USB a evolução

Introdução

Graças à sua grande flexibilidade, o USB é de longe o barramento externo mais usado atualmente. Além de ser usado para a conexão de todo o tipo de dispositivos, ele fornece uma pequena quantidade de energia, permitindo que os conectores USB sejam usados também por carregadores e todo o tipo de utilidades e bugigangas, incluindo luzes, ventiladores, aquecedores de xícaras de café, brinquedos, etc. Existem até mesmo pequenos "refrigeradores USB", que usam um pequeno peltier para manter uma lata de refrigerante a uma temperatura ligeiramente mais baixa que a ambiente.

Existem três padrões USB: o padrão 1.x (o padrão original, criado em 1996), o USB 2.0 (o padrão mais usado atualmente, introduzido em abril de 2000) e o novo padrão USB 3.0 (finalizado em novembro de 2008) que está ainda em processo de popularização.

No USB 1.x, as portas transmitem a apenas 12 megabits (o que é pouco para HDs, pendrives, drives de CD, placas wireless e outros periféricos rápidos), mas no USB 2.0 a velocidade foi ampliada para 480 megabits (ou 60 MB/s), suficiente para a maioria dos dispositivos.

Existem quatro tipos de conectores USB, o USB tipo A, que é o mais comum, usado por pendrives e topo tipo de dispositivo conectado ao PC, o USB tipo B, que é o conector "quadrado" usado em impressoras e outros periféricos, além do USB-mini (ou mini-5P) e do USB-micro, dois formatos menores, que são utilizados por câmeras, smartphones, players de áudio e outros gadgets.

Os quatro tipos utilizam a mesma pinagem, o único diferencial é mesmo o formato físico. Existem ainda alguns formatos de conectores proprietários, geralmente versões levemente modificadas de um destes quatro formatos. Por serem intercompatíveis, é relativamente fácil encontrar adaptadores diversos para permitir encaixar cabos com conectores de formatos diferentes:

Existem ainda adaptadores USB para portas seriais, portas paralelas, rede (com um conector RJ45) e até mesmo para saídas VGA, mas eles incluem circuitos adicionais e dependem da instalação de drivers para funcionar.

Adaptador de vídeo USB

Pinagem, energia e outros usos

O USB é um barramento serial, por isso os conectores possuem apenas 4 contatos, sendo dois para a transmissão dos dados (um para enviar, outro para receber) e os outros dois para a transmissão de eletricidade.

Os dois pinos para a transmissão de dados são os dois centrais, enquanto os para energia são os dois externos. Olhando um conector USB com os contatos virados para baixo, o pino da direita é o positivo, enquanto o da esquerda é o neutro. Dentro do cabo, o fio vermelho é o positivo, o preto é o neutro, enquanto o verde e o branco são os usados para transmissão de dados:

Essa simplicidade explica a existência de tantas bugigangas que podem ser ligadas às portas USB. Você pode descartar os pinos de dados e usar a eletricidade oferecida pelo conector para alimentar qualquer dispositivo que consuma até 2.5 watts de energia (os 2.5 watts correspondem ao padrão oficial, mas a maioria dos fabricantes de placas optam por oferecer valores consideravelmente mais altos para manter uma boa margem de tolerância). Pode ser desde um carregador para celular, até um ventilador em miniatura.

A praticidade em carregar smartphones e outros gadgets através da porta USB fez com os carregadores USB se tornassem rapidamente populares. O movimento foi logo adotando também por muitos fabricantes, que passaram a fornecer cabos USB para o carregamento, eliminando assim a necessidade de incluir uma fonte externa. O movimento se intensificou a partir de 2009, com a adoção do micro-USB como conector padrão para o carregamento de celulares e smartphones na União Europeia.

O inverso também é possível, ou seja, um conector USB fêmea, ligado a uma bateria, que sirva como fonte de energia para seu iPod, smartphone, ou outro dispositivo carregado através da porta USB. A maioria dos projetos envolve usar uma fonte de energia qualquer, que forneça 5V ou mais, e um resistor para reduzir a tensão ao valor apropriado. Um bom exemplo de aplicação do conceito são os muitos carregadores de pilhas Ni-MH que oferecem uma porta USB, alimentada pela energia das pilhas:

Como 4 pilhas Ni-MH oferecem de 4.8 a 5.6 volts (de acordo com o nível de carga), é relativamente simples construir o circuito que converta a tensão nos 5V/500mA da porta USB. E a carga das pilhas é mais do que suficiente para uma carga completa na maioria dos celulares e players de mídia (se você tiver um hub USB à mão, é possível até mesmo carregar mais de um dispositivo ao mesmo tempo, embora nesse caso a carga demore muito mais).

Com uma variedade tão grande de periféricos USB, as 4 portas traseiras oferecidas na primeira geração de placas ATX acabavam nunca sendo suficientes. Os fabricantes passaram então a incorporar mais e mais portas USB no painel traseiro, além de equiparem as placas com 4 (ou mais) portas adicionais, adicionais através de headers disponíveis na placa-mãe. Os headers podem ser ligados às portas frontais do gabinete, ou a conectores adicionais instalados na parte traseira.

