comprada em qualquer loja de ferragens. Passar cabos pelas tubulações não é complicado, só exige uma boa dose de paciência para desmontar as caixas e verificar onde dá cada duto, já que raramente você terá o projeto da tubulação em mãos. Existem também lubrificantes específicos para cabos de rede, que ajudam o cabo a deslizar e podem ser usados para reduzir o stress mecânico sob o cabo ao passá-lo por conduítes apertados ou caso a distância a percorrer seja muito grande:

Com um pouco de sorte, e de boa vontade por parte da construtora, você pode conseguir a planta baixa do projeto telefônico e do projeto elétrico da construção, que vão facilitar bastante a sua vida, já que você poderá planejar o cabeamento antes mesmo de precisar começar a desmontar as caixas e a passar os cabos:

Projeto telefônico (à esquerda) e projeto elétrico de um apartamento residencialCabos de rede podem ser passados junto com cabos de telefone e de TV a cabo sem problemas, mas não juntamente com cabos da rede elétrica. O problema com relação a eles é que o campo eletromagnético gerado pelos cabos elétricos (devido ao uso de corrente alternada) induz corrente nos cabos de rede, o que gera interferência na transmissão, causando corrupção dos dados.

Graças ao sistema de checagem e retransmissão usados pelas placas de rede, raramente dados serão perdidos, mas as retransmissões irão reduzir a taxa de transferência e aumentar a latência da rede, com resultados variados. A interferência é maior em redes elétricas sem aterramento adequado ou em circuitos com cargas pesadas, como os usados por chuveiros e motores elétricos.

Passar cabos de rede nos dutos usados pelos cabos elétricos nunca é recomendável, mesmo em trechos pequenos. Verifique se não é possível passar os cabos por baixo do carpete, ou pelo forro do teto, por exemplo. De qualquer forma, se não houver outro jeito, procure utilizar cabos de rede blindados e dê preferência às canaletas usadas por cabos destinados às tomadas e aos soquetes de iluminação. Depois de feita a instalação, teste a rede em diversas situações, monitorando o volume de pacotes perdidos e o ping da rede em diversas situações de uso.

Os padrões de cabeamento são definidos com uma boa margem de tolerância, para garantir que a rede funcione de forma confiável em qualquer situação. Já vi casos de cabos com bem mais de 100 metros, cabos de rede passados lado a lado com fios elétricos e até mesmo um cabo cross-over feito com fios de telefone! Enfim, o simples caso da rede "funcionar" não significa que o cabeamento foi bem feito. Trabalhar próximo do limite vai fazer com que a velocidade de transmissão da rede fique abaixo do normal (por causa de colisões, pacotes perdidos e retransmissões) e pode causar problemas de conectividade diversos, que podem ser complicados de diagnosticar e corrigir. Se você valoriza seu trabalho, procure seguir as regras e fazer um bom cabeamento. Redes bem cabeadas podem durar décadas. :)

Tomadas e emendas

Continuando, uma boa opção ao cabear é usar tomadas para cabos de rede, ao invés de simplesmente deixar os cabos soltos. Elas dão um acabamento mais profissional e tornam o cabeamento mais flexível, já que você pode ligar cabos de diferentes tamanhos às tomadas e substituí-los conforme necessário (ao mudar os micros de lugar, por exemplo). Existem vários tipos de tomadas de parede, tanto de instalação interna quanto externa:

O cabo de rede é instalado diretamente dentro da tomada. Em vez de ser crimpado, o cabo é instalado em um conector próprio (o tipo mais comum é o conector 110) que contém lâminas de contato. A instalação é feita usando uma chave especial, chamada, em inglês, de punch down tool:

A ferramenta pressiona o cabo contra as lâminas, de forma a criar o contato, e ao mesmo tempo corta o excesso de cabo. Alguns conectores utilizam uma tampa que, quando fechada, empurra os cabos, tornando desnecessário o uso da ferramenta (sistema chamado de tool-less ou auto-crimp). Eles são raros, justamente por serem mais caros.

O próprio conector inclui o esquema de cores dos cabos, junto com um decalque ou etiqueta que indica se o padrão usado corresponde ao EIA 568A ou ao EIA 568B. Se você estiver usando o EIA 568B no restante da rede e o esquema do conector corresponder ao EIA 568A, basta trocar a posição dos pares laranja e verde no conector.

