Os Ciclos de Vida do Cabeamento e as Leis das Comunicações em Redes

Os avanços tecnológicos da eletrônica empregada nos equipamentos ativos de redes atingidos nos últimos anos mudou o tempo de vida útil dos sistemas de cabeamento de um período de 10 a 15 anos para algo em torno de 5 a 7 anos. Os usuários que optarem por instalar tecnologias antigas de sistemas de cabeamento, como por exemplo, sistemas de Categoria 5 ou 5e, perderão, muito provavelmente, o ciclo de vida de seu investimento. Desta forma, o que você prefere: pagar um pouco mais hoje por um sistema de cabeamento Categoria 6 (ou superior) maximizando seu investimento ou pagar menos agora e encarar o custo da reinstalação amanhã?

Um sistema de cabeamento estruturado baseado em padrões deve ser capaz de atender às aplicações de rede por 10 a 15 anos ou de 2 a 5 gerações de equipamentos ativos. O orçamento alocado para TI (Tecnologia da Informação) ultimamente tem sido cada vez mais reduzido e a área mais prejudicada acaba sendo a infra-estrutura de cabeamento, forçando os gerentes de TI a investir menos (e errado) agora em cabeamento, para mais tarde pagarem mais na reinstalação. As conseqüências por se adotar uma postura de pagar no futuro são ciclos de vida menores dos sistemas de cabos, assim como o aumento dos custos com este item devido ao recabeamento por problemas técnicos que comprometem o desempenho do canal aumento do tempo gasto em pesquisa de defeitos na rede, administração e a necessaidade de investir em equipamentos ativos mais sofisticados e caros para compensar a deficiência de sistemas de cabeamento de baixo nível de desempenho.

Há no mercado muitos diagramas, teoremas e esquemas utilizados para mostrar o crescimento do uso das tecnologias de redes e informática. A primeira e mais conhecida de todas é a "Lei de Moore", que sustenta a tese de que a capacidade de processamento dos computadores, ou o número de transistores dentro de um chip de Silício de um microprocessador, dobra a cada 18 meses, ou conseqüentemente, que a velocidade dos computadores dobra a cada 18 meses. Gordon Moore, o fundador da Intel, fez sua famosa observação em 1965, apenas quatro anos após o desenvolvimento do primeiro circuito integrado com tecnologia plana. Os diagramas apresentados na Figura 1 (a e b) mostram a progressão da quantidade de transistores construídos dentro dos chips dos microprocessadores e conseqüentemente os avanços em termos de velocidade de processamento. Isto é necessário, em parte devido a observação de Bill Gates (um dos fundadores da Microsoft), que diz que a velocidade das aplicações aumenta à taxa de 50% a cada 18 meses. Assim, para se ter a mesma velocidade equivalente, o processador deve manter-se em fase com os avanços das aplicações que oferecem funcionalidade aumentada enquanto preservam a mesma velocidade relativa das aplicações anteriormente lançadas.

Esta lei aplica-se não somente aos microprocessadores, mas também a outros circuitos integrados tais como aqueles usados em equipamentos de redes que adicionam capacidades ao processamento dos computadores pessoais e aumentam o throughput dos switches e outros equipamentos ativos da rede. A indústria de semicondutores considera que quanto menor o tamanho do chip, maior é a velocidade potencial de processamento. Quanto maior a escala de integração dentro de um chip, maior seu potencial de processamento. As placas de rede Ethernet que, icicialmente, tinham mais ou menos dez circuitos integrados em seu hardware agora contam com um único circuito integrado capaz de desempenhar todas as funções necessárias para a comunicação em uma rede Ethernet.

Robert Metcalf, fundador da 3Com e um dos desenvolvedores do padrão Ethernet, também propôs um teorema amplamente aceito entre os profissionais de redes e informática. A "Lei de Metcalf" estabelece que o "valor" ou "importância" de uma rede aumenta à uma proporção igual ao quadrado do número de nós de uma rede.

