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Projeto de Redes
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:: Sistemas Estruturados em Redes de Computadores

José Mauricio dos Santos Pinheiro em 06/01/2005

 

As redes de computadores atuais caracterizam-se tanto pela especificidade e variedade das alternativas tecnológicas disponíveis quanto pelos sistemas de comunicação e requisitos necessários em termos de confiabilidade e capacidade dos meios de transmissão.

A implantação de um tipo particular de topologia de rede para dar suporte a um dado conjunto de aplicações não é uma tarefa tão simples. Cada arquitetura possui características que afetam sua adequação a uma aplicação em particular.

Objetivos

Independente do tamanho e do grau de complexidade, o objetivo básico de uma rede de computadores é garantir que todos os recursos de informação sejam compartilhados rapidamente, com segurança e de forma confiável. Para tanto, a rede deve possuir meios de transmissão eficientes, regras básicas (protocolos) e mecanismos capazes de garantir o transporte das informações entre os seus elementos constituintes.

A operacionalização de uma rede de computadores tem como objetivos básicos prover a comunicação confiável entre os vários sistemas de informação, melhorar o fluxo e o acesso às informações, bem como agilizar a tomada de decisões administrativas facilitando a comunicação entre seus usuários.

Arquiteturas modulares

Nenhuma solução para a infra-estrutura de uma rede de computadores pode ser classificada como definitiva quando analisada em um contexto geral. Muitos atributos devem ser cuidadosamente observados o que torna qualquer comparação bastante difícil e complexa. Em muitos casos deve-se dar preferência pelas soluções modulares.

A modularidade de uma rede pode ser caracterizada como sendo o grau de alteração de desempenho e de funcionalidades que esta rede pode experimentar devido a mudanças no seu projeto original. Dentre os benefícios que as arquiteturas modulares oferecem estão as facilidades para modificações das funções lógicas dos elementos de hardware, que permitem sua substituição independente da sua relação com outros elementos.

Além disso, um sistema modular oferece ainda a facilidade para crescimento no que diz respeito às configurações, permitindo melhorias de desempenho e funcionalidade e um baixo custo para ampliações e mudanças de layout.

Considerações para projetos

Um ponto que deve ser observado na implantação de uma rede de computadores é a sua facilidade de uso e manutenção, tanto para os usuários da rede quanto para seus administradores. Esta deve possuir um conjunto básico de componentes e ferramentas capazes de oferecer os serviços necessários com qualidade para seus usuários, mas também facilidades para viabilizar a adição de novos equipamentos e manutenção do sistema como um todo para os seus administradores.

Para facilitar a sua implementação, o projeto de uma rede de computadores pode ser dividido basicamente em duas etapas: o projeto físico e o projeto lógico. O projeto físico refere-se à topologia física da rede propriamente dita, composta pelos meios de comunicação (que podem ser pares metálicos, fibras ópticas, rádio enlaces, etc), pelos dispositivos de rede (placas de rede, switches, hubs, roteadores, etc), pelos próprios computadores e demais elementos constituintes do hardware.

Já o projeto lógico diz respeito à topologia lógica das partes físicas, ou seja, o conjunto de regras que permitem o funcionamento de todo o conjunto do hardware de rede. Assim, o projeto lógico trata do conjunto dos recursos que os usuários vêem quando estão utilizando a rede, tais como espaço em disco rígido, impressoras e aplicativos aos quais um computador tem acesso quando está conectado na rede.

Confiabilidade

Uma rede bem dimensionada é caracterizada pela capacidade de suportar todas as aplicações para as quais foi projetada inicialmente, bem como aquelas que futuramente possam surgir. Não deve ser vulnerável à tecnologia, ou seja, seu projeto deve prever a utilização de novos recursos, sejam novas estações, novos padrões de transmissão, novas tecnologias, etc. A qualidade e eficiência da rede têm relação direta com o seu projeto, com as operações realizadas entre suas estações, com sua confiabilidade e seu custo operacional.

A confiabilidade de uma rede pode ser medida, por exemplo, em termos do tempo decorrido entre falhas que aconteçam durante seu funcionamento e também por sua capacidade de recuperação. Na ocorrência de defeitos, a rede deve ser tolerante a falhas causadas por hardware e/ou software, de forma que tais falhas causem apenas uma alteração momentânea no seu funcionamento.

Para o caso de problemas mais graves, a rede deve possuir dispositivos de redundância que sejam automaticamente acionados tão logo ocorra uma falha ou esta seja detectada. O ideal é que a rede seja capaz de continuar operando mesmo com a presença de falhas, embora com um desempenho menor.

Custo X Desempenho

No projeto de um ambiente de uma rede de computadores, a associação dos diversos dispositivos eletrônicos durante a elaboração do projeto físico compreende a consideração de diversos aspectos importantes como distâncias, escolha do meio, definição de infra-estrutura de dutos, desempenho do sistema, localização das estações, etc, que possuem influência direta no custo final da rede a ser implantada.