Outro conector usado é o keystone jack, uma versão fêmea do conector RJ-45, que é usado em patch panels (veja a seguir) e pode ser usado também em conectores de parede, em conjunto com a moldura adequada. Os cabos são instalados da mesma forma que nos conectores de parede com o conector 110, usando a chave punch down:

Existem também emendas (couples) para cabos de rede, que consistem em dois conectores RJ-45 fêmea, que permitem ligar diretamente dois cabos, criando um único cabo mais longo:

O problema é que quase todas as emendas baratas que vemos à venda aqui no Brasil são destinados a cabos de voz (como a emenda amarelo-fosco da foto à esquerda) e não a cabos de rede. Isso significa que eles não atendem às especificações dos cabos cat5 ou cat5e e causam uma grande atenuação do sinal quando usadas.

Elas geralmente funcionam sem grandes problemas quando usados em conjunto com cabos curtos em redes de 100 megabits, mas causam graves problemas de atenuação em redes gigabit, desconectando a estação, ou fazendo com que as placas chaveiem para um modo de transmissão mais lento, de forma a manter a conexão.

Emendas destinadas a cabos de rede são quase sempre rotuladas com a categoria à qual atendem com uma etiqueta ou decalque (como a emenda prateada da foto à direita), mas são mais caras e mais difíceis de encontrar.

Na falta de uma, o correto é substituir os dois cabos por um único cabo maior ou fazer uma extensão, usando um cabo com um conector RJ-45 crimpado de um lado e um keystone jack (ou uma tomada de parede) do outro.

Cabeamento estruturado

Montar uma rede doméstica é bem diferente de montar uma rede local de 100 pontos em uma empresa de médio porte. Não apenas porque o trabalho é mais complexo, mas também porque existem normas mais estritas a cumprir. O padrão para instalação de redes locais em prédios é o ANSI/TIA/EIA-568-B, que especifica normas para a instalação do cabeamento, topologia da rede e outros quesitos, que chamamos genericamente de cabeamento estruturado. No Brasil, temos a norma NBR 14565, publicada pela ABNT em 2001.

A norma da ABNT é ligeiramente diferente da norma internacional, a começar pelos nomes, que são modificados e traduzidos para o português, por isso vou procurar abordar os pontos centrais para que você entenda como o sistema funciona, sem entrar em detalhes pedanticos sobre a norma propriamente dita.

A idéia central do cabeamento estruturado é cabear todo o prédio de forma a colocar pontos de rede em todos os pontos onde eles possam ser necessários. Todos os cabos vão para um ponto central, onde ficam os switches e outros equipamentos de rede. Os pontos não precisam ficar necessariamente ativados, mas a instalação fica pronta para quando precisar ser usada. A idéia é que a longo prazo é mais barato instalar todo o cabeamento de uma vez, de preferência antes do local ser ocupado, do que ficar fazendo modificações cada vez que for preciso adicionar um novo ponto de rede.

Tudo começa com a sala de equipamento (equipment room), que é a área central da rede, onde ficam os servidores, switches e os roteadores principais. A idéia é que a sala de equipamento seja uma área de acesso restrito, onde os equipamentos fiquem fisicamente protegidos.

Em um prédio, a sala de equipamento ficaria normalmente no andar térreo. Seria inviável puxar um cabo separado para cada um dos pontos de rede do prédio, indo da sala de equipamento até cada ponto de rede individual, por isso é criado um segundo nível hierárquico, representado pelos armários de telecomunicações (telecommunications closed).O armário de telecomunicações é um ponto de distribuição, de onde saem os cabos que vão até os pontos individuais. Normalmente é usado um rack, contendo todos os equipamentos, que é também instalado em uma sala ou em um armário de acesso restrito.

Além dos switches, um equipamento muito usado no armário de telecomunicações é o patch panel, ou painel de conexão. Ele é um intermediário entre as tomadas de parede e outros pontos de conexão e os switches da rede. Os cabos vindos dos pontos individuais são numerados e instalados em portas correspondentes do patch panel e as portas utilizadas são então ligadas aos switches:

Patch panel e detalhe dos conectoresAlém de melhorarem a organização dos cabos, os patch panels permitem que você utilize um número muito maior de pontos de rede do que portas nos switches. A idéia é que você cabearia todo o escritório, ou todo o andar do prédio, deixando todas as tomadas ligadas ao patch-panel. Se for um escritório novo, provavelmente poucas das tomadas serão usadas de início, permitindo que você use um único switch. Conforme mais tomadas passarem a ser usadas, você passa a adicionar mais switches e outros componentes de rede, conforme a necessidade.

Outra vantagem é que com os cabos concentrados no patch panel, tarefas como desativar um ponto ou ligá-lo a outro segmento da rede (ligando-o a outro switch ou roteador) ficam muito mais simples.