O maior problema é que os conectores frontais do gabinete geralmente utilizam conectores separados para cada um dos fios, de forma que você precisa se orientar usando o diagrama no manual da placa para conectá-los corretamente. O fio vermelho é o +5V, o preto é o GND, o verde é o USB+ (ou D+) e o branco o USB- (ou D-):

Ligar os pinos incorretamente pode causar um curto e danificar periféricos USB, ou o próprio controlador da placa-mãe. Para evitar esse tipo de catástrofe, a maioria das placas inclui circuitos que desligam a alimentação em caso de problemas (de forma que a porta simplesmente não funciona até que você conecte os fios na ordem correta), mas de qualquer forma é melhor não dar chance para o azar.

Hubs, alimentação e compartilhamento de banda

Temos ainda a possibilidade de usar hubs USB para conectar vários dispositivos à mesma porta. Em teoria, cada porta USB permite a conexão de até 127 dispositivos, o que permite até mesmo ligar um hub USB no outro. O maior problema é que tanto a banda, quanto a energia fornecida pela porta são compartilhadas entre todos os periféricos ligados ao hub, de forma que dispositivos de mais alto consumo, como mouses ópticos e HDs externos (do tipo que usa a energia da porta USB, ao invés de uma fonte própria) podem não funcionar, dependendo de quais outros dispositivos estejam ligados ao hub.

A solução nesse caso é comprar um hub com fonte externa (também chamados de "powered hubs"). Eles possuem uma fonte própria de energia, que complementa a energia fornecida pela porta, permitindo o uso de mais periféricos simultâneos. Os powered hubs são relativamente raros, devido ao custo adicional da fonte, mas muitos hubs incluem a porta para alimentação externa, suportando o uso de um carregador de celular.

No USB, os 12 ou 480 megabits de banda não são compartilhados entre as portas. Cada par de portas (ligadas a um controlador dedicado na placa mãe) equivale a um barramento próprio, independente dos demais. O compartilhamento ocorre apenas quando as duas portas dentro do par são usadas simultaneamente, ou quando vários dispositivos são plugados na mesma porta, através de um hub.

Algumas combinações podem ser um pouco problemáticas, já que temos tanto dispositivos que transmitem grandes volumes de dados (um HD externo, por exemplo) quanto dispositivos que transmitem um volume pequeno, mas precisam de urgência, como o teclado e o mouse. Você não gostaria que o mouse ficasse com as respostas lentas ao salvar um grande arquivo no HD externo, por exemplo. Prevendo isso, o USB suporta três modos de operação distintos, chamados de interrupt (interrupção), bulk (grande volume) e isochronous (isocrônico).

O modo de interrupção é um modo de alta prioridade, destinado a teclados, mouses e outros dispositivos de entrada. O controlador reserva 10% da banda disponível para eles, mantendo sempre um canal descongestionado.

O modo isocrônico é destinado a dispositivos que precisam transmitir dados via streaming, como, por exemplo, caixas de som e headsets USB. Eles transmitem um volume relativamente pequeno de dados, mas também precisam de uma certa prioridade.

Finalmente, temos as transferências em modo bulk, onde temos grandes pacotes de dados, transmitidos com baixa prioridade (como no caso do HD externo). Como os canais para os outros dois modos são reservados primeiro, as grandes transferências podem ser feitas utilizando a banda disponível, sem atrapalhar os outros dispositivos.

Essa política de uso de banda é similar à utilizada em redes, onde os dados são transmitidos na forma de frames ou pacotes. Isso permite que dispositivos USB 1.1 sejam conectados em portas USB 2.0 sem reduzir a velocidade para outros dispositivos conectados na mesma porta. O controlador simplesmente disponibiliza 12 megabits para o dispositivo USB 1.1 e continua disponibilizando o restante da banda para os demais dispositivos.

Outra característica interessante do USB é a capacidade de enumerar e reconhecer novos dispositivos, coisa que não existia na época das portas seriais. Detectar mouses ou modems seriais era um pesadelo para qualquer programador, já que não existia uma simples de saber que tipo de dispositivo estava plugado na porta, ou mesmo se a porta estava sendo usada ou não.

A única forma era apelar para técnicas indiretas, enviando dados através da porta e tentando deduzir quem estava do outro lado a partir das respostas. É por isso que algumas distribuições Linux antigas pediam que você movimentasse seu mouse serial num certo ponto da instalação, para que ele pudesse ser detectado.

No USB as coisas funcionam de forma muito mais eficiente. O controlador percebe quando um dispositivo é conectado e envia um pacote de controle, que o dispositivo responde enviando uma série de informações, incluindo a classe, velocidade, fabricante, string de identificação e assim por diante.

