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A evolução do cabeamento

Atualmente, as redes Ethernet de 100 megabits (Fast Ethernet) e 1000 megabits (Gigabit Ethernet) são as mais usadas. Ambos os padrões utilizam cabos de par trançado categoria 5 ou 5e, que são largamente disponíveis, o que facilita a migração de um para o outro. As placas também são intercompatíveis: você pode perfeitamente misturar placas de 100 e 1000 megabits na mesma rede, mas, ao usar placas de velocidades diferentes, a velocidade é sempre nivelada por baixo, ou seja, as placas Gigabit são obrigadas a respeitar a velocidade das placas mais lentas.

Antes deles, tivemos o padrão de 10 megabits, que também foi largamente usado (e ainda pode ser encontrado em algumas instalações) e, no outro extremo, já está disponível o padrão de 10 gigabits (10G), mil vezes mais rápido que o padrão original. Tal evolução demandou também melhorias no cabeamento da rede.

As primeiras redes Ethernet utilizavam cabos thicknet, um tipo de cabo coaxial grosso e pouco flexível, com 1 cm de diâmetro. Um único cabo era usado como backbone para toda a rede e as estações eram conectadas a ele através de transceptores, também chamados de “vampire taps” ou “derivadores vampiros”, nome usado porque o contato do transceptor perfurava o cabo thicknet, fazendo contato com o fio central. O transceptor era então ligado a um conector AUI de 15 pinos na placa de rede, através de um cabo menor:

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Este era essencialmente o mesmo tipo de cabeamento utilizado no protótipo de rede Ethernet desenvolvido no PARC, mas continuou sendo usado durante a maior parte da década de 80, embora oferecesse diversos problemas práticos, entre eles a dificuldade em se lidar com o cabo central, que era pesado e pouco flexível, sem falar no custo dos transceptores.

Estas redes eram chamadas de 10BASE-5, sigla que é a junção de 3 informações. O “10” se refere à velocidade de transmissão, 10 megabits, o “BASE” é abreviação de “baseband modulation”, o que indica que o sinal é transmitido diretamente, de forma digital (sem o uso de modems, como no sistema telefônico), enquanto o “5” indica a distância máxima que o sinal é capaz de percorrer, nada menos do que 500 metros.

As redes 10BASE-5 logo deram origem às redes 10BASE-2, ou redes thinnet, que utilizavam cabos RG58/U, bem mais finos. O termo “thinnet” vem justamente da palavra “thin” (fino), enquanto “thicknet” vem de “thick” (espesso).

Nelas, os transceptores foram miniaturizados e movidos para dentro das próprias placas de rede e a ligação entre as estações passou a ser feita usando cabos mais curtos, ligados por um conector em forma de T. Ele permitiu que as estações fossem ligadas diretamente umas às outras, transformando os vários cabos separados em um único cabo contínuo:

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Nas duas extremidades eram usados terminadores, que fecham o circuito, evitando que os sinais que chegam ao final do cabo retornem na forma de interferência:

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Apesar da importância, os terminadores eram dispositivos passivos, bastante simples e baratos. O grande problema era que, se o cabo fosse desconectado em qualquer ponto (no caso de um cabo rompido, ou com mal contato, por exemplo), toda a rede saía fora do ar, já que era dividida em dois segmentos sem terminação. Como não eram usados leds nem indicadores de conexão, existiam apenas duas opções para descobrir onde estava o problema: usar um testador de cabos (um aparelho que indicava com precisão em que ponto o cabo estava rompido, mas que era caro e justamente por isso incomum aqui no Brasil) ou sair testando ponto por ponto, até descobrir onde estava o problema.

Temos aqui o conector BNC, incluindo a ponteira e a bainha, o conector T e o terminador, que, junto com o cabo coaxial, eram os componentes básicos das redes 10BASE-2:

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Os cabos podiam ser crimpados na hora, de acordo com o comprimento necessário, usando um alicate especial. A crimpagem consistia em descascar o cabo coaxial, encaixá-lo dentro do conector, crimpar a ponteira, de forma a prender o fio central e em seguida crimpar a bainha, prendendo o cabo ao conector BNC.

Assim como os alicates para crimpagem de cabos de par trançado que são vendidos atualmente, os alicates de crimpagem de cabos coaxiais não eram muito caros. Em 1997 você podia comprar um alicate simples por menos de 50 reais. Hoje em dia provavelmente custaria mais caro, já que poucas lojas ainda os comercializam:

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Descascador de cabos coaxiais (à esquerda) e alicate de crimpagem.