Os patch panels são apenas suportes, sem componentes eletrônicos e por isso são relativamente baratos. Eles são normalmente instalados em racks, junto com os switches e outros equipamentos. Os switches são ligados às portas do patch panel usando cabos de rede curtos, chamados de "patch cords" (cabos de conexão). Os patch cords são muitas vezes feitos com cabos stranded (os cabos de par trançado com várias fibras) de forma a serem mais flexíveis.

Cada andar tem um ou mais armários de telecomunicações (de acordo com as peculiaridades da construção e a distância a cobrir) e todos são ligados a um switch ou um roteador na sala de equipamento através de cabos verticais chamados de  rede primária (eles são também chamados de cabeamento vertical ou de backbones). Se a distância permitir, podem ser usados cabos de par trançado, mas é muito comum usar cabos de fibra óptica para esta função.Na entrada do prédio teríamos ainda a sala de entrada de telecomunicações, onde são conectados os cabos externos, como linhas de telefones, links de Internet, cabos ligando o prédio a outros prédios vizinhos e assim por diante:

Temos em seguida a rede secundária (que na norma internacional é chamada de "horizontal cabling", ou cabeamento horizontal), que é composta pelos cabos que ligam o armário de telecomunicações às tomadas onde são conectados os PCs da rede. Estes são os cabos permanentes, que são instalados como parte do cabeamento inicial e continuam sendo usados por muito tempo.Como você pode notar, este sistema prevê o uso de três segmentos de cabo:

a) O patch cord ligando o switch ao patch panel.b) O cabo da rede secundária, ligando o patch panel à tomada na área de trabalho.c) O cabo entre a tomada e o PC.Dentro do padrão, o cabo da rede secundária não deve ter mais do que 90 metros, o patch cord entre o patch panel e o switch não deve ter mais do que 6 metros e o cabo entre a tomada e o PC não deve ter mais do que 3 metros.

Estes valores foram definidos tomando por base o limite de 100 metros para cabos de par trançado (90+6+3=99), de forma que, ao usar um cabo de rede secundária com menos de 90 metros, você pode usar um patch cord, ou um cabo maior para o PC, desde que o comprimento total não exceda os 100 metros permitidos.

Em um ambiente já existente, os cabos podem ser passados através de um teto falso, ou através das canaletas usadas pelos fios de telefone. Em casos extremos pode ser usado piso falso (piso elevado), permitindo que o cabeamento passe por baixo. O problema de usar piso falso é que os suportes são caros. No caso de prédios em construção, é possível incluir canaletas específicas para os cabos de rede, facilitando o cabeamento:

As salas e os outros ambientes contendo as tomadas, onde ficam os micros, são chamadas de área de trabalho (work area), já que em um escritório corresponderiam às áreas úteis, onde os funcionários trabalham. Na norma da ABNT, as tomadas são chamadas de "pontos de telecomunicações" e não de "pontos de rede". Isso acontece porque o cabeamento estruturado prevê também o uso de cabos de telefone e de outros tipos de cabos de telecomunicação, não se limitando aos cabos de rede.

Redes wireless

Em uma rede wireless, o switch é substituído pelo ponto de acesso (access-point em inglês, comumente abreviado como "AP" ou "WAP", de "wireless access point"), que tem a mesma função central que o switch desempenha nas redes com fios: retransmitir os pacotes de dados, de forma que todos os micros da rede os recebam. A topologia é semelhante à das redes de par trançado, com o switch central substituído pelo ponto de acesso. A diferença é que são usados transmissores e antenas em vez de cabos.

Os pontos de acesso possuem uma saída para serem conectados em um switch tradicional, permitindo que você "junte" os micros da rede cabeada com os que estão acessando através da rede wireless, formando uma única rede, o que é justamente a configuração mais comum.

Existem poucas vantagens em utilizar uma rede wireless para interligar micros desktops, que afinal não precisam sair do lugar. O mais comum é utilizar uma rede cabeada normal para os desktops e utilizar uma rede wireless complementar para os notebooks, palmtops e outros dispositivos móveis.

Você utiliza um switch tradicional para a parte cabeada, usando um cabo também para interligar o ponto de acesso à rede. O ponto de acesso serve apenas como a "última milha", levando o sinal da rede até os micros com placas wireless. Eles podem acessar os recursos da rede normalmente, acessar arquivos compartilhados, imprimir, acessar a Internet, etc. A única limitação fica sendo a velocidade mais baixa e a latência um pouco mais alta das redes wireless.