Além de permitirem que o controlador reserve corretamente os recursos usados pelo dispositivo, essas informações são enviadas ao sistema operacional. Isso permite que o dispositivo seja ativado e o programa ou o aviso correspondente seja mostrado na tela. Aqui temos um exemplo de mensagens de kernel geradas por uma distribuição Linux ao plugar um joystick USB:

usb 1-3: new low speed USB device using ohci_hcd and address 3
usb 1-3: configuration #1 chosen from 1 choice
input: Logitech WingMan Precision USB as /class/input/input2
input: USB HID v1.10 Joystick [Logitech WingMan Precision USB] on usb-0000:00:02.0-3

As informações permitem também programar ações para quando determinados dispositivos são plugados. No caso do Linux, por exemplo, isso é feito através do udev, o daemon responsável por detectar mudanças no hardware e a conexão de novos dispositivos. É possível executar automaticamente um script de backup quando o HD externo é plugado, ou abrir um determinado jogo quando você pluga o joystick. O mais interessante é que as ações podem ser relacionadas com o código de identificação do dispositivo (que é único), de forma que o backup seja feito apenas ao plugar um HD específico, evitando que seus dados sejam copiados por engano quando um amigo plugar um pendrive, por exemplo.

O que muda no USB 3.0

O USB surgiu originalmente como um substituto para as portas seriais e paralelas usadas até então. Como a aplicação inicial era a conexão de mouses, impressoras, scanners e PDAs, os 12 megabits iniciais foram considerados mais do que suficientes. Entretanto, com o passar do tempo o USB passou a ser cada vez mais usado por câmeras, pendrives e outros dispositivos "rápidos", que demandam velocidades muito maiores. Surgiu então o USB 2.0, uma atualização indolor que aumentou a taxa de transferência teórica para 480 megabits, sem quebrar a compatibilidade com o padrão antigo.

Na prática, ele permite taxas de transferência entre 30 e 45 MB/s, que são uma pesada limitação no caso dos HDs externos, interfaces de rede e outros dispositivos atuais. Como a demanda por banda não para de crescer, é apenas questão de tempo para que os 480 megabits do USB 2.0 se tornem uma limitação tão grande quanto os 12 megabits do USB original foram no passado.

Assim como o SATA, o USB é uma barramento serial, onde os dados são transmitidos usando um único par de fios, com um segundo par dando conta da alimentação elétrica. O principal problema é que o USB suporta o uso de cabos mais longos e hubs, o que torna complicado atingir taxas de transferência muito maiores que os 480 megabits do USB 2.0. Isso fez com que logo no início, os trabalhos se concentrassem em desenvolver novos cabos e conectores, que permitissem o uso de mais banda.

O primeiro rascunho do USB 3.0 foi apresentado em 2007 pela Intel, que propôs o uso de um par de cabos de fibra óptica, complementando os dois pares de fios de cobre. O uso de fibra óptica elevaria a taxa de transferência para respeitáveis 5 gigabits, sem quebrar a compatibilidade com dispositivos antigos.

O grande problema com o padrão da Intel era o custo, já que tanto os cabos quanto os dispositivos seriam muito mais caros. Ele também não fazia nada com relação à capacidade de fornecimento elétrico, mantendo os mesmos 2.5 watts por porta do USB 2.0, que são insuficientes para muitos dispositivos. Não é preciso dizer que ele foi bastante criticado e acabou sendo abandonado em 2008, dando lugar ao padrão definitivo.

O USB 3.0 oferece 4.8 gigabits de banda (10 vezes mais rápido que o 2.0 e apenas 4% menos que o padrão proposto pela Intel) utilizando fios de cobre. Os 4.8 gigabits do USB 3.0 são chamados de "Super-Speed", aumentando a confusão relacionada aos nomes dos padrões de sinalização USB. Com a adição temos agora 4 padrões e uma nomenclatura ainda mais confusa:

• Super-Speed: 4800 megabits (introduzido pelo USB 3.0)
• High-Speed: 480 megabits (introduzido pelo USB 2.0)
• Full-Speed: 12 megabits (USB 1.x operando na velocidade máxima)
• Low-Speed: 1.5 megabits (usado por dispositivos lentos, como teclados e mouses)

Para possibilitar um aumento tão dramático na velocidade de transmissão, foram adicionados dois novos pares de cabos para transmissão de dados (um para envio e outro para recepção) e um neutro, totalizando 5 novos pinos, que nos conectores tipo A são posicionados na parte interna do conector:

Essa organização permitiu manter a compatibilidade com dispositivos antigos, já que os 4 pinos do USB 2.0 continuam presentes. Ao plugar um dispositivo antigo em um conector USB 3.0, apenas os 4 pinos de legado são usados e ele funciona normalmente. O inverso também funciona, desde que o dispositivo USB 3.0 seja capaz de trabalhar em modo de legado, dentro das limitações elétricas do USB 2.0.

Por outro lado, os conectores USB tipo B (os usados por impressoras) e micro-USB (adotados como padrão para os smartphones) oferecem uma compatibilidade de mão-única, onde você pode plugar um dispositivo USB 2.0 em uma porta 3.0, mas não o contrário, devido ao formato dos conectores. O tipo B ganhou um "calombo" com os 5 pinos adicionais e o USB micro ganhou uma seção adicional:

Além dos novos conectores, outra novidade foi o aumento no fornecimento elétrico das portas, que saltou de 500 mA (2.5 watts) para 900 mA (4.5 watts), o que permite que as portas USB desam usadas para alimentar uma variedade ainda maior de dispositivos.