O custo de uma rede pode ser dividido entre o custo das estações de processamento (computadores, servidores, etc), o custo das interfaces com o meio de comunicação e o custo do próprio meio de comunicação. Do custo das conexões e interfaces dependerá muito o desempenho que se espera da rede. Redes de baixo a médio desempenho usualmente empregam poucas estações com um baixo througput (a quantidade de dados transmitida em uma unidade de tempo). Com isso, as interfaces e conexões normalmente são de baixo custo devido as suas limitações e aplicações. Redes de alto desempenho (alto througput), requerem interfaces e conexões de custos mais elevados devido em grande parte aos protocolos de comunicação utilizados e ao meio de comunicação que exige uma maior eficiência no controle de erros.

Sistemas de cabeamento estruturado

Uma das finalidades mais simples de uma rede é o compartilhamento de informações entre dois ou mais usuários. Entretanto, podem ser necessários compartilhamentos mais complexos e com grande tráfego de informações e, conseqüentemente, redes com diversos níveis de complexidade.

Ainda é comum a prática de se improvisar sistemas de cabeamento para a interligação dessas redes sem existir um planejamento e estudos prévios. O cabeamento é normalmente instalado ao acaso, sem a observação de técnicas específicas. Nesses casos, um novo ponto de rede deve ser instalado cada vez que se deseja utilizar uma nova aplicação ou quando ocorrem mudanças de layout dentro da edificação.

Um cabeamento de rede realizado sem critérios técnicos poderá até funcionar bem inicialmente. No entanto, uma documentação com poucos detalhes, a utilização de equipamentos e acessórios de procedência duvidosa e implantação executada por pessoal técnico não qualificado sujeitarão a infra-estrutura da rede a problemas freqüentes de difícil localização e solução, criando dificuldades para o gerenciamento e mesmo para expansão futura.

Finalidade do cabeamento estruturado

O conceito de Sistema de Cabeamento Estruturado surgiu com o objetivo de criar uma padronização do cabeamento dentro de edificações comerciais e residenciais, independente das aplicações. Analogamente ao sistema elétrico de uma residência ou prédio comercial, proporciona ao usuário a utilização de computadores, telefones, câmeras de vídeo, etc. de maneira simples e organizada.

A utilização de sistemas estruturados no projeto de redes de computadores torna possível conectar, em um mesmo ponto de ligação, computadores, sistemas de telefonia e de alarme, sistemas de distribuição de vídeo e TV a cabo, etc. Logo, um sistema estruturado tem como característica básica ser um sistema multimídia capaz de proporcionar acesso aos vários sistemas de comunicação (voz, dados, imagens, sinais de controle) através de um único sistema de cabeamento.

Infra-estrutura de rede

Por definição, um sistema estruturado baseia-se na disposição de uma rede de cabos que suporte qualquer equipamento de telecomunicações (todos os sistemas de sinais de baixa voltagem que conduzam informações dentro dos edifícios, tais como voz, dados, imagem, segurança, etc.) e que possa ser facilmente redirecionada, no sentido de prover um caminho de transmissão entre quaisquer pontos desta rede.

A infra-estrutura para essa rede estruturada representa o conjunto de componentes necessários ao encaminhamento e passagem dos cabos, para aplicações multimídia, em todo os pontos da edificação, assim como os produtos necessários à instalação dos componentes ativos do sistema que compõem uma rede de computadores. Fazem parte dessa classificação materiais como eletrocalhas, eletrodutos, caixas de passagem, gabinetes, suportes de fixação, buchas, parafusos, etc.

Uma rede estruturada elimina a dispersão dos cabos destinados ao transporte dos sinais de dados na área de instalação, não permitindo a mistura com os demais cabos de eletricidade e controle, por exemplo, identificando os cabos e facilitando a manutenção. Dessa forma, garante a flexibilidade e facilidade de manutenção. Com esta solução, é possível eliminar os cabos desnecessários, já que é feito um remanejamento na estrutura da rede.

Opções de cabeamento

Um sistema de cabeamento estruturado integra diversos meios de transmissão (cabos de pares, cabos de fibra óptica, cabos coaxiais, etc) que suportam múltiplas aplicações como voz, vídeo, dados, controle, etc. O conjunto de suas especificações garante a implantação modular com uma capacidade de expansão programada.

O que faz um sistema de cabeamento estar apto para atender as exigências técnicas dos novos padrões de comunicação não é apenas a escolha dos componentes, mas sim quatro níveis de competência: Projeto, escolha dos produtos, instalação e certificação. Os produtos utilizados asseguram a perfeita conectividade para os dispositivos de redes existentes e preparam a infra-estrutura para as tecnologias emergentes. A topologia empregada facilita os diagnósticos e manutenções.

Um sistema de cabeamento estruturado fornece uma plataforma universal, sobre a qual é construída a estratégia de um sistema corporativo/global de informações. Possui uma infra-estrutura flexível, podendo suportar voz, dados, vídeo e sistemas com multimídia. Um projeto pode incluir várias soluções independentes de cabeamento, de diferentes tipos de meios, instalados em cada estação de trabalho, com a finalidade de suportar as exigências de performance dos múltiplos sistemas.