Isso é muito parecido com juntar uma rede de 10 megabits, que utiliza um hub "burro" a uma rede de 100 megabits (ou uma rede de 100 megabits com uma rede gigabit), que utiliza um switch. Os micros da rede de 10 megabits continuam se comunicando entre si a 10 megabits, e os de 100 continuam trabalhando a 100 megabits, sem serem incomodados pelos vizinhos. Quando um dos micros da rede de 10 precisa transmitir para um da rede de 100, a transmissão é feita a 10 megabits, respeitando a velocidade do mais lento.

Nesse caso, o ponto de acesso atua como um bridge, transformando os dois segmentos em uma única rede e permitindo que eles se comuniquem de forma transparente. Toda a comunicação flui sem problemas, incluindo pacotes de broadcast.

Para redes mais simples, onde você precise apenas compartilhar o acesso à Internet entre poucos micros, todos com placas wireless, você pode ligar o modem ADSL (ou cabo) direto ao ponto de acesso. Alguns pontos de acesso trazem um switch de 4 ou 5 portas embutido, permitindo que você crie uma pequena rede cabeada sem precisar comprar um switch adicional.

Esquema de rede simples, com o ponto de acesso ligado ao modem ADSL,permitindo a conexão do notebook

Com a miniaturização dos componentes e o lançamento de controladores que incorporam cada vez mais funções, tornou-se comum o desenvolvimento de pontos de acesso que incorporam funções adicionais. Tudo começou com modelos que incorporavam um switch de 4 ou 8 portas que foram logo seguidos por modelos que incorporam funções de roteador, combinando o switch embutido com uma porta WAN, usada para conectar o modem ADSL ou cabo, de onde vem a conexão. Estes modelos são chamados de wireless routers (roteadores wireless).

Roteador wireless com a porta WAN e um switch de 4 portas embutidoO ponto de acesso pode ser então configurado para compartilhar a conexão entre os micros da rede (tanto os ligados nas portas do switch quanto os clientes wireless), com direito a DHCP e outros serviços. Na maioria dos casos, estão disponíveis apenas as funções mais básicas, mas muitos roteadores incorporam recursos de firewall, VPN e controle de acesso.

Por estranho que possa parecer, as funções adicionais aumentam pouco o preço final, pois devido à necessidade de oferecer uma interface de configuração e oferecer suporte aos algoritmos de encriptação (RC4, AES, etc.), os pontos de acesso utilizam controladores relativamente poderosos. Com isso, os fabricantes podem implementar a maior parte das funções extras via software, ou utilizando controladores baratos. Isso faz com que comprar um roteador wireless saia bem mais barato do que comprar os dispositivos equivalentes separadamente. A única questão é mesmo se você vai utilizar ou não as funções extras.

Existem ainda roteadores wireless que incluem um modem ADSL, chamados de "ADSL Wireless Routers" (roteadores ADSL wireless). Basicamente, eles incluem os circuitos do modem ADSL e do roteador wireless na mesma placa, e rodam um firmware que permite controlar ambos os dispositivos. O link ADSL passa então a ser a interface WAN, que é compartilhada com os clientes wireless e com os

PCs ligados nas portas do switch. O quinto conector de rede no switch é então substituído pelo conector para a linha de telefone (line), como neste Linksys WAG54G:

Detalhe das portas em um Linksys WAG54GEmbora mais raros, você vai encontrar também roteadores com modems 3G integrados (chamados de Cellular Routers ou 3G Routers), que permitem conectar via EVDO (Vivo) ou UMTS/EDGE/GPRS (Claro, Tim e outras), usando um plano de dados. O modem celular pode ser tanto integrado diretamente à placa principal quanto (mais comum) instalado em um slot PC-Card. A segunda opção é mais interessante, pois permite que você use qualquer placa de modem.

Dois exemplos de roteadores 3G são o Kyocera KR1 e o ZYXEL ZYWALL 2WG. Em ambos os casos os roteadores usam placas externas, que são adquiridas separadamente. O Kyocera suporta tanto modems PC-Card quanto USB, enquanto o ZYXEL suporta apenas modems PC-Card:

Roteadores 3G: Kyocera KR1 e ZYXEL ZYWALL 2WGAlguns modelos combinam o modem 3G e um modem ADSL, oferendo a opção de usar a conexão 3G como um fallback para o ADSL, usando-a apenas quando o ADSL perde a conexão. Esta combinação é interessante para empresas e para quem depende da conexão para trabalhar, mas resulta em produtos mais caros, que nem sempre são interessantes do ponto de vista do custo-benefício.

