Rede Física:

Introdução

A Rede Física ou a camada física da rede é o meio (cabos) por onde são transmitidos os pacotes de dados em uma Rede de comunicação.

Essa camada cuida exclusivamente dos aspectos elétricos, ópticos ou eletromagnéticos da comunicação e envolve a conversão dos dados binários em sinais físicos que podem ser transmitidos pelo meio de comunicação, seja ele um cabo de cobre, fibra óptica ou conexão sem fio.

Além disso, a camada física também especifica como os dispositivos se conectam fisicamente (como plugs, cabos, e padrões de conectores).

Qualquer falha ou inadequação nessa camada pode resultar em degradação do desempenho, interferências e até interrupção completa da rede.

Neste artigo, abordaremos os principais problemas que afetam a rede física e prejudicam o seu desempenho e vamos sugerir serviços especializados que ajudem a resolver esses problemas indicando os procedimentos para adequação da Rede.

Principais componentes da camada física de Rede:

Os componentes da camada física de uma rede são responsáveis por garantir a transmissão dos sinais entre os dispositivos. Estes componentes podem ser divididos em categorias de hardware e meios de transmissão.

1. Meios de Transmissão

• Cabos de Cobre: Fios de par trançado (como CAT5e, CAT6) são usados para transmitir sinais elétricos.
• Fibra Óptica: Utiliza pulsos de luz para transmitir dados, sendo imune a interferências eletromagnéticas.
• Meios sem Fio (Wireless): Sinais eletromagnéticos transmitidos pelo ar (como Wi-Fi, Bluetooth).

2. Conectores

• Conectores RJ-45: Usados em redes Ethernet para conectar cabos de par trançado.
• Conectores de Fibra Óptica: Conectores como SC, LC, ST que interligam cabos de fibra.
• Conectores BNC: Usados em cabos coaxiais para transmissão de vídeo ou em algumas redes antigas.

3. Dispositivos de Interconexão

• Repetidores: Amplificam o sinal para cobrir maiores distâncias.
• Hub: Distribui o sinal elétrico ou óptico de uma porta para todas as demais portas de um ambiente de rede local (LAN).
• Transceivers: Convertem sinais elétricos em ópticos e vice-versa, possibilitando a transmissão de dados por diferentes tipos de meio físico.

4. Modulação e Codificação

• Moduladores/Demoduladores: Realizam a modulação e demodulação do sinal, convertendo dados digitais em sinais analógicos para transmissão e vice-versa.
• Esquemas de Codificação: Técnicas como Manchester ou 8b/10b, que determinam como os dados binários serão representados fisicamente no meio.

5. Padrões de Sinalização

• Especificações de Frequência e Tensão: Definem a amplitude do sinal e a frequência das ondas eletromagnéticas transmitidas.
• Sincronização: Garante que tanto o emissor quanto o receptor de dados estejam sincronizados para interpretar corretamente os sinais recebidos.

Problemas mais comuns na camada física

Cabos Danificados ou Mal Conectados

• Sintomas: Interrupções intermitentes na comunicação, baixa taxa de transferência de dados ou ausência completa de conexão.
• Causas: Desgaste mecânico dos cabos, cortes acidentais, conexões frouxas nos pontos de terminação (patch panels, keystones) ou no cabeamento horizontal.
• Solução: O diagnóstico inicial envolve a inspeção visual dos cabos e testes com certificadores de cabos que verificam a continuidade e a integridade do cabeamento. A substituição de cabos danificados ou inadequados é crucial, seguida por uma certificação detalhada da rede após os reparos.

Interferência Eletromagnética (EMI)

• Sintomas: Perda de pacotes, erros de transmissão e baixa performance, especialmente em ambientes com alta densidade de equipamentos elétricos.
• Causas: Proximidade de cabos de rede a fontes de interferência, como motores elétricos, sistemas de iluminação ou outros cabos de alta potência.
• Solução: O mapeamento da rede física deve ser realizado, identificando pontos suscetíveis à interferência. Uma solução envolve reposicionar o cabeamento para longe de fontes de EMI ou utilizar cabos blindados (STP) para minimizar os efeitos das interferências.

Instalação Inadequada de Patch Cords

• Sintomas: Quedas intermitentes de conexão e diminuição na qualidade da rede em locais de alta concentração de dispositivos.
• Causas: Patch cords muito longos, mal conectorizados ou tensionados indevidamente.
• Solução: O processo de adequação passa pela revisão dos padrões de instalação e a substituição dos patch cords.