Apesar de ainda ser muito susceptível a problemas, o cabeamento das redes 10BASE-2 era muito mais simples e barato do que o das redes 10BASE-5, o que possibilitou a popularização das redes, sobretudo em empresas e escritórios. Se você tiver acesso a alguns micros 386 ou 486 antigos, é provável que encontre placas de rede que ainda incluem o conector AUI (para redes 10BASE-5), como essa:

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Esta placa da foto é uma placa ISA de 10 megabits, que além do conector AUI, inclui o conector BNC para cabos coaxiais thinnet e o conector RJ45 para cabos de par trançado atuais. Estas placas foram muito usadas durante o início da década de 90, o período de transição entre os três tipos de cabeamento. Naturalmente, apesar dos três conectores estarem presentes, você só podia utilizar um de cada vez. A vantagem era que você podia migrar dos cabos coaxiais para os cabos de par trançado trocando apenas o cabeamento, sem precisar trocar as placas de rede.

A única desvantagem das redes thinnet em relação às thicknet é que o uso de um cabo mais fino reduziu o alcance máximo da rede, que passou a ser de apenas 185 metros, o que de qualquer forma era mais do que suficiente para a maioria das rede locais. Por incrível que possa parecer, o obsoleto padrão 10BASE-5 foi o padrão Ethernet para fios de cobre com o maior alcance até hoje, com seus 500 metros. Apenas os padrões baseados em fibra óptica são capazes de superar esta marca.

Continuando, independentemente do tipo, os cabos coaxiais seguem o mesmo princípio básico, que consiste em utilizar uma camada de blindagem para proteger o cabo central de interferências eletromagnéticas presentes no ambiente. Quanto mais espesso o cabo e mais grossa é a camada de blindagem, mais eficiente é o isolamento, permitindo que o sinal seja transmitido a uma distância muito maior:

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Os cabos coaxiais a muito deram lugar aos cabos de par trançado, que são praticamente os únicos usados em redes locais atualmente. Além de serem mais finos e flexíveis, os cabos de par trançado suportam maiores velocidades (podem ser usados em redes de 10, 100 ou 1000 megabits, enquanto os cabos coaxiais são restritos às antigas redes de 10 megabits) e são ainda por cima mais baratos:

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Apesar disso, os cabos coaxiais estão longe de entrar em desuso. Além de serem usados nos sistemas de TV a cabo e em outros sistemas de telecomunicação, eles são usados em todo tipo de antenas, incluindo antenas para redes wireless. Até mesmo os conectores tipo N, tipicamente usados nas antenas para redes wireless de maior ganho são descendentes diretos dos conectores BNC usados nas redes 10BASE-2. Como pode ver, muitas tecnologias que pareciam ser coisa do passado, acabam retornando de formas imprevisíveis. 🙂

Existem diversas categorias de cabos de par trançado (como veremos em detalhes no próximo capítulo), que se diferenciam pela qualidade e pelas freqüências suportadas. Por exemplo, cabos de categoria 3, que são largamente utilizados em instalações telefônicas podem ser usados em redes de 10 megabits, mas não nas redes de 100 e 1000 megabits atuais. Da mesma forma, os cabos de categoria 5e que usamos atualmente não são adequados para as redes de 10 gigabits, que demandam cabos de categoria 6, ou 6a. Todos eles utilizam o mesmo conector, o RJ-45, mas existem diferenças de qualidade entre os conectores destinados a diferentes padrões de cabos.

Os sucessores naturais dos cabos de par trançado são os cabos de fibra óptica, que suportam velocidades ainda maiores e permitem transmitir a distâncias praticamente ilimitadas, com o uso de repetidores. Os cabos de fibra óptica são usados para criar os backbones que interligam os principais roteadores da Internet. Sem eles, a grande rede seria muito mais lenta e o acesso muito mais caro.

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Backbones de fibra óptica interligando países da Ásia.

Apesar disso, os cabos de fibra óptica ainda são pouco usados em redes locais, devido sobretudo à questão do custo, tanto dos cabos propriamente ditos, quanto das placas de rede, roteadores e demais componentes necessários. Apesar de tecnicamente inferiores, os cabos de par trançado são baratos, fáceis de trabalhar e tem resistido ao surgimento de novos padrões de rede.

Durante muito tempo, acreditou-se que os cabos de par trançado ficariam limitados às redes de 100 megabits e, conforme as redes gigabit se popularizassem eles entrariam em desuso, dando lugar aos cabos de fibra óptica. Mas a idéia caiu por terra com o surgimento do padrão de redes gigabit para cabos de par trançado que usamos atualmente.