Em outras palavras, se você tiver quatro nós, ou quatro computadores em uma rede, por exemplo em um pequeno escritório, seu "valor" será 16. Se você adicionar um nó ou computador à esta rede, seu valor agora será "25". Expandindo este conceito para a Internet vemos que o número de usuários da grande rede, de acordo com o Bureau of Labor Statistics, era de aproximadamente 2,5 milhões no início dos anos 90, entre computadores terminais e servidores. Em 1997, este número subiu para 25 milhões. Em 2002, o número de usuários da Internet era de cerca de 605 milhões. Para cada novo nó, cada novo PC conectado à Internet, há uma expansão nas capacidades da rede e de cada usuário em em termos de possibilidades de acesso e obtenção de informações. Da mesma forma, se um único servidor falhar, o impacto causado por esta falha nos negócios e nas pessoas que dependerem dele, será muito maior que seu preço de aquisição; este é o conceito da "Lei de Metcalf". O mesmo ocorre com o cabeamento em uma rede corporativa.

A Progressão da Largura de Banda

Uma outra teoria relevante é a "Lei de Parkinson" de armazenamento de dados. O Dr. Cyril Northcote Parkinson propôs a teoria de que os dados irão aumentar de acordo com a capacidade de armazenamento disponível. Aplicando-se a "Lei de Moore", nós também podemos concluir que o espaço de armazenamento e a capacidade de processamento dobram a cada 18 meses. Especialistas em redes e informática prevêm que até o final do século 21 haverá um Terabyte ( bytes) de dados armazenados para cada pessoa no planeta. Uma outra observação notável feita por Parkinson é expressa pela "Lei de Absorção de Largura de Banda" que estabelece que o tráfego de uma rede tende a expandir-se até ocupar a largura de banda total disponível do meio de transmissão.

As necessidades de largura de banda de uma rede aumentam com o aumento do número de conexões e a medida que as aplicações se tornam mais exigentes e demandam mais largura de banda. A habilidade de sua infra-estrutura suportar uma capacidade maior e velocidades mais altas torna-se fundamental para a qualidade de serviço. As redes não podem mais ser pensadas em termos de servidores de arquivos e de impressão. O protocolo IP (Internet Protocol) agora lida com voz, telefonia, comandos de armazenamento de hardware, vídeo, automação e controle de edifícios e comandos de falhas de roteadores e switches e uma gama completa de outros serviços em forma nativa ou encapsulados em uma estrutura de "pacotes".

A largura de banda que era consumida pelos requisitos dos usuários tem sido dividida para permitir serviços adicionais deixando o usuário final com menos largura de banda que a necessária. O throughput real para a maioria das conexões em redes está geralmente entre um terço e a metade da taxa de transferência nominal da porta do equipamento ativo dependendo do número de usuários. Por exemplo, uma porta que opera a 100 Mb/s pode entregar apenas 30 a 50 Mb/s de taxa de transmissão de dados real. Se o canal (cabeamento) é deficiente ou há problemas de hardware que causam retransmissões freqüentes, este número será reduzido significativamente.

Na Figura 2 pode-se observar a progressão das taxas de transmissão de dados em redes ao longo dos anos. Com o aumento da largura de banda disponível, as necessidades de novas aplicações tais como vídeo completo (full-motion), convergência

de voz e dados, sistemas de segurança e automação de edifícios , data centers e backbone estão se aproximando do limite do que uma rede a 1 Gb/s pode oferecer.

Em junho de 2002, o padrão 802.3ae para 10 Gb/s sobre fibras ópticas foi finalizado e a aplicação a 40 Gb/s está em desenvolvimento atualmente. O IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) autorizou um projeto de norma para padronizar o 10GBASE-T (10 Gigabit Ethenet sobre cobre) em um canal com quatro conexões, com cabos de pares trançados em 100 m de comprimento. O primeiro draft deste padrão é esperado ainda para 2004 e a finalização dos trabalhos (e publicação da nova norma, a 802.3an) deve acontecer por volta de junho de 2006. Um padrão para 10 Gb/s sobre cobre já existe para tratar das necessidades de transmissão de dados em data centers - o 10GBASE-CX4 (802.3ak) que especifica a transmissão a 10 Gb/s sobre cabos twinax (blindados), porém com comprimento máximo de canal de 15 m. Uma observação interessante é que esta distância foi praticamente dobrada com um canal TERAT usando a tecnologia de chip existente com uma redução de custo significativa em relação aos cabos twinax. Dois conectores TERAT Categoria 7/Classe F da SIEMON cabem nos slots XPAK e X2 - MSA (Multisource Agreement) que permitem um upgrade simples para 10 G Ethernet por meio de módulos hot swap. As MSAs definem níveis de desempenho, interfaces, dimensões físicas e condições ambientais para os módulos que oferecem soluções 10G de baixo custo para distâncias estendidas. Enquanto o padrão CX4 para data centers especifica distâncias curtas o cabeamento Categoria 7/Classe F está apto a suportar 10 Gigabit Ethernet sobre um canal completo com quatro conexões em um comprimento de 100 m.