Continuando, além dos pontos de acesso "simples" e dos roteadores wireless, existe ainda uma terceira categoria de dispositivos, os wireless bridges (bridges wireless), que são versões simplificadas dos pontos de acesso, que permitem conectar uma rede cabeada com vários micros a uma rede wireless já existente. A diferença básica entre um bridge e um ponto de acesso é que o ponto de acesso permite que clientes wireless se conectem e ganhem acesso à rede cabeada ligada a ele, enquanto o bridge faz o oposto, se conectando a um ponto de acesso já existente, como cliente.O bridge é ligado ao switch da rede cabeada e é em seguida configurado como cliente do ponto de acesso remoto através de uma interface web. Uma vez conectado às duas redes, o bridge se encarrega de transmitir o tráfego de uma rede à outra, permitindo que os PCs conectados às duas redes se comuniquem.

Usar um ponto de acesso de um lado e um bridge do outro permite conectar diretamente duas redes distantes, sobretudo em prédios diferentes ou em áreas rurais, onde embora a distância seja relativamente grande, existe linha visada entre os dois pontos. Como o trabalho de um bridge é mais simples que o de um ponto de acesso, muitos fabricantes aproveitam para incluir funções de bridge em seus pontos de acesso, de forma a agregar valor.

Fisicamente, os bridges são muito parecidos com um ponto de acesso, já que os componentes básicos são os mesmos. Em geral eles são um pouco mais baratos, mas isso varia muito de acordo com o mercado a que são destinados. A seguir temos o D-Link DWL-3150 e o Linksys WET54G, dois exemplos de bridges de baixo custo:

Bridges wireless: D-Link DWL-3150 e Linksys WET54GContinuando, existe também a possibilidade de criar redes ad-hoc, onde dois ou mais micros com placas wireless se comunicam diretamente, sem utilizar um ponto de acesso, similar ao que temos ao conectar dois micros usando um cabo cross-over.

No modo ad-hoc a área de cobertura da rede é bem menor, já que a potência de transmissão das placas e a sensibilidade das antenas são quase sempre menores que as do ponto de acesso e existem também limitações com relação ao controle de acesso e aos sistemas de encriptação disponíveis. Apesar disso, as redes ad-hoc são um opção interessante para criar redes temporárias, sobretudo quando você tem vários notebooks em uma mesma sala.

Na época do 802.11b, as redes ad-hoc ofereciam a desvantagem de não suportarem encriptação via WPA, o que tornava a rede bastante insegura. Mas, o suporte ao WPA está disponível ao utilizar clientes com placas 802.11g ou 802.11n e pode ser ativado na configuração da rede.

Com relação às placas, é possível encontrar tanto placas PC Card, Express Mini ou mini-PCI, para notebooks, quanto placas PCI e USB para micros desktop. Existem inclusive placas ultracompactas, que podem ser instaladas em um slot SD, destinadas a palmtops.

Placa Wi-Fi PC Card e placa no formato SD para uso em palmtopsPraticamente todos os notebooks à venda atualmente, muitos modelos de palmtops e até mesmo smartphones incluem transmissores wireless integrados. Hoje em dia, parece inconcebível comprar um notebook sem wireless, da mesma forma que ninguém mais imagina a idéia de um PC sem disco rígido, como os modelos vendidos no início da década de 1980.

Apesar disso, é bastante raro um notebook que venha com uma placa wireless "onboard". Quase sempre é usada uma placa Mini-PCI (uma versão miniaturizada de uma placa PCI tradicional, que usa um encaixe próprio) ou Express Mini (a versão miniaturizada do PCI Express), que pode ser substituída, assim como qualquer outro componente. Desde que não exista nenhuma trava ou incompatibilidade por parte do BIOS, você pode perfeitamente substituir a placa que veio pré-instalada.

Existem vários modelos de placas mini-pci no mercado, mas elas não são um componente comum, de forma que você só vai encontrá-las em lojas especializadas. É possível também substituir a placa que acompanha o notebook por outro modelo, melhor ou mais bem suportado no Linux, por exemplo.

Placa wireless Mini-PCI (à esquerda) e placa Express MiniNão se engane pela foto. As placas mini-pci são muito pequenas, quase do tamanho de uma caixa de fósforos e os conectores da antena são quase do tamanho de uma cabeça de alfinete. Eles são relativamente frágeis, por isso é preciso ter cuidado ao plugá-los na placa. O fio branco vai sempre no conector no canto da placa e o preto no conector mais ao centro, como na foto.