A história se repetiu com o padrão 10 gigabit (que ainda está em fase inicial de adoção), que inicialmente previa apenas o uso de cabos de fibra óptica. Contrariando todas as expectativas, conseguiram levar a transmissão de dados em fios de cobre ao limite, criando um padrão de 10 gigabits para cabos de par trançado. Como demora pelo menos uma década para um novo padrão de redes se popularizar (assim foi com a migração das redes de 10 megabits para as de 100 e agora das de 100 para as de 1000), os cabos de par trançado têm sua sobrevivência assegurada por pelo menos mais uma década.

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Cabos de fibra óptica multimodo.

Continuando, temos as redes wireless, que possuem uma origem ainda mais antiga. Por incrível que possa parecer, a primeira rede wireless funcional, a ALOHAnet, entrou em atividade em 1970, antes mesmo do surgimento da Arpanet.

Ela surgiu da necessidade de criar linhas de comunicação entre diferentes campus da universidade do Havaí, situados em ilhas diferentes. Na época, a estrutura de comunicação era tão precária que a única forma de comunicação era mandar mensagens escritas de barco, já que, devido à distância, não existiam sequer linhas de telefone.

A solução encontrada foi usar transmissores de rádio amador, que permitiam que nós situados nas diferentes ilhas se comunicassem com um transmissor central, que se encarregava de repetir as transmissões, de forma que elas fossem recebidas por todos os demais. A velocidade de transmissão era muito baixa, mas a rede funcionava, o que era o mais importante.

Como todos os transmissores operavam na mesma frequência, sempre que dois nós tentavam transmitir ao mesmo tempo, acontecia uma colisão e ambas as transmissões precisavam ser repetidas, o que era feito automaticamente depois de um curto espaço de tempo. Este mesmo problema ocorre nas redes wireless atuais, que naturalmente incorporam mecanismos para lidar com ele.

Voltando aos dias de hoje, vinte e oito anos depois da ALOHAnet, as redes wireless se tornaram incrivelmente populares, pois permitem criar redes locais rapidamente, sem necessidade de espalhar cabos pelo chão. Além da questão da praticidade, usar uma rede wireless pode em muitos casos sair mais barato, já que o preço de centenas de metros de cabo, combinado com o custo da instalação, pode superar em muito a diferença de preço no ponto de acesso e nas placas.

Existem dois tipos de redes wireless. As redes em modo infra-estrutura são baseadas em um ponto de acesso ou um roteador wireless, que atua como um ponto central, permitindo a conexão dos clientes. As redes ad-hoc por sua vez são um tipo de rede mesh, onde as estações se comunicam diretamente, sem o uso de um ponto de acesso. Embora tenham um alcance reduzido, as redes ad-hoc são uma forma prática de interligar notebooks em rede rapidamente, de forma a compartilhar a conexão ou jogar em rede. Como todos os notebooks hoje em dia possuem placas wireless integradas, criar uma rede ad-hoc pode ser mais rápido do que montar uma rede cabeada.

O alcance típico dos pontos de acesso domésticos são 33 metros em ambientes fechados e 100 metros em campo aberto. Apesar disso, é possível estender o sinal da rede por distâncias muito maiores, utilizando pontos de acesso e placas com transmissores mais potentes ou antenas de maior ganho (ou ambas as coisas combinadas). Desde que exista um caminho livre de obstáculos, não é muito difícil interligar redes situadas em dois prédios diferentes, a 5 km de distância, por exemplo.

Por outro lado, o sinal é facilmente obstruído por objetos metálicos, paredes, lajes e outros obstáculos, além de sofrer interferência de diversas fontes. Devido a isso, você deve procurar sempre instalar o ponto de acesso em um ponto elevado do ambiente, de forma a evitar o maior volume possível de obstáculos.

Se a idéia é permitir que seu vizinho da frente capte o sinal, então o melhor é instalar o ponto de acesso perto da janela, caso contrário o ideal é instalá-lo em uma posição central, de forma que o sinal se propague por todo o ambiente, oferecendo uma boa cobertura em qualquer parte da casa, ou do escritório, ao mesmo tempo em que pouco sinal vaze para fora.

O primeiro padrão a se popularizar foi o 802.11b, que operava a apenas 11 megabits. Ele foi seguido pelo 802.11g, que opera a 54 megabits e pelo 802.11n, que oferece até 300 megabits. Apesar disso, as redes wireless trabalham com um overhead muito maior que as cabeadas, devido à modulação do sinal, colisões e outros fatores, de forma que a velocidade real acaba sendo um pouco menos da metade do prometido. Além disso, a velocidade máxima é obtida apenas enquanto o sinal está bom e existe apenas um micro transmitindo. Conforme o sinal fica mais fraco, ou vários micros passam a transmitir simultaneamente, a velocidade vai decaindo. É por isso que algumas redes wireless acabam sendo tão lentas.

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