É possível por exemplo criar gavetas para HDs de 2.5" alimentadas por uma única porta USB, sem falar de gavetas para HDs regulares de 3.5" alimentadas por três ou até mesmo duas portas USB 3.0, já que muitos HDs "verdes" de 5.400 RPM trabalham tranquilamente abaixo dos 10 watts. Você pode contar também com toda uma nova safra de ventiladores, LEDs e bugigangas diversas tirando proveito da energia adicional.

Para reduzir o consumo elétrico dos controladores, o padrão inclui também um novo sistema de interrupções, que substitui o sistema de enumeração usado no USB 2.0. Em resumo, em vez de o controlador manter a porta ativa, constantemente perguntando se o dispositivo tem algo a transmitir, o host passa a manter o canal desativado até que o dispositivo envie um sinal de interrupção.

Além de oferecer uma pequena redução no consumo do host (suficiente para representar um pequeno ganho de autonomia no caso dos netbooks) o novo sistema reduz o consumo nos dispositivos plugados, evitando que a bateria da câmera se esgote por que você a esqueceu plugada na porta USB, por exemplo.

Para diferenciar os conectores, foi adotada a cor azul como padrão tanto para os cabos quanto para a parte interna dos conectores. Naturalmente, os fabricantes não são necessariamente obrigados a usarem o azul em todos os produtos, mas ao ver um conector azul, você pode ter certeza de que se trata de um 3.0.

Os primeiros dispositivos começaram a chegar ao mercado no final de 2009, mas não espere que eles se tornem comuns antes de 2011 ou 2012. Inicialmente, os lançamentos se concentrarão em HDs e SSDs externos (que são severamente limitados pelo USB 2.0), mas eventualmente ele chegará a outros dispositivos, substituindo o 2.0 gradualmente.

Apesar disso, ainda demorará alguns anos até que o USB 3.0 substitua o padrão anterior completamente, já que os controladores USB 2.0 são muito mais simples e baratos, e o desempenho é mais do que suficiente para muitas aplicações. Não faria sentido lançar um mouse ou um adaptador bluetooth USB 3.0, por exemplo, a não ser que fosse por simples hype.

Existem também várias complicações técnicas em equipar uma placa-mãe com um grande número de portas USB 3.0. Os controladores são caros e cada par de portas precisa ser conectado a um par de linhas PCI Express 2.0 (ou quatro linhas PCIe 1.x) para que o desempenho não seja penalizado.

Considerando que muitos chipsets possuem apenas 20 ou 24 linhas PCI Express, é perfeitamente compreensível que a primeira geração de placas tenham apenas duas portas USB 3.0 (em azul), complementadas por mais 6 ou 10 portas USB 2.0:

Isso deve mudar a partir do momento em que a Intel, nVidia e AMD passarem a produzir chipsets com um número maior de portas integradas, mas isso deve acontecer apenas em 2011. A Intel é a mais avançada, graças ao trabalho no padrão xHCI (sucessor do EHCI e OHCI, usados no USB 2.0). Embora ele seja um padrão aberto de controladores, a Intel realizou a maior parte do desenvolvimento e por isso acabou desenvolvendo uma dianteira em relação aos outros fabricantes, liberando o projeto do controlador apenas depois que ele já estava concluído.

Assim como aconteceu na época do USB original, temos também uma grande oferta de placas adaptadoras, conectadas através de um slot PCI-Express x1 ou (mais raramente) de um slot x4. Elas incluem um único controlador e duas portas USB 3.0 e são usadas sobretudo por gavetas para HDs externos, que são a classe de dispositivos que mais se beneficia da maior velocidade:

Usando uma porta USB 2.0, a velocidade máxima de transferência de um HD externo fica em torno de 32 MB/s, que é o limite prático da interface (lembre-se, as taxas de transferência obtidas na prática são sempre inferiores aos limites teóricos dos barramentos, já que incluem diferentes camadas de modulação e outros tipos de perdas). Considerando que os HDs de 3.5" e 7200 RPM atuais são capazes de oferecer taxas de leitura sequencial em torno dos 150 MB/s e mesmo HDs de 2.5" já se aproximam da marca dos 100 MB/s, não é difícil entender a frustração de muitos.

Ao usar o USB 3.0, por outro lado, é possível obter taxas de transferência superiores a 100 MB/s, limitado apenas pelo desempenho do HD e do controlador da gaveta. Placas adaptadoras plugadas em slots PCI Express x1 possuem um limite prático em torno de 200 MB/s devido ao barramento, mas portas ligadas a controladores integrados à placa-mãe (ou a slots PCIe 2.0) podem oferecer taxas superiores a 300 MB/s, o que as posiciona como concorrentes diretas das portas eSATA.

Dependendo do modelo, a adaptadora pode usar um conector molex (como a da foto) ou extrair a energia necessária para alimentar as portas diretamente do conector PCI Express. As gavetas de HDs e outros dispositivos USB 3.0 podem ser perfeitamente usadas em PCs com portas USB 2.0 (pelo menos no caso das gavetas com fontes externas, que não dependem da alimentação elétrica da porta), mas nesse caso a velocidade de transmissão é limitada pela porta.