Problemas de Conectividade em Switches e Roteadores

• Sintomas: Conexões intermitentes, lentidão na rede ou dispositivos sem comunicação.
• Causas: Conexões mal estabelecidas, portas de switches danificadas ou superaquecimento dos equipamentos.
• Solução: O diagnóstico envolve a verificação de conectores, o estado dos dispositivos e a análise de logs dos equipamentos de rede. A troca de portas danificadas e a configuração adequada dos switches eliminam esses gargalos. Recomenda-se, ainda, o monitoramento constante da infraestrutura de rede para prevenir o surgimento de novos problemas.

Degradação de Componentes com o Tempo

• Sintomas: Degradação lenta, porém constante do desempenho da rede, com aumento da taxa de erros de transmissão.
• Causas: Envelhecimento dos componentes, oxidação dos conectores e desgaste físico dos cabos.
• Solução: A substituição periódica dos componentes da rede física é recomendada, assim como a manutenção preventiva. Um plano de manutenção programada, aliado à atualização dos materiais e dispositivos da rede, garante maior longevidade e melhor desempenho.

Diagnóstico e Resolução dos Problemas

1. Diagnóstico Inicial

• Levantamento dos Sintomas: A primeira etapa envolve o levantamento dos problemas relatados pelos usuários, como lentidão, quedas ou falta de conexão.
• Análise de Equipamentos e Cabos: Com o auxílio de ferramentas especializadas, realiza-se a análise da qualidade do sinal e possíveis fontes de interferência.

2. Testes e Certificação

• Uso de Equipamentos de Teste: Testes de continuidade, certificação de pontos de rede e análise da taxa de transferência são fundamentais para identificar problemas físicos na infraestrutura.

Os testes de certificação em cabeamento estruturado são essenciais para garantir que a infraestrutura de rede atende aos padrões de desempenho e qualidade estabelecidos por normas como a TIA/EIA-568 e a ISO/IEC 11801.

Durante esses testes, uma variedade de problemas pode ser detectada, afetando a eficiência e a confiabilidade da rede.

A seguir, detalhamos os problemas mais comuns identificados:

1. Erros de Mapeamento de Fios (Wire Map Errors)

• Definição: Verifica se os pares de fios estão conectados corretamente em ambas as extremidades do cabo.
• Problemas Detectados:
  • Inversões (Reversals): Quando o par de fios é invertido entre as extremidades.
  • Aberto (Open): Um fio não está conectado em uma ou ambas as extremidades.
  • Curto (Short): Dois ou mais fios estão em contato, criando um curto-circuito.
  • Pares Trocados (Miswires): Fios conectados aos pinos errados.
  • Pares Divididos (Split Pairs): Fios corretos nos pinos corretos, mas pares incorretos usados, afetando a impedância e a diafonia.

2. Atenuação Excessiva

• Definição: Perda de força do sinal conforme ele viaja pelo cabo.
• Problemas Detectados:
  • Atenuação Alta: Pode ser causada por cabos muito longos, conexões mal feitas ou cabos de baixa qualidade.
  • Conectores Defeituosos: Má instalação ou componentes de baixa qualidade que aumentam a perda do sinal.

3. Diafonia de Extremidade Próxima (NEXT – Near-End Crosstalk)

• Definição: Interferência elétrica entre pares de fios próximos na mesma extremidade do cabo.
• Problemas Detectados:
  • NEXT Elevado: Indica que o sinal em um par está interferindo em outro par, reduzindo a qualidade da transmissão.
  • Causas Comuns: Pares desemparelhados, excesso de decapagem do cabo, má terminação ou proximidade excessiva entre os pares.

4. Diafonia de Extremidade Distante (FEXT – Far-End Crosstalk)

• Definição: Interferência entre pares de fios medidos na extremidade oposta do cabo.
• Problemas Detectados:
  • FEXT Elevado: Semelhante ao NEXT, mas medido no final oposto, pode afetar a integridade do sinal.

5. Power Sum NEXT (PSNEXT)

• Definição: Medição cumulativa da diafonia que cada par sofre devido aos outros pares.
• Problemas Detectados:
  • PSNEXT Elevado: Indica que múltiplos pares estão interferindo simultaneamente em um par específico, agravando a diafonia.

6. Perda de Retorno (Return Loss)

• Definição: Quantifica a reflexão do sinal de volta à fonte devido a descontinuidades na impedância.
• Problemas Detectados:
  • Alta Perda de Retorno: Pode ser causada por conexões ruins, danos físicos ao cabo ou inconsistências na impedância.
  • Impacto: Afeta a capacidade do receptor de distinguir o sinal original das reflexões, reduzindo a qualidade da transmissão.

7. Atraso de Propagação (Propagation Delay)

• Definição: Tempo que o sinal leva para percorrer o comprimento do cabo.
• Problemas Detectados:
  • Atraso Excessivo: Pode indicar cabos mais longos do que o permitido ou problemas na qualidade do cabo.
  • Impacto: Pode causar problemas de sincronização em protocolos que dependem de tempos precisos.