A Física da Transmissão de Informações

A parada de uma rede, a perda de produtividade e os ciclos de vida do sistema são todos diretamente afetados pela capacidade de transmissão do sistema de cabeamento. A obtenção do máximo de desempenho de seu equipamento ativo também depende das características de transmissão do sistema de cabeamento. De fato, muitos fabricantes de ativos terão como requisito de meio físico um sistema de cabeamento com desempenho mínimo, porém recomendarão um sistema de nível de desempenho superior da mesma forma que os fabricantes de software têm requisitos mínimos e recomendados em termos de hardware para rodar seus programas. Sabemos, porém, que quanto maiores as capacidades dos computadores nos quais um mesmo software será utilizado, melhor será seu desempenho. As razões por trás destas recomendações estão associadas à física da transmissão de informações.

Como as velocidades de processamento aumentam, a necessidade por largura de banda também aumenta. Isto quer dizer que a transmissão dos sinais requer uma banda de freqüências mais ampla. Claude E. Shannon, autor de "A teoria matemática da comunicação" definiu a capacidade de canal de Shannon, também conhecida como a "Lei de Shannon" ou "Teorema de Shannon", que demonstra os limites da capacidade de um enlace (expressa em bits por segundo) como função da relação sinal ruído de um dado canal de transmissão. Em outras palavras, a quantidade de informação que uma linha de transmissão pode suportar diminui com o aumento do ruído no canal e com a redução da potência do sinal transmitido. Há muitos tipos de ruído desde aqueles gerados pelo próprio sistema ou meio físico àqueles gerados por fontes externas.

Sistemas Categoria 6/Classe E oferecem uma largura de banda duas vezes maior que sistemas Categoria 5e/Classe D em termos de PS-ACR (PowerSum-Attenuation to Crosstalk Ratio ou Relação Atenuação Paradiafonia, PowerSum); um indicador da imunidade do canal a ruído por diafonia (crosstalk) gerado internamente. A relação sinal ruído de um canal de transmissão pode ser melhorada ainda mais com o uso de sistemas de cabeamento blindados que são capazes de proteger o sistema de ruídos gerados por fontes externas. Quando nos referimos a ruído externo, de forma genérica, estamos nos referindo ao ruído de alta intensidade comumente presente em ambientes de chão-de-fábrica e onde há equipamentos de radiologia, por exemplo. Como as taxas de transmissão estão cada vez mais altas e os sinais ocupam uma ampla faixa de freqüências, outras fontes de ruído podem ser relevantes. Até agora muitos destes tipos de ruídos que são comuns em ambientes comerciais típicos têm sido considerados insignificantes ou "benignos". Um tipo específico de ruído externo, o alien crosstalk (ANEXT) é causado pelo acoplamento entre canais adjacentes de cabos diferentes em sistemas de cabeamento estruturado. Embora a amplitude do alien crosstalk seja normalmente inferior à amplitude da interferência por paradiafonia (NEXT, Near End Crosstalk) dentro de um cabo, seu efeito sobre a capacidade do canal é importante porque é mais difícil reduzir-se o ANEXT através das técnicas de processamento digital de sinais comumente usadas em equipamentos ativos hoje em dia; que são eficientes para a redução ou cancelamento da paradiafonia.

Sistemas de cabeamento ScTP (Screened Twisted Pair) têm uma blindagem geral em forma de malha ou folha metálica que não apenas melhora a imunidade destes sistemas a fontes externas de ruído, incluindo o alien crosstalk, mas também reduz a

Sistemas de cabeamento ScTP (Screened Twisted Pair) têm uma blindagem geral em forma de malha ou folha metálica que não apenas melhora a imunidade destes sistemas a fontes externas de ruído, incluindo o alien crosstalk, mas também reduz a intensidade com a qual os sinais dentro do cabo irão interferir com outros sinais presentes em cabos adjacentes ou provenientes de fontes externas de ruído.

