Network technologies

Rede local e Ethernet

Um cabo de par trançado consiste em quatro pares de fios trançados, normalmente conectados a um plugue RJ-45 na extremidade.

Uma rede local (LAN) é um grupo de computadores conectados entre si em uma área local para comunicar-se um com o outro e compartilhar recursos tais como impressoras. Os dados são enviados na forma de pacotes e, para controlar a transmissão dos pacotes, podem ser usadas diferentes tecnologias. A tecnologia de LAN mais usada é a Ethernet, e ela é especificada em um padrão chamado IEEE 802.3. (Entre os outros tipos de tecnologias de LAN estão a token ring e a FDDI).

A Ethernet utiliza uma topologia em estrela, na qual cada nó (dispositivo) está conectado ao outro através de equipamentos ativos de rede, tais como switches. O número de dispositivos conectados em uma LAN pode variar de dois a alguns milhares.

O meio físico de transmissão de uma LAN com fio inclui cabos, principalmente cabos de par trançado ou de fibra óptica. Um cabo de par trançado consiste em oito fios, formando quatro pares de fios de cobre trançados, e é usado com plugues e soquetes RJ-45. O comprimento máximo de um cabo de par trançado é 100 m (328 pés), ao passo que o comprimento máximo dos cabos de fibra pode variar de 10 a to 70 km, dependendo do tipo de fibra. Dependendo do tipo de cabo (par trançado ou fibra óptica) usado, a atual velocidade de transmissão de dados pode variar de 100 Mbit/s a 10.000 Mbit/s.

Uma regra geral é sempre criar uma rede com mais capacidade do que a capacidade necessária no momento da criação. Para garantir o futuro de uma rede, vale a pena projetá-la de forma que apenas 30% da sua capacidade sejam usados. Uma vez que cada vez mais aplicativos funcionam através de redes hoje em dia, a velocidade das redes deve ser cada vez maior. Embora os switches de rede (sobre os quais falaremos abaixo) sejam fáceis de atualizar após alguns anos, é normalmente muito mais difícil substituir o cabeamento.

Tipos de redes Ethernet

Distâncias maiores podem ser cobertas através de cabos de fibra óptica. A fibra é normalmente usada no backbone de uma rede, e não em nós como uma câmera de rede.

Fast Ethernet

Fast Ethernet refere-se a uma rede Ethernet capaz de transferir dados a uma velocidade de 100 Mbit/s. Ela pode utilizar cabos de par trançado ou de fibra óptica. (A antiga Ethernet de 10 Mbit/s ainda é instalada e usada, mas essas redes não oferecem a largura de banda necessária para algumas aplicações de vídeo em rede).
A maioria dos dispositivos conectados a uma rede, como um laptop ou uma câmera de rede, está equipada com uma interface Ethernet 100BASE-TX/10BASE-T, mais conhecida como interface 10/100, que opera tanto com 10 Mbit/s como com Fast Ethernet. O tipo de cabo de par trançado usado pela Fast Ethernet se chama “cabo Cat-5”.

Gigabit Ethernet

A Gigabit Ethernet, que também pode usar um cabo de pa trançado ou fibra óptica, proporciona uma velocidade de transmissão de dados de 1.000 Mbit/s (1 Gbit/s), e está ganhando popularidade. Espera-se que, em breve, ela substitua a Fast Ethernet como padrão de fato.
O tipo de cabo de par trançado usado pela Gigabit Ethernet é o cabo Cat-5e, no qual todos os quatro pares de fios trançados são usados para atingir velocidades de transmissão de dados mais altas. Para sistemas de vídeo em rede, recomenda-se o uso de cabos Cat-5e ou cabos de categoria mais alta. A maioria das interfaces é retrocompatível com a Ethernet de 10 e 100 Mbit/s, sendo mais conhecidas como interfaces 10/100/1000.
Para transmissão a longas distâncias, podem ser usados cabos de fibra tais como o 1000BASE-SX (até 550 m/1.639 pés) e o 1000BASE-LX (até 550 m com fibras ópticas múltiplas e 5.000 m com fibras simples).

10 Gigabit Ethernet

A 10 Gigabit Ethernet é a última geração, com velocidade de transmissão de dados de 10 Gbit/s (10.000 Mbit/s), e pode ser usado um cabo de fibra óptica ou de par trançado. As redes 10GBASELX4, 10GBASE-ER e 10GBASE-SR com cabos de fibra óptica podem ser usadas para cobrir distâncias de até 10.000 m (6,2 milhas). Com uma solução de par trançado, é necessário o uso de um cabo de altíssima qualidade (Cat-6a ou Cat-7). A 10 Gbit/s Ethernet é usada principalmente em backbones de aplicações de grande porte que exigem altas velocidades de transmissão de dados.