Com relação aos drivers, temos suporte no Linux a partir do kernel 2.6.31. A versão inicial do Windows 7 ainda não inclui drivers, mas eles devem ser adicionados através de uma atualização posterior, que deve se estender ao Vista. A dúvida fica por conta do Windows XP e anteriores, dos quais a Microsoft quer se livrar o mais rápido possível.

Rede cabeada como fazer?

Introdução

Uma das principais vantagens dos cabos de par trançado é que eles podem ser crimpados rapidamente, no local, usando apenas ferramentas simples, diferente dos cabos de fibra óptica, que precisam de uma preparação mais cuidadosa.

Em redes maiores, crimpar os próprios cabos é uma necessidade, pois você precisa passar os cabos por dentro das tubulações ou pelo teto e é quase impossível fazer isso com um cabo já crimpado, sem falar no uso de tomadas de parede, patch panels e outros componentes.

Mesmo em uma rede doméstica, crimpar os próprios cabos oferece uma flexibilidade muito maior, pois você pode crimpar cabos do tamanho exato e aproveitar as tubulações de telefone para passar os cabos através das paredes, evitando acidentes com cabos espalhados pelo chão. Além disso, cabos já crimpados custam mais caro do que comprar os cabos e conectores avulsos, o que pode fazer uma boa diferença em uma rede com muitos pontos.

Em redes de 10, 100 e 1000 megabits, o comprimento máximo dos cabos é de 100 metros, tanto entre o switch e o PC quanto entre dois switchs ou hubs. Como os switchs atuam como repetidores, você pode usar um cabo de 100 metros do PC até o switch e outro de mais 100 metros do switch até o dispositivo seguinte sem comprometer o desempenho da rede.

Ao usar tomadas de parede, ou qualquer tipo de conexão entre os dois dispositivos, o comprimento total do cabo (somando o trecho até a tomada e o trecho da tomada até o PC) não deve superar os 100 metros. Não existe um limite formal para o comprimento mínimo dos cabos, mas é recomendável evitar usar cabos muito curtos, com menos de 30 centímetros.

Naturalmente, os 100 metros não são um número exato. A distância máxima que é possível atingir varia de acordo com a qualidade dos cabos e conectores e as interferências presentes no ambiente. Já vi casos de cabos de 180 metros que funcionavam perfeitamente, e casos de cabos de 150 que não. Ao trabalhar fora do padrão, os resultados variam muito de acordo com as placas de rede usadas e outros fatores. É justamente pára permitir que a rede funcione "sempre" e não "às vezes" que os padrões existem em primeiro lugar. Ao invés de jogar com a sorte, é mais recomendável seguir o padrão, usando um hub/switch ou um repetidor a cada 100 metros (até o máximo de 5 repetições), de forma a reforçar o sinal.

Crimpando os cabos

A ferramenta básica para crimpar os cabos é o alicate de crimpagem. Ele "esmaga" os contatos do conector, fazendo com que eles entrem em contato com os fios do cabo de rede.

É possível comprar alicates de crimpagem razoáveis por pouco mais de 50 reais, mas existem alicates de crimpagem para uso profissional que custam bem mais. Existem ainda "alicates" mais baratos, com o corpo feito de plástico, que são mais baratos, mas não valem o papelão da embalagem. Alicates de crimpagem precisam ser fortes e precisos, por isso evite produtos muito baratos.

Ao crimpar os cabos de rede, o primeiro passo é descascar os cabos, tomando cuidado para não ferir os fios internos, que são bastante finos. Normalmente, o alicate inclui uma saliência no canto da guilhotina, que serve bem para isso. Existem também descascadores de cabos específicos para cabos de rede, que são sempre um item bem-vindo na caixa de ferramentas:

Os quatro pares do cabo são diferenciados por cores. Um par é laranja, outro é azul, outro é verde e o último é marrom. Um dos cabos de cada par tem uma cor sólida e o outro é mais claro ou malhado, misturando a cor e pontos de branco. É pelas cores que diferenciamos os 8 fios.

O segundo passo é destrançar os cabos, deixando-os soltos. Para facilitar o trabalho, descasque um pedaço grande do cabo, uns 5 ou 6 centímetros, para poder organizar os cabos com mais facilidade e depois corte o excesso, deixando apenas os 2 centímetros que entrarão dentro do conector. O próprio alicate de crimpagem inclui uma guilhotina para cortar os cabos, mas você pode usar uma tesoura de precisão se preferir.

Existem dois padrões para a ordem dos fios dentro do conector, o EIA 568B (o mais comum) e o EIA 568A. A diferença entre os dois é que a posição dos pares de cabos laranja e verde são invertidos dentro do conector.

Existe muita discussão em relação com qual dos dois é "melhor", mas na prática não existe diferença de conectividade entre os dois padrões. A única observação é que você deve cabear toda a rede utilizando o mesmo padrão. Como o EIA 568B é de longe o mais comum, recomendo-o que você utilize-o ao crimpar seus próprios cabos.

Uma observação é que muitos cabos são certificados para apenas um dos dois padrões; caso encontre instruções referentes a isso nas especificações, ou decalcadas no próprio cabo, crimpe os cabos usando o padrão indicado.