8. Diferença de Atraso entre Pares (Delay Skew)

• Definição: Diferença no tempo de propagação entre os pares mais rápidos e mais lentos.
• Problemas Detectados:
  • Delay Skew Alto: Pode ser resultado de variações na construção do cabo ou danos físicos.
  • Impacto: Afeta a chegada sincronizada dos sinais, essencial para certas aplicações como Gigabit Ethernet.

9. Alien Crosstalk

• Definição: Interferência entre cabos adjacentes diferentes, não apenas entre pares no mesmo cabo.
• Problemas Detectados:
  • Alien NEXT e Alien FEXT: Interferência de cabos vizinhos, especialmente em ambientes com alta densidade de cabos.
  • Impacto: Pode degradar seriamente o desempenho em aplicações de alta velocidade, como 10 Gigabit Ethernet.

10. Comprimento Excedente

• Definição: Verifica se o comprimento do cabo está dentro dos limites especificados pelas normas.
• Problemas Detectados:
  • Cabo Muito Longo: Cabos que excedem o comprimento máximo permitido (geralmente 100 metros para Ethernet).
  • Impacto: Aumenta a atenuação e o atraso de propagação, comprometendo a integridade do sinal.

11. Impedância Inconsistente

• Definição: Variância na impedância ao longo do cabo, que deve ser consistente para evitar reflexões.
• Problemas Detectados:
  • Descontinuidades na Impedância: Devido a conexões inadequadas, cabos danificados ou componentes de baixa qualidade.
  • Impacto: Causa perda de retorno e pode afetar a performance geral da rede.

12. Problemas com Blindagem (Shield Integrity)

• Definição: Avalia a continuidade e eficácia da blindagem em cabos blindados (STP, FTP).
• Problemas Detectados:
  • Blindagem Quebrada ou Inadequada: Pode resultar em maior susceptibilidade a interferências eletromagnéticas (EMI).
  • Impacto: Aumenta o ruído no sinal, reduzindo a qualidade da comunicação.

13. Conexões Mal Feitas

• Definição: Problemas na terminação dos cabos em conectores, painéis de patch ou tomadas.
• Problemas Detectados:
  • Pares Desbalanceados: Excesso de decapagem ou desemparelhamento dos fios próximo aos conectores.
  • Terminações Soltas ou Oxidadas: Podem causar intermitências ou perda total de conexão.

14. Degradação por Temperatura e Ambiente

• Definição: Avalia o impacto de condições ambientais adversas no desempenho do cabeamento.
• Problemas Detectados:
  • Exposição a Calor Excessivo: Pode deteriorar o isolamento dos cabos.
  • Umidade ou Água: Pode causar corrosão ou curtos nos cabos.
  • Impacto: Reduz a vida útil do cabeamento e pode levar a falhas inesperadas.

15. Interferências Eletromagnéticas Externas

• Definição: Avalia a susceptibilidade do cabo a interferências de fontes externas, como equipamentos elétricos.
• Problemas Detectados:
  • Proximidade a Fontes de EMI: Cabos instalados próximos a motores, lâmpadas fluorescentes ou outros cabos elétricos.
  • Impacto: Aumenta o ruído no sinal, resultando em perda de dados ou redução da velocidade.

Importância de Detectar e Corrigir Esses Problemas

Detectar esses problemas durante os testes de certificação é crucial para assegurar que a infraestrutura de rede oferecerá desempenho confiável e estará preparada para suportar aplicações atuais e futuras. Problemas não identificados podem levar a:

• Queda de Desempenho: Redução nas velocidades de transmissão, aumentando o tempo de transferência de arquivos e afetando aplicações em tempo real.
• Instabilidade da Rede: Conexões intermitentes que afetam a produtividade dos usuários.
• Maior Custo de Manutenção: Problemas não resolvidos podem agravar-se, exigindo reparos mais caros no futuro.
• Risco de Segurança: Falhas na rede podem expor vulnerabilidades que podem ser exploradas.

Correção e Adequação

• Substituição e Reparo: Após o diagnóstico, é feita a substituição dos cabos, conectores e equipamentos danificados ou inadequados.
• Adequação da Infraestrutura: Realiza-se a adequação da infraestrutura física, incluindo o reposicionamento de cabos, reorganização de racks e correção de problemas relacionados à instalação física.

Serviços Especializados

Para garantir o pleno funcionamento e desempenho da rede física, é fundamental contar com uma equipe especializada em redes de computadores.