Quase sempre, o notebook tem uma chave ou um botão que permite ligar e desligar o transmissor wireless. Antes de testar, verifique se ele está ativado. Em muitos casos, os botões são controlados via software (como em muitos notebooks da Acer) e precisam que um driver esteja instalado para funcionarem, como veremos em detalhes no capítulo 3.

Embora as placas mini-pci sejam componentes tão padronizados quanto as placas PC Card, sempre existe a possibilidade de algumas placas específicas não serem compatíveis com seu notebook. O ideal é sempre testar antes de comprar, ou comprar em uma loja que aceite trocar a placa por outra em caso de problemas.

As antenas não vão na própria placa, mas são montadas na tampa do monitor, atrás do LCD e o sinal vai até a placa através de dois cabos, que correm dentro da carcaça do notebook. Isso visa melhorar a recepção, já que quando o notebook está aberto, as antenas no topo da tela ficam em uma posição mais elevada, o que melhora a recepção. Notebooks com placas 802.11b ou 802.11g utilizam duas antenas, enquanto os com placas 802.11n tipicamente utilizam três:

Antenas da placa wireless na carcaça da tela do notebookIsso faz com que as placas Mini-PCI e Express Mini levem uma certa vantagem sobre as placas wireless PC Card ou USB em termos de recepção. As placas PC Card precisam ser muito compactas, por isso invariavelmente possuem uma antena muito pequena, com pouca sensibilidade. Por não terem as mesmas restrições com relação ao espaço, as antenas incluídas nos notebooks são maiores, o que garante uma conexão mais estável, com um alcance muito maior. Isso ajuda até mesmo na autonomia das baterias, já que é possível reduzir a potência do transmissor wireless.

A exceção fica por conta das placas PC Card com saídas para antenas externas, como esta Senao NL-2511CD da foto a seguir. Ela é uma placa 802.11b, que era muito usada para fazer wardriving durante o boom inicial das redes wireless, quando a maioria das redes wireless ainda eram desprotegidas, ou utilizavam o WEP, que podia ser quebrado rapidamente. Hoje em dia ela não teria muita utilidade, já que está limitada a 11 megabits e não oferece suporte a WPA:

Placa wireless PC-Card com duas saídas para antenas externasMuitos notebooks antigos, fabricados a partir de 2001/2002, que ainda não incluem placas wireless já possuem o slot mini-pci e a antena, permitindo que você compre e instale uma placa mini-pci, ao invés de ficar brigando com o alcance reduzido das placas PC-Card:

Conector para a placa wireless mini-PCI e detalhe com a conexão das antenasTemos em seguida as placas wireless USB, que devido à praticidade e baixo custo estão se tornando cada vez mais populares. O principal motivo é que elas são baratas e fáceis de instalar (basta plugar na porta USB) e você pode utilizar a mesma placa wireless tanto no desktop quanto no notebook.

Existem tanto placas com antena interna, como este modelo da Belkin, quanto com antenas externas destacáveis, como no modelo abaixo. Nesses casos é possível inclusive substituir a antena por outra de maior ganho, melhorando a recepção e permitindo que você se conecte a pontos de acesso muito mais distantes:

As placas com antena interna geralmente sofrem com uma recepção ruim, pois as antenas são simples trilhas na placa de circuito, que oferecem pouco ganho, como você pode ver na placa D-Link desmontada da foto abaixo:

As placas USB com antena externa são melhores, já que antena oferece um maior ganho e você pode ajustar a posição da antena para obter a melhor recepção, mas é preciso tomar cuidado ou comprar, pois existem casos de placas com antenas falsas, onde a antena externa é apenas um enfeite de plástico, que não é sequer conectado à placa. É o mesmo que acontece com muitos adaptadores Bluetooth.

Bluetooth

O Bluetooth é um padrão para redes PAN (personal area network), ou seja, uma rede de curta distância, usada para interligar celulares, palmtops e outros dispositivos de uso pessoal. Ele funciona como um "cable replacement", ou seja, uma tecnologia que permite interligar periféricos próximos, substituindo o uso de cabos. Ele é usado por um enorme número de celulares, sem falar de palmtops e outros dispositivos, incluindo fones, teclados e mouses.

A versão inicial do padrão foi desenvolvida por um consórcio composto pela Ericsson, IBM, Nokia, Toshiba e Intel e publicada em julho de 1999. Pouco depois, o Bluetooth foi adotado pelo IEEE, dando origem ao padrão 802.15.1. Isso reforçou a posição do Bluetooth como um padrão aberto e acelerou sua adoção, embora ele tenha sido ofuscado pelo crescimento do Wi-Fi, que ocupou muitos dos nichos aos quais o Bluetooth era destinado.