Switch

Quando apenas dois dispositivos precisam se comunicar diretamente entre si através de um cabo de par trançado, pode ser usado um cabo conhecido como crossover. O cabo crossover simplesmente atravessa o par de transmissão em uma extremidade do cabo, com o par receptor na outra extremidade, e vice-versa.

Entretanto, a conexão de vários dispositivos em uma LAN exige equipamentos de rede como um switch de rede. Quando se utiliza um switch de rede, um cabo de rede normal é usado em vez de um cabo crossover.

A principal função de um switch de rede é encaminhar dados de um dispositivo para outro na mesma rede. Ele faz isso de maneira eficiente, pois os dados podem ser direcionados de um dispositivo para outro sem afetar outros dispositivos na mesma rede.

Ele funciona da seguinte maneira: um switch registra os endereços MAC (Controle de Acesso à Mídia) de todos os dispositivos conectados a ele. (Cada dispositivo de rede tem um endereço MAC exclusivo, que consiste em uma série de números e letras definidos pelo fabricante, e o endereço pode ser muitas vezes encontrado na etiqueta do produto). Quando um switch recebe dados, ele os encaminha apenas à porta que estiver conectada a um dispositivo com o endereço MAC correto do destino.

Os switches normalmente indicam sua velocidade em velocidade por porta e em velocidade interna ou de chassi (tanto em bitrate como em pacotes por segundo). As velocidades por porta indicam as velocidades máximas em portas específicas. Isso significa que a velocidade de um switch, por exemplo, 100 Mbit/s, é, muitas vezes, a velocidade de cada porta.

Normalmente, um switch de rede opera com diferentes velocidades de transmissão de dados simultaneamente. As velocidades mais comuns são 10/100, operando com 10 Mbit/s e com Fast Ethernet. Entretanto, as redes 10/100/1000 estão rapidamente assumindo o lugar de switch padrão, operando, assim, com 10 Mbit/s, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet simultaneamente. A velocidade e o modo de transferência entre uma porta em um switch e um dispositivo conectado são normalmente determinados através de autonegociação, onde se utilizam a velocidade de transmissão de dados comum mais alta e o melhor modo de transferência. Um switch também permite que um dispositivo conectado funcione no modo full-duplex, ou seja, enviando e recebendo dados ao mesmo tempo, o que eleva a velocidade.

Os switches podem ser oferecidos com diferentes recursos ou funções. Alguns switches possuem a função de um roteador. Um switch pode, também, operar com Power over Ethernet ou Qualidade de Serviço, que controla a largura de banda consumida por diferentes aplicações.

Com um switch de rede, a transferência de dados é gerenciada de maneira muito eficiente, pois o tráfego de dados pode ser direcionado de um dispositivo para outro sem afetar nenhuma outra porta do switch.

Power over Ethernet

A Power over Ethernet (PoE) dá a opção de alimentar os dispositivos conectados a uma rede Ethernet através do mesmo cabo usado para a comunicação de dados. A Power over Ethernet é amplamente usada na alimentação de telefones IP, pontos de acesso sem fio e câmeras de rede em uma LAN

A principal vantagem da PoE é sua economia inerente de custos. Não é necessário contratar um eletricista nem instalar uma fiação separada. Isso é vantajoso principalmente em áreas de difícil acesso. O fato de que não é necessário instalar cabos de força pode economizar, dependendo da localização da câmera, até algumas centenas de dólares por câmera. A PoE também facilita a transferência de uma câmera para um novo local ou a inclusão de câmeras em um sistema de vigilância por vídeo.

Além disso, a PoE pode aumentar a segurança de um sistema de vídeo. Um sistema de vigilância por vídeo com PoE pode ser alimentado da sala do servidor, que normalmente utiliza um nobreak. Isso significa que o sistema de vigilância por vídeo pode se manter em operação mesmo em caso de queda de energia.
Devido às vantagens da PoE, ela é recomendada para o maior número possível de dispositivos. A alimentação disponibilizada pelo switch ou midspan compatível com PoE deve ser suficiente para os dispositivos conectados, e os dispositivos devem aceitar a classificação de alimentação fornecida. Isso é explicado mais detalhadamente nas sections a seguir.

Padrão 802.3af e Alta PoE

A maioria dos dispositivos com PoE de hoje seguem o padrão IEEE 802.3af, publicado em 2003. O padrão IEEE 802.3af utiliza cabos Cat-5 ou superiores, e garante que a transferência de dados não seja afetada. Nesse padrão, o dispositivo que fornece a alimentação é denominado “equipamento de fornecimento de energia” (power sourcing equipment, PSE). Esse equipamento pode ser um switch ou midspan compatível com PoE. O dispositivo que recebe a alimentação é denominado “dispositivo alimentado” (powered device, PD). Essa função é normalmente incorporada a um dispositivo de rede como uma câmera de rede, ou disponibilizada em um divisor autônomo.