No padrão EIA 568B, a ordem dos fios dentro do conector (em ambos os lados do cabo) é a seguinte:

1- Branco com Laranja
2- Laranja
3- Branco com Verde
4- Azul
5- Branco com Azul
6- Verde
7- Branco com Marrom
8- Marrom

Os cabos são encaixados nesta ordem, com a trava do conector virada para baixo, como no diagrama:

Ou seja, se você olhar o conector "de cima", vendo a trava, o par de fios laranja estará à direita e, se olhar o conector "de baixo", vendo os contatos, eles estarão à esquerda. Este outro diagrama mostra melhor como fica a posição dos cabos dentro do conector:

No caso de um cabo "reto" (straight), que vai ser usado para ligar o micro ao hub, você usa esta mesma disposição nas duas pontas do cabo. Existe ainda um outro tipo de cabo, chamado de "cross-over", que permite ligar diretamente dois micros, sem precisar do hub. Ele é uma opção mais barata quando você tem apenas dois micros.

Neste tipo de cabo a posição dos fios é diferente nos dois conectores, de forma que o par usado para enviar dados (TX) seja ligado na posição de recepção (RX) do segundo micro e vice-versa. De um dos lados a pinagem é a mesma de um cabo de rede normal, enquanto no outro a posição dos pares verde e laranja são trocados. Daí vem o nome cross-over, que significa, literalmente, "cruzado na ponta":

Para fazer um cabo cross-over, você crimpa uma das pontas seguindo o padrão EIA 568B que vimos acima e a outra utilizando o padrão EIA 568A, onde são trocadas as posições dos pares verde e laranja:

1- Branco com Verde
2- Verde
3- Branco com Laranja
4- Azul
5- Branco com Azul
6- Laranja
7- Branco com Marrom
8- Marrom

A maioria dos hub/switchs atuais é capaz de "descruzar" os cabos automaticamente quando necessário, permitindo que você misture cabos normais e cabos cross-over dentro do cabeamento da rede. Graças a isso, a rede vai funcionar mesmo que você um cabo cross-over para conectar um dos micros ao hub por engano.

Este cabo cross-over "clássico" pode ser usados para ligar placas de 10 ou 100 megabits, onde as transmissões são na realidade feitas usando apenas dois dos pares dos cabos. Placas e switchs Gigabit Ethernet utilizam os quatro pares e por isso precisam de um cabo cross-over especial, crimpado com uma pinagem diferente. Usando um cabo cross convencional, a rede até funciona, mas as placas são forçadas a reduzir a velocidade de transmissão para 100 megabits, se forma a se adaptarem ao cabeamento.

Para fazer um cabo cross-over Gigabit Ethernet, você deve utilizar o padrão EIA 568B (Branco com Laranja, Laranja, Branco com Verde, Azul, Branco com Azul, Verde, Branco com Marrom, Marrom) de um dos lados do cabo, como usaria ao crimpar um cabo normal. A mudança vem ao crimpar o outro lado do cabo, onde é usada a seguinte pinagem:

1- Branco com Verde
2- Verde
3- Branco com Laranja
4- Branco com Marrom
5- Marrom
6- Laranja
7- Azul
8- Branco com Azul

Muitos switchs e também algumas placas Gigabit podem ser ligados diretamente usando cabos straight, pois os transmissores são capazes de ajustar a transmissão via software, recurso chamado de Auto-MDI/MDI-X. Entretanto, nem todos os dispositivos suportam o recurso, de forma que os cabos crossover ainda são necessários em diversas situações.

Revisando, os padrões para os três tipos de cabos são:

Cabo straight (10, 100 ou 1000 megabits):
1- Branco com Laranja 2- Laranja 3- Branco com Verde 4- Azul 5- Branco com Azul 6- Verde 7- Branco com Marrom 8- Marrom	1- Branco com Laranja 2- Laranja 3- Branco com Verde 4- Azul 5- Branco com Azul 6- Verde 7- Branco com Marrom 8- Marrom

Cabo crossover (10 ou 100 megabits):
1- Branco com Laranja 2- Laranja 3- Branco com Verde 4- Azul 5- Branco com Azul 6- Verde 7- Branco com Marrom 8- Marrom	1- Branco com Verde 2- Verde 3- Branco com Laranja 4- Azul 5- Branco com Azul 6- Laranja 7- Branco com Marrom 8- Marrom

Cabo crossover para Gigabit Ethernet
1- Branco com Laranja 2- Laranja 3- Branco com Verde 4- Azul 5- Branco com Azul 6- Verde 7- Branco com Marrom 8- Marrom	1- Branco com Verde 2- Verde 3- Branco com Laranja 4- Branco com Marrom 5- Marrom 6- Laranja 7- Azul 8- Branco com Azul

Você deve retirar apenas a capa externa do cabo e não descascar individualmente os fios, pois isso, ao invés de ajudar, serviria apenas para causar mau contato, deixando frouxo o encaixe com os pinos do conector.

A função do alicate é fornecer pressão suficiente para que os pinos do conector RJ-45, que internamente possuem a forma de lâminas, esmaguem os fios do cabo, alcançando o fio de cobre e criando o contato:

É preciso fazer um pouco de força para que o conector fique firme. Por isso, a qualidade do alicate é importante: evite comprar alicates muito baratos, pois eles precisam ser resistentes para aplicar a pressão necessária:

É preciso um pouco de atenção ao cortar e encaixar os fios dentro do conector, pois eles precisam ficar perfeitamente retos. Isso demanda um pouco de prática. No começo, você vai sempre errar algumas vezes antes de conseguir.