Sistemas Categoria 7/Classe F oferecem um nível ainda melhor de desempenho. A ISO/IEC aprovou a segunda edição da norma 11801 complementada com as normas IEC 61076-3 e IEC 60603-7-7 tornando os sistemas Categoria 7/Classe F, incluindo a solução TERAT da SIEMON, uma interface especificada e reconhecida. A Categoria 7/Classe F utiliza cabos PiMF (Pairs in Metal Foil, Pares em Folha Metálica), às vezes referidos como S/FTP, em que cada par individual é envolvido por uma blindagem em forma de folha, junto com uma malha de blindagem geral em torno dos quatro pares, então blindados. Os pares individualmente blindados praticamente eliminam a diafonia entre pares dentro do mesmo cabo e juntamente com a malha de blindagem oferecem uma imunidade a ruído que é tipicamente melhor que aquela oferecida pelos cabos ScTP, apresentados anteriormente.

Espera-se que o padrão 10GBASE-T, em desenvolvimento, use sistemas Categoria 6 augmented/Classe E augmented com o objetivo de suportar canais com comprimento de 55 a 100 metros. A capacidade de transmissão de dados aumentada está diretamente relacionada à habilidade do cabeamento e dos equipamentos ativos de cancelar o ruído no canal, como por exemplo a diafonia e a perda de retorno. Uma vez que o alien crosstalk não pode ser cancelado usando-se a mesma tecnologia de processamento digital de sinais, o comprimento do canal dependerá de sua habilidade de cancelar o alien crosstalk. Devido ao alien crosstalk não ser um fator em sistemas blindados (ScTP e S/FTP), a Categoria 6/Classe E blindada e a Categoria 7/Classe F que estão disponíveis hoje podem oferecer um suporte robusto a transmissão de 10 Gb/s sobre um canal de 100 metros, com quatro conexões.

Como pode-se observar na Figura 3, quanto maior o cancelamento de ruído, maior a a taxa de transmissão de dados.

Ao contrário dos cabos de cobre, os canais de fibra não sofrem devido aos tipos de ruído que desafiam o cabeamento de cobre, principalmente porque os problemas associados com a transmissão de fótons são únicos. Assim, os canais de fibra têm outras propriedades que podem melhorar ou limitar o desempenho do sistema. A perda de inserção e o ruído são as principais preocupações em sistemas de cabeamento de cobre para a transmissão de sinais. A perda de luz, ou a habilidade de acomodar todos os modos de transmissão tais como aqueles que chegam como sinais coerentes ao receptor são os tipos de questões que mantêm os engenheiros especializados em fibras ópticas buscando novas soluções. A fibra é ideal para a transmissão de sinais a altas taxas de bits sobre longas distâncias, mas esta capacidade chega a um alto custo devido ao alto custo dos transmissores e receptores ópticos. As propriedades do vidro e a conectividade continuam sendo os fatores principais na habilidade de um sistema de fibra suportar aplicações de gerações futuras de comunicações em redes operando a altas taxas de transmissão.

Indo Além dos Padrões

Os padrões da indústria não são escritos da noite para o dia. Muitas empresas participam e questões técnicas são tratadas para assegurar que implementações permitidas de sistemas de cabeamento irão entregar um desempenho que atenda ou exceda os requisitos mínimos especificados. Há troca de informações entre diferentes organismos normalizadores para que a interoperabilidade e funcionalidade sejam asseguradas. O IEEE usa grupos ad-hoc de cabeamento, relatórios de fabricantes de cabos e serviços de intercâmbio de informações com a TIA e ISO no desenvolvimento de seus padrões. A SIEMON participa destes organismos de padronização e investe uma parte significativa de seus recursos em pesquisa e desenvolvimento, engenharia e laboratório para suportar o desenvolvimento de padões. Este compromisso com o desenvolvimento global de padrões oferece aos nossos usuários finais a garantia de que nossos sistemas não somente atendem, como também excedem os requisitos dos padrões por antecipar as necessidades das aplicações que estão em desenvolvimento.