A A3A Engenharia oferece os serviços de:

• Diagnóstico Completo da Infraestrutura Física: Identificação de falhas, interferências e adequação do cabeamento;
• Mapeamento dos pontos de Rede: identificação de pontos em instalações que não possuem os registros e documentação da Rede;
• Organização de Racks: organização do cabeamento, identificação dos pontos e reinstalação dos patch panels;
• Certificação de Redes: Certificação completa da infraestrutura, garantindo conformidade com os padrões de qualidade;
• Adequação e Reparo de Infraestrutura: Soluções que corrigem problemas de desempenho, substituindo e adequando cabos e equipamentos;
• Manutenção Preventiva: Implementação de planos de manutenção contínua, com monitoramento da rede e troca programada de componentes;
• Emissão de relatórios: Relatórios sobre os serviços realizados;

Conclusão

A camada física de uma rede de computadores é a base para o desempenho de toda a comunicação. Problemas como cabos danificados, interferências eletromagnéticas e conectores inadequados são comuns, mas podem ser facilmente resolvidos com diagnóstico preciso e serviços especializados. Uma infraestrutura adequada garante alta performance e confiabilidade no tráfego de dados.

Os testes de certificação em cabeamento estruturado são fundamentais para identificar e corrigir problemas que podem comprometer a eficiência e a confiabilidade da rede. A detecção precoce desses problemas permite ações corretivas que garantem o desempenho ideal da infraestrutura de rede, suportando as demandas atuais e futuras de comunicação e transferência de dados.

Artigos complementares:

Confira alguns artigos que podem ajudar a compreender melhor os desafios de uma Rede de comunicação:

Cabo de Rede Blindado – Redes Industriais

Projeto de Rede: O Guia Definitivo para Planejar, Implementar e Gerir Infraestruturas de Rede

NBR 14565: Cabeamento Estruturado para Edifícios Comerciais

Cabeamento Estruturado: Por que contratar um Projeto de Cabeamento Estruturado?

Referências Normativas:

1. ANSI/TIA-568

• Norma para Cabeamento de Telecomunicações: Define os requisitos para o projeto e instalação de sistemas de cabeamento estruturado em edifícios comerciais, incluindo as especificações para cabos de par trançado, fibra óptica e os métodos de instalação recomendados.

2. ISO/IEC 11801

• Cabeamento Genérico para Instalações de Clientes: Esta norma internacional define os padrões de cabeamento estruturado para suportar uma ampla gama de aplicações de rede, cobrindo tanto cabos de cobre quanto fibra óptica, e especifica as distâncias e performances necessárias para diversas topologias de rede.

3. IEEE 802.3

• Ethernet: Define os padrões de comunicação Ethernet, incluindo especificações sobre taxas de transmissão, topologias de rede e métodos de codificação de sinal para cabos de cobre e fibra óptica. Inclui especificações como 10BASE-T, 100BASE-TX (Fast Ethernet) e 1000BASE-T (Gigabit Ethernet).

4. IEEE 802.11

• Norma para Redes Sem Fio (Wi-Fi): Define os padrões para redes locais sem fio, estabelecendo os requisitos de operação em diferentes frequências e velocidades, garantindo a interoperabilidade e segurança de redes sem fio em ambientes corporativos e residenciais.

5. ANSI/TIA-606

• Administração de Infraestruturas de Telecomunicações: Esta norma especifica os requisitos para a documentação e rotulagem de uma infraestrutura de rede, garantindo uma gestão eficiente de cabeamento, racks, e dispositivos.

6. ANSI/TIA-942

• Data Centers: Define as melhores práticas para o projeto e construção de data centers, com foco em infraestrutura de cabeamento, energia e resiliência. Também trata de questões como redundância e escalabilidade.

7. BICSI 002

• Práticas de Design de Data Centers: Guia internacionalmente reconhecido para o design e construção de data centers, complementando a ANSI/TIA-942 com diretrizes específicas para layouts, climatização e cabeamento.

8. TIA-569

• Norma para Caminhos e Espaços de Telecomunicações: Estabelece os requisitos de projeto e instalação de infraestruturas físicas, como dutos, conduítes e salas de telecomunicações, para suportar o cabeamento estruturado.

9. ABNT NBR 14565

• Sistemas de Cabeamento para Edifícios Comerciais: Norma brasileira que define os requisitos para a implementação de cabeamento estruturado em ambientes comerciais, abordando desde a escolha dos materiais até os procedimentos de instalação.

Considerações Finais:

Para assegurar que sua rede física esteja operando nas melhores condições, é necessário que a infraestrutura de Rede em especial o Cabeamento estruturado estejam nas melhores condições possíveis, e para isso é importante contar com os serviços de uma empresa de Engenharia especializada, que possui a expertise e as ferramentas necessárias para realizar um diagnóstico completo e propor soluções efetivas.

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