Veja que o que protege os cabos contra as interferências externas são justamente as tranças. A parte destrançada que entra no conector é o ponto fraco do cabo, onde ele é mais vulnerável a todo tipo de interferência. Por isso, é recomendável deixar um espaço menor possível sem as tranças. Para crimpar cabos dentro do padrão, você precisa deixar menos de meia polegada de cabo (1.27 cm) destrançado. Você só vai conseguir isso cortando o excesso de cabo solto antes de encaixar o conector, como na foto:

Outra observação é que além dos conectores metálicos, o cabo é preso dentro do conector através de uma trava plástica, que é também presa ao crimpar o cabo. A trava prende o cabo através da cobertura plástica, por isso é importante cortar todo o excesso de cabo destrançado, fazendo com que parte da cobertura plástica fique dentro do conector e seja presa pela trava. Sem isso, os contatos podem facilmente ser rompidos com qualquer esbarrão, tornando a rede como um todo menos confiável.

Acessórios, testadores, tomadas e emendas

Além do cabo e do conector RJ-45, existem dois acessórios, que você pode ou não usar em seus cabos, conforme a disponibilidade. O primeiro são as capas plásticas (boots), que são usadas nas pontas dos cabos para melhorar o aspecto visual. Por estarem disponíveis em várias cores, elas podem ser também usados para identificar os cabos, mas com exceção disso elas são puramente decorativas, não possuem nenhuma outra função. Para usá-las, basta colocar a capa antes do conector:

O segundo são os inserts, que são um tipo de suporte plástico que vai dentro do conector. Depois de destrançar, organizar e cortar o excesso de cabo, você passa os 8 fios dentro do insert e eles os mantém na posição, facilitando o encaixe no conector.

Os conectores RJ-45 projetados para uso em conjunto com o insert possuem um espaço interno maior para acomodá-lo. Devido a isso, os inserts são fornecidos em conjunto com alguns modelos de conectores e raramente são vendidos separadamente:

O primeiro teste para ver se os cabos foram crimpados corretamente é conectar um dos micros (ligado) ao hub e ver se os LEDs da placas de rede e do hub acendem. Isso mostra que os sinais elétricos enviados estão chegando até o hub e que ele foi capaz de abrir um canal de comunicação com a placa.

Se os LEDs nem acenderem, então não existe o que fazer. Corte os conectores e tente de novo. Infelizmente, os conectores são descartáveis: depois de crimpar errado uma vez, você precisa usar outro novo, aproveitando apenas o cabo. Mais um motivo para prestar atenção ;).

Existem também aparelhos testadores de cabos, que oferecem um diagnóstico muito mais sofisticado, dizendo, por exemplo, se os cabos são adequados para transmissões a 100 ou a 1000 megabits e avisando caso algum dos 8 fios do cabo esteja rompido. Os mais sofisticados avisam inclusive em que ponto o cabo está rompido, permitindo que você aproveite a parte boa.

Esses aparelhos serão bastante úteis se você for crimpar muitos cabos, mas são dispensáveis para trabalhos esporádicos, pois é muito raro que os cabos venham com fios rompidos de fábrica. Os cabos de rede apresentam também uma boa resistência mecânica e flexibilidade, para que possam passar por dentro de tubulações. Quase sempre os problemas de transmissão surgem por causa de conectores mal crimpados.

Existem ainda modelos mais simples de testadores de cabos, que chegam a custar em torno de 20 reais. Estes modelos mais simples realizam apenas um teste de continuidade do cabo, checando se o sinal elétrico chega até a outra ponta e, verificando o nível de atenuação, para certificar-se de que ele cumpre as especificações mínimas. Um conjunto de 8 leds se acende, mostrando o status de cada um dos 8 fios. Se algum fica apagado durante o teste, você sabe que o fio correspondente está partido. A limitação é que eles não são capazes de calcular em que ponto o cabo está partido, de forma que a sua única opção acaba sendo trocar e descartar o cabo inteiro.

Uma curiosidade é que algumas placas mãe da Asus, com rede Yukon Marvel (e, eventualmente, outros modelos lançados futuramente), incluem um software testador de cabos, que pode ser acessado pelo setup, ou através de uma interface dentro do Windows.

Ele funciona de uma forma bastante engenhosa. Quando o cabo está partido em algum ponto, o sinal elétrico percorre o cabo até o ponto onde ele está rompido e, por não ter para onde ir, retorna na forma de interferência. O software cronometra o tempo que o sinal demora para ir e voltar, apontando com uma certa precisão depois de quantos metros o cabo está rompido.

Para passar os cabos através de tubulações, utilize uma guia para passar os cabos, que pode ser comprada em qualquer loja de ferragens. Passar cabos pelas tubulações não é complicado, só exige uma boa dose de paciência para desmontar as caixas e verificar onde dá cada duto, já que raramente você terá o projeto da tubulação em mãos. Existem também lubrificantes específicos para cabos de rede, que ajudam o cabo a deslizar e podem ser usados para reduzir o stress mecânico sob o cabo ao passá-lo por conduítes apertados ou longas distâncias.