Os clientes podem lidar com o marketing excessivo e minimizar seus riscos no processo de seleção de seus sistemas de cabeamento seguindo regras simples. Procure por sistemas que excedam confortavelmente os requisitos das normas mais atuais. Estes sistemas não somente oferecerão os benefícios associados a um melhor nível de desempenho, como também, quando houver alguma mudança nas normas, estes sistemas provavelmente atenderão a estas mudanças, bem como a eventuais parâmetros adicionais ou novos níveis de desempenho. Um sistema com garantia estendida com o propósito de suportar as aplicações existentes e as futuras oferece um nível de confiabilidade que pode aumentar seu custo inicial porém que se pagará ao longo do tempo.

Conforme mencionado anteriormente, o IEEE identificou a necessidade de parâmetros de desempenho melhorados para a Categoria 6/Classe E para permitir a implementação de aplicações a 10 Gb/s. Os parâmetros de desempenho estendido irão requerer um sistema que seja capaz de oferecer uma largura de banda de 500 MHz. A solução 10G ip da SIEMON é a primeira do mercado a oferecer uma largura de banda de 625 MHz (bem acima dos 500 MHz mínimos necessários) para garantir a aplicação de 10 Gb/s em cobre. Nossa solução 10G ip também está disponível para sistemas de cabeamento óptico com garantia de aplicações a 10 Gb/s. A SIEMON oferece o melhor nível de desempenho do mundo em cada produto que desenvolve e entrega ao mercado e a mais ampla linha de produtos 10G disponível consistindo em sistemas de cabeamento blindado (ScTP), sem blindagem (UTP), totalmente blindado (S/FTP), bem como sistemas ópticos com fibras multimodo e monomodo.

Blindar ou não Blindar?

Inicialmente, a maioria das conexões em redes eram blindadas. Como as concessionárias de serviços de telecomunicações entraram no mercado de cabeamento, as redes foram adaptadas por meio de baluns (conversores de meios balanceados em meios desbalanceados) para permitir que sinais balanceados pudessem rodar sobre meios físicos tipicamente usados em sistemas desbalanceados. Os equipamentos ativos foram então desenvolvidos para utilizar sistemas de cabeamento de pares trançados balanceados sem blindagem eliminando a necessidade de baluns. Vale mencionar que o cabo coaxial é um meio físico desbalanceado. A blindagem está se tornando importante em ambientes em que há níveis de ruído importantes e também para sistemas com requisitos de grande largura de banda. Por exemplo, sistemas blindados são preferidos em redes industriais devido ao ruído extremo como aquele gerado por motores, servomecanismos, transformadores e outros equipamentos e sistemas de alta potência.

Sistemas blindados representam uma solução mais robusta para 10GBASE-T porque a blindagem reduz significativamente a interferência devido ao ruído de fontes externas incluindo o alien crosstalk que se torna um fator adicional importante em sistemas de altas taxas de transmissão e que operam em freqüências altas.

Os sistemas blindados têm mudado de forma significativa quando comparados àqueles inicialmente usados em redes de computadores. O cabo é muito menor e mais fino, de manuseio mais fácil e os conectores oferecem a habilidade de terminar a blindagem automaticamente, ou seja, a terminação da blindagem é feita de forma natural e muitas vezes sem a necessidade de ferramentas especiais. Com estes avanços o tempo de instalação de sistemas blindados é comparável àquele de sistemas UTP quando a instalação é feita por um profissional treinado e qualificado. Para informações adicionais sobre a terminação de sistemas blindados, visite nosso web site em www.siemon.com/us/installation_instructions.

Primeiros no Mercado

A SIMEON foi a primeira empresa no mercado a entregar uma linha completa de hardware de conexão Categoria 6 em novembro de 1998. Por nossa participação ativa no desenvolvimento de normas da indústria, nós conhecemos os limites de desempenho propostos para a Categoria 6 e soubemos que nossos produtos excediam estes limites. Enquanto os concorrentes faziam lobby no sentido de baixar o nível dos requisitos da norma, a SIEMON oferecia uma garantia de que seu sistema estaria em conformidade com o padrão final ratificado (o que ocorreu apenas 2003). Hoje, estamos em posição similar em relação ao desenvolvimento do 10GBASE-T (10 Gigabit Ethernet sobre cobre).