A principal vantagem do Bluetooth é o baixo consumo elétrico, o que permite que os transmissores sejam usados em dispositivos pequenos demais para comportar uma interface wireless, como no caso de um celular, headset, ou mesmo de um teclado ou mouse.

O uso de chips mais simples também faz com que os transmissores Bluetooth sejam bem mais baratos do que placas wireless Wi-Fi. Eles ainda não são muito comuns em notebooks e desktops montados, mas os adaptadores Bluetooth USB são bastante acessíveis.

Aqui temos um adaptador USB desmontado. Ele é composto de dois controladores simples, acompanhados por alguns diodos e resistores, um cristal de clock (instalado do outro lado da placa) e um led. Para simplificar o projeto, uma trilha na própria placa é usada como antena:

Existem também alguns modelos com antenas externas, como o modelo da Linksys à direita, mas o aumento no alcance devido ao uso da antena não é tão grande quanto pode parecer à primeira vista e a antena torna o transmissor maior e menos prático. Existem ainda alguns modelos de transmissores baratos, que utilizam antenas externas falsas, que nada mais são do que um tubo plástico oco, destinado a enganar os incautos.

Naturalmente, o baixo consumo e o baixo custo têm seu preço. O alcance é pequeno e a velocidade de transmissão é bastante baixa. O Bluetooth oferece uma velocidade bruta de 1 megabit, mas devido ao overhead do protocolo de comunicação, a velocidade real (bits úteis) é de apenas 721 kbits em modo assíncrono (o modo de transmissão menos confiável) ou 432 kbits em modo síncrono. Temos ainda mais uma certa perda devido a retransmissões de pacotes perdidos, ou corrompidos devido a interferência, o que faz com que, na prática, as taxas sejam ainda mais baixas.

A baixa velocidade do Bluetooth o torna muito lento para uso em redes, mas é suficiente para suas principais aplicações, que são a comunicação entre o PC e o celular (ou palmtop), transferindo imagens e pequenos arquivos e permitindo o uso de headsets, teclados e mouses. Dispositivos maiores utilizam redes Wi-Fi, de forma que os dois padrões acabam se complementando.

No Bluetooth 2.x (o padrão atual) a velocidade foi multiplicada por três, chegando a 3 megabits brutos através da mudança no padrão de modulação do GFSK (Gaussian frequency shift keying) para o PSK (phase shift keying), mas é preciso que os dois transmissores suportem o padrão, caso contrário a taxa cai para o 1 megabit do padrão original.

Existem dois tipos de adaptadores Bluetooth, que se diferenciam pela potência de transmissão. Os dispositivos classe 1 utilizam transmissores de 100 milliwatts, o que resulta em um alcance teórico de 100 metros, enquanto os dispositivos classe 2 utilizam transmissores de apenas 2.5 milliwatts, o que resulta em um alcance de apenas 10 metros.

Em ambos os casos, o número se refere a alcance em campo aberto. Como o sinal do Bluetooth é muito fraco, ele é atenuado rapidamente por obstáculos. O sinal pode ultrapassar uma parede fina de alvenaria, permitindo que você consiga acessar seu celular que esqueceu na sala ao lado, mas não espere nada muito além disso. De uma forma geral, você tem uma boa conexão apenas ao usar dois aparelhos dentro da mesma sala.

A maioria dos adaptadores USB destinados a micros PC utilizam transmissores classe 1, mas a maioria dos celulares e outros dispositivos pequenos utilizam transmissores classe 2, que oferecem um consumo elétrico mais baixo. A combinação dos dois não resulta em um alcance muito maior do que ao utilizar dois transmissores classe 2, pois pouco adianta um transmissor mais potente no PC, se ele não for capaz de captar o sinal emitido pelo outro dispositivo.

A rede formada entre os dispositivos Bluetooth é chamada de piconet (pico=pequena, net=rede) e é composta por um dispositivo central (master) e até 7 dispositivos subordinados (slaves), que são conectados a ele. É possível adicionar até 255 "parked nodes", que são dispositivos configurados para fazerem parte da rede, mas que não estão ativos no momento. Ou seja, você poderia conectar um grande número de aparelhos com Bluetooth ao PC ou a outro dispositivo central, desde que não usasse mais do que 7 deles ao mesmo tempo.