A retrocompatibilidade com dispositivos de rede não compatíveis com a PoE é garantida. O padrão inclui um método para identificar automaticamente se um dispositivo aceita a PoE, e a alimentação é fornecida ao dispositivo apenas quando isso for confirmado. Isso também significa que o cabo Ethernet conectado a um switch PoE não fornecerá energia se não estiver conectado a um dispositivo compatível com PoE. Isso elimina o risco de choque elétrico na instalação ou no recabeamento de uma rede.

Em um cabo de par trançado, há quatro pares de fios trançados. A PoE pode usar os dois pares de fios ‘a mais’, ou sobrepor-se à corrente nos pares de fios usados para a transmissão de dados. Muitas vezes, os switches com PoE incorporada fornecem eletricidade através dos dois pares de fios usados para transferir dados, ao passo que os midspans normalmente usam os dois pares a mais. Um PD aceita ambas as opções.

De acordo com o padrão IEEE 802.3af, um PSE fornece uma tensão de 48 Vcc com potência máxima de 15,4 W por porta. Considerando que ocorre perda de potência em um cabo de par trançado, são garantidos apenas 12,95 W para um PD. O padrão IEEE 802.3af especifica várias categorias de desempenho para os PDs.

PSEs como switches e midspans normalmente fornecem uma determinada quantidade de potência, normalmente de 300 W a 500 W. Em um switch de 48 portas, isso significaria de 6 W a 10 W por porta, caso todas as portas estejam conectadas a dispositivos que utilizam PoE. A menos que os PDs aceitem a classificação de potência, todos os 15,4 W devem ser reservados para cada porta que utilize a PoE, o que significa que um switch com 300 W pode fornecer energia a apenas 20 das 48 portas. Entretanto, se todos os dispositivos informarem o switch que são dispositivos de Classe 1, os 300 W bastarão para alimentar todas as 48 portas.

Classe Nível mínimo de potência no PSE Nível máximo de potência usado pelo PD Uso
0 15.4 W 0.44 W - 12.95 W padrão
1 4.0 W 0.44 W - 3.84 W opcional
2 7.0 W 3.84 W - 6.49 W opcional
3 15.4 W 6.49 W - 12.95 W opcional
4 Tratar como Classe 0   Reservado para uso futuro

 

Classificações de potência de acordo com o padrão IEEE 802.3af.

A maioria das câmeras de rede fixas pode ser alimentada por PoE utilizando o padrão IEEE 802.3af, sendo normalmente identificadas como dispositivos de Classe 1 ou 2.

Com o pré-padrão IEEE 802.3at ou a PoE+, o limite de potência sobe para no mínimo 30 W através de dois pares de fios saindo de um PSE. As especificações finais ainda precisam ser determinadas, e espera-se que o padrão seja ratificado em meados de 2009.

Enquanto isso, podem ser usados midspans e divisores com o pré-padrão IEEE 802.3at (Alta PoE) para dispositivos tais como câmeras PTZ e câmeras PTZ com cúpula com controle motorizado, além de câmeras com aquecedores e ventoinhas, que exigem mais potência do que o padrão IEEE 802.3af pode fornecer.

Midspans e divisores

Os midspans e divisores (também conhecidos como divisores ativos) são equipamentos que permitem que uma rede existente opere com Power over Ethernet.

Um sistema existente pode ser atualizado com a função de PoE utilizando um midspan e um divisor.

O midspan, que inclui alimentação em um cabo Ethernet, é posicionado entre o switch de rede e os dispositivos alimentados. Para garantir que a transferência de dados não seja afetada, é importante ter em mente que a distância máxima entre a origem dos dados (por exemplo, o switch) e os produtos de vídeo em rede não deve ser superior a 100 m (328 pés). Isso significa que o midspan e o(s) divisor(es) ativo(s) devem ser posicionados dentro da distância de 100 m. Um divisor é usado para separar a alimentação e os dados de um cabo Ethernet em dois cabos separados, que, então, podem ser conectados a um dispositivo que não opera originalmente com PoE. Uma vez que a PoE ou a Alta PoE fornece apenas 48 Vcc, outra função do divisor é reduzir a tensão para o nível apropriado ao dispositivo; por exemplo, 12 V ou 5 V.

A Axis fornece midspans e divisores de PoE e Alta PoE. Para saber mais sobre Produto Power over Ethernet.

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