A SIEMON também desenvolveu a primeira linha comercialmente disponível de uma interface não-RJ45 para Categoria 7/Classe F, aprovada pela ISO, em 1999. O conector TERA da SIEMON pode entregar 1,2 GHz de largura de banda por par, o dobro da requerida pela norma da Categoria 7/Classe F. Este conector inovador permite que um cabo de quatro pares seja dividido em múltiplas configurações e aplicações por meio do uso de patch cords de 1, 2 ou 4 pares oferecendo, assim, uma solução melhorada e capaz de reduzir os custos de implementação de diferentes aplicações sobre o mesmo canal de cobre. Como exemplo, um cabo poderia rodar uma aplicação 10/100 Mb/s, um telefone e ainda ter um par disponível para vídeo. No caso de VoIP, um segmento de cabo poderia rodar uma aplicação 10/100 Mb/s com os outros pares fornecendo alimentação elétrica e serviços de dados ao telefone. Com uma capacidade de canal cinco vezes superior à mínima exigida para sistemas Categoria 6/Classe E, a solução TERA é atualmente a mais versátil e robusta em cobre do mercado.

Garantir a operação de um sistema 10GBASE-T irá requerer uma capacidade Shannon de canal de pelo menos 18 Gb/s. Esta capacidade teórica baseia-se em considerações de tecnologias já estabelecidas, como aquelas implementadas por aplicações 1000BASE-T. O maior desafio em sistemas UTP é a supressão do ruído por alien crosstalk. De acordo com o grupo de estudo IEEE 802.3an (10GBASE-T) este desafio técnico tem limitado a distância total do canal para sistemas UTP Categoria 6/Classe E baseados em padrões em cerca de 55 a 100 m. A habilidade de suprimir o ruído causado por alien crosstalk a níveis mais baixos tem permitido às soluções blindadas 10G e TERA da SIEMON garantir facilmente esta capacidade sobre canais de 100 m com 4 conectores.

Recentes desenvolvimentos do grupo de estudo do 10GBASE-T têm demonstrado que é viável estabelecer comunicações a taxas de transmissão de 10 Gb/s com uma capacidade Shannon de canal inferior a 18 Gb/s. A capacidade técnica de combinação de códigos mais complexos de canais (tais como verificação de paridade de baixa densidade - LDPC, Low Density Parity Check) e componentes de cabeamento UTP de maior desempenho permitirão as aplicações a 10 Gb/s operar sobre um canal de 100 m. Pela antecipação destes requisitos, a solução 10G 6 UTP da SIEMON oferece uma capacidade de canal inigualável capaz de tirar o máximo da tecnologia dos chips desenvolvidos para transmissões a 10 Gb/s atendendo aos comprimentos e topologias especificados nas normas.

Conclusão

De acordo com Moore, Metcalf e Parkinson sabemos que a capacidade dos computadores, armazenamento e largura de banda continuará crescendo exponencialmente. Em resumo, os servidores de hoje se tornarão os desktops de amanhã. Alguns podem pensar que aplicações 10 Gigabit Ethernet não serão vistas em desktops tão cedo, mas apenas cinco anos atrás, o mesmo ocorreu em relação ao Gigabit Ethernet.

A tecnologia de redes continuará avançando. O sistema de cabeamento é tipicamente inferior a 5% de todo o investimento em uma rede e suporta, ainda, o investimento feito em sua rede completa. Instale o melhor sistema de cabeamento hoje para proteger seu investimento e maximizar o ciclo de vida útil de seu cabeamento. A solução 10 G ip da SIEMON oferece o melhor desempenho por meio de uma gama completa de produtos e sistemas preparados para 10G em UTP e ScTP (linha 10G 6), Categoria 7/Classe F (linha TERA) e fibra (linha XGLO). A SIEMON está no mercado há mais de 100 anos e é especializada na fabricação e inovação de sistemas de cabeamento de alta qualidade e alto desempenho. Que outro fabricante de sistemas de cabeamento você gostaria de ter para a fundação de sua rede e para o sucesso de seu negócio?

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