Utilização de fibras ópticas

A opção pela utilização da fibra óptica na instalação de uma rede de computadores em lugar de soluções de cabeamento de par metálico convencional apresenta vantagens significativas devido à capacidade da fibra em permitir o tráfego das informações com velocidades elevadas. Entretanto, cada tipo de fibra óptica tem seus prós e contras no que diz respeito a sua utilização em uma rede de computadores. Por exemplo, a fibra padrão utilizada nas aplicações de redes locais (LAN) é a fibra óptica multimodo de 62,5m m que possui uma largura de banda virtualmente ilimitada para as aplicações nas distâncias envolvidas em redes locais (até aproximadamente 200 metros), sendo suficiente para atender as topologias das redes atuais.

Nos casos de distâncias superiores aos 200 metros, os cabos de fibra óptica monomodo oferecem uma solução mais atraente, pois esse tipo de fibra apresenta uma capacidade maior de largura de banda em relação à fibra multimodo. Essa maior largura de banda da fibra monomodo é uma vantagem importante que deve ser levada em conta no momento de utilizá-la em um novo projeto de uma rede de computadores.

A largura de banda é um fator limitante que representa a medida da capacidade de trafegar informações de um meio físico. Para os cabos de pares trançados de cobre em uso atualmente nas redes locais, a largura de banda depende em grande parte da freqüência na qual se transmite o sinal. À medida que essa freqüência aumenta, menos largura de banda (e maior atenuação) ocorrerá na rede. No caso da fibra óptica, a largura de banda pode ser definida como a quantidade de informações que uma fibra pode transportar sobre uma distância especificada, medida em MHz/Km.

Ao contrário dos cabos de cobre, a fibra óptica não sofre problemas de atenuação por aumento de frequências. Outros fatores afetam a largura de banda na fibra óptica. Por exemplo, um dos fatores principais é a dispersão (ou espalhamento) que o pulso de luz sofre conforme trafega pelo núcleo da fibra óptica. Quanto maior o comprimento do cabo, maior será a dispersão do sinal óptico e, com uma dispersão excessiva, o sinal poderá não ser reconhecido no ponto de recepção.

A evolução das tecnologias de redes é outro fator que deve ser considerado na escolha de um tipo específico de fibra óptica. Com o passar do tempo, novos padrões e protocolos de aplicação são implementados, com velocidades cada vez mais elevadas e várias características como, por exemplo, a largura de banda das fibras ópticas, são fatores importantes que devem ser levados em consideração no projeto de uma rede. Com o uso cada vez maior de sistemas baseados na tecnologia Gigabit, por exemplo, os sistemas necessitam usar cada vez mais uma maior largura de banda.

A melhor solução para um projeto de rede utilizando fibras ópticas irá depender de uma série de fatores, dentre eles os mais significativos que irão determinar a viabilidade futura de um projeto serão o tipo e as características ópticas (largura de banda) da fibra utilizada. Outros fatores que devem ser considerados são os seguintes:

- As distâncias envolvidas na rede;

- Se haverá extensões ópticas na rede;

- Das aplicações de rede atuais;

- Dos protocolos futuros que a rede terá de suportar.

As fibras ópticas podem ser utilizadas no cabeamento backbone ou no cabeamento horizontal, podendo chegar até na interligação dos terminais nas áreas de trabalho. Seu emprego é vantajoso quando fatores como alcance e maiores facilidades na instalação dos cabos (menor volume e peso) são importantes no projeto. Nesses casos, as fibras atendem às necessidades de um maior alcance dos segmentos da rede ou da rede como um todo com maior confiabilidade e permitindo também um melhor desempenho em aplicações com exigência de maior banda passante.

Fatores que Limitam a Flexibilidade do Cabeamento Estruturado

  • Número de Pontos limitado: Nessa situação normalmente temos que deslocar fisicamente os pontos existentes quando ocorre uma mudança de layout, pois o número de pontos é limitado e normalmente associado ao número de usuários. Normalmente isso ocorre quando a infra-estrutura é insuficiente para passagem de um número de pontos maior, ou a verba destinada ao Sistema de Cabeamento Estruturado foi prevista baseada somente no número e layout inicial dos usuários.

  • Utilização de Divisórias ou móveis modulares (baias): quando alteramos o layout normalmente as divisórias e móveis são deslocados o que impossibilita o aproveitamento do cabeamento existente visto que o mesmo utiliza o mobiliário e das divisórias como infra-estrutura para passagem de cabos.

  • Instalações Modulares: Às vezes algumas áreas de determinados andares não estão sendo ocupadas, porém existe uma previsão de ocupação futura. Quando nesses casos forem utilizados móveis modulares ou divisórias como infra-estrutura para o cabeamento a instalação não é possível.

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