Dispositivos maiores, como palmtops e celulares podem ser configurados tanto em modo master quanto em modo slave, de acordo com a situação. O celular pode operar em modo master ao usar um teclado bluetooth e em modo slave ao ser acessado pelo PC, mas dispositivos menores, como teclados e headsets operam apenas em modo slave.

A segurança é garantida por um processo de autenticação, chamado de pairing, onde você define um código de acesso (passkey) que precisa ser digitado nos dispositivos para criar a conexão. O pairing é necessário apenas para fazer a conexão inicial, a partir daí a conexão se torna definitiva. Este sistema não é particularmente seguro, mas como o alcance dos transmissores Bluetooth é muito curto, ele é considerado aceitável.

Pairing em um Nokia E62O padrão Bluetooth prevê o uso de diversos "profiles", que são diferentes protocolos de comunicação, desenvolvidos de forma a atender diversos cenários de uso. Os cinco profiles mais usados são o HSP (Headset Profile), que é utilizado por headsets Bluetooth, o HID(Human Interface Device Profile), usado por teclados, mouses, joysticks e outros dispositivos de entrada, o FTP (File Transfer Profile), que permite transferir arquivos, o OPP (Object Push Profile) um protocolo de transferência de dados de uso geral, que pode ser usado para transferir contatos, fotos e outras informações e o DUN (Dial-up Networking Profile), que é usado por celulares para permitir o acesso à web através do PC.Cada profile faz com que o transmissor Bluetooth e o dispositivo do outro lado sejam vistos de forma diferente pelo sistema. No HSP, o headset é visto como uma placa de som remota, que permite o envio de streams de áudio. No HID o teclado ou mouse Bluetooth é visto pelo sistema como se fosse um dispositivo de entrada conectado a uma das portas USB do micro, enquanto no DUN o celular é visto pelo sistema como um modem ligado a uma porta serial, que é usado para "discar" para o provedor e, assim, estabelecer a conexão.

Existe ainda o PAN (Personal Area Networking), que usa uma camada de emulação para permitir o tráfego de pacotes Ethernet, de forma que o transmissor Bluetooth seja usado como uma interface de rede. É este profile que seria usado ao ligar dois PCs em rede via Bluetooth.Embora a velocidade de uma conexão Bluetooth seja satisfatória para tarefas leves, como compartilhar a conexão e transferir pequenos arquivos (desde que você não se importe com o limite de 721 kbits), o PAN é um profile pouco usado na prática, já que é muito mais fácil ligar dois micros usando um cabo cross-over, ou uma rede wireless ad-hoc, que são mais fáceis de configurar e oferecem uma velocidade maior.

Aqui temos dois exemplos de uso, transferindo arquivos usando o BlueSoleil (um gerenciador Bluetooth para o Windows, fornecido com a maioria dos adaptadores bluetooth USB) e acessando os contatos em um celular da Motorola, usando o KMobileTools no Linux:

Em se tratando de redes, o uso mais popular para o bluetooth atualmente é acessar a web usando o celular, usando o DUN. Antigamente, o tráfego de dados nas redes GPRS era extorsivamente caro e o acesso muito lento, mas com a introdução do EDGE e das redes 3G e o surgimento de planos voltados especificamente para o acesso à web, as velocidades melhoraram e o custo caiu, fazendo com que o acesso à web via celular se tornasse uma opção viável.

Existem no mercado vários modelos de modems EDGE ou EVDO em versão PC Card ou USB, mas na verdade você não precisa do modem, já que pode utilizar o próprio celular. Em modelos antigos você precisa encontrar o cabo apropriado (que muitas vezes demanda o uso de algum software proprietário de comunicação), mas nos modelos atuais você só precisa de um receptor bluetooth para o notebook. Desde que não existam obstáculos, o alcance do receptor pode chegar a 10 metros, o que permite que você deixe o celular perto da janela para melhorar a recepção em áreas rurais ou com pouco sinal. Veja detalhes de como configurar a conexão tanto no Windows quanto no Linux no próximo capítulo.

Concluindo, o Bluetooth opera na faixa de freqüência dos 2.4 GHz, que é a mesma usada pelas redes Wi-Fi. Para evitar interferência, o Bluetooth utiliza 79 canais distintos, cada um ocupando uma faixa de freqüência de 1 MHz, e alterna entre eles rapidamente (1600 vezes por segundo) usando uma sequência semi-aleatória, definida entre os dispositivos, diferente das redes Wi-Fi, que operam usando uma freqüência fixa. Com isso, a interferência continua existindo, mas é reduzida drasticamente, permitindo que redes Wi-Fi e transmissores Bluetooth operem no mesmo ambiente.