Cabos de rede podem ser passados junto com cabos de telefone e de TV a cabo sem problemas, mas não juntamente com cabos da rede elétrica. O problema com relação a eles é que o campo eletromagnético gerado pelos cabos elétricos induz corrente nos cabos de rede, o que gera interferência na transmissão, causando corrupção dos dados.

Graças ao sistema de checagem e retransmissão usados pelas placas de rede, raramente dados serão perdidos, mas as retransmissões irão reduzir a taxa de transferência e aumentar a latência da rede, com resultados variados. A interferência é maior em redes sem aterramento adequado ou em circuitos com cargas pesadas, como os usados por chuveiros e motores.

Passar cabos de rede nos dutos usados pelos cabos elétricos nunca é recomendável, mesmo em trechos pequenos. Verifique se não é possível passar os cabos por baixo do carpete, ou pelo forro do teto, por exemplo.

De qualquer forma, se não houver outro jeito, procure utilizar cabos de rede blindados e dê preferência às canaletas usadas por cabos destinados às tomadas e aos soquetes de iluminação. Depois de feita a instalação, teste a rede em diversas situações, monitorando o volume de pacotes perdidos e o ping da rede em diversas situações de uso.

Os padrões de cabeamento são definidos com uma boa margem de tolerância, para garantir que a rede funciona de forma confiável em qualquer situação. Já vi casos de cabos com bem mais de 100 metros, cabos de rede passados lado a lado com fios elétricos e até mesmo um cabo cross-over feito com fios de telefone! Enfim, o simples caso da rede "funcionar" não significa que o cabeamento foi bem feito. Trabalhar próximo do limite vai fazer com que a velocidade de transmissão da rede fique abaixo do normal (por causa de colisões, pacotes perdidos e retransmissões) e pode causar problemas de conectividade diversos, que podem ser complicados de diagnosticar e corrigir. Se você valoriza seu trabalho, procure seguir as regras e fazer um bom cabeamento. Redes bem cabeadas podem durar décadas. :)

Continuando, uma boa opção ao cabear é usar tomadas para cabos de rede, ao invés de simplesmente deixar o cabos soltos. Elas dão um acabamento mais profissional e tornam o cabeamento mais flexível, já que você pode ligar cabos de diferentes tamanhos às tomadas e substituí-los conforme necessário (ao mudar os micros de lugar, por exemplo). Existem vários tipos de tomadas de parede, tanto de instalação interna quanto externa:

O cabo de rede é instalado diretamente dentro da tomada. Em vez de ser crimpado, o cabo é instalado em um conector próprio (o tipo mais comum é o conector 110) que contém lâminas de contato. A instalação é feita usando uma chave especial, chamada em inglês de punch down tool:

A ferramenta pressiona o cabo contra as lâminas, de forma a criar o contato e ao mesmo tempo corta o excesso de cabo. Alguns conectores utilizam uma tampa que quando fechada empurra os cabos, tornando desnecessário o uso da ferramenta (sistema chamado de tool-less ou auto-crimp). Eles são raros, justamente por serem mais caros.

O próprio conector inclui o esquema de cores dos cabos, junto com um decalque ou etiqueta que indica se o padrão usado corresponde ao EIA 568A ou ao EIA 568B. Se você estiver usando o EIA 568B no restante da rede e o esquema do conector corresponder ao EIA 568A, basta trocar a posição dos pares laranja e verde no conector.

Outro conector usado é o keystone jack, uma versão fêmea do conector RJ-45, que é usado em patch panels (veja a seguir) e pode ser usado em conectores de parede, em conjunto com a moldura adequada. Os cabos são instalados da mesma forma que nos conectores de parede, usando a chave punch down:

Existem também emendas (couples) para cabos de rede, que consistem em dois conectores RJ-45 fêmea, que permitem ligar diretamente dois cabos, criando um único cabo mais longo:

O problema com eles é que quase todos os adaptadores baratos que vemos à venda aqui no Brasil são destinados a cabos de voz e não a cabos de rede. Isso significa que eles não atendem às especificações dos cabos cat5 ou cat5e e causam uma grande atenuação do sinal quando usados.

Eles geralmente funcionam sem grandes problemas quando usados em conjunto com cabos curtos em redes de 100 megabits, mas causam graves problemas de atenuação em redes gigabit, desconectando a estação, ou fazendo com que as placas chaveiem para um modo de transmissão mais lento de forma a manter a conexão.

Emendas destinadas a cabos de rede são quase sempre rotuladas com a categoria à qual atendem com uma etiqueta ou decalque (como a da foto à direita), mas são mais caras e mais difíceis de encontrar.

Na falta de uma, o correto é substituir os dois cabos por um único cabo maior, ou fazer uma extensão, usando um cabo com um conector RJ-45 crimpado de um lado e um keystone jack (ou uma tomada de parede) do outro.

Cabeamento estruturado

Montar uma rede doméstica é bem diferente de montar uma rede local de 100 pontos em uma empresa de médio porte. Não apenas o trabalho é mais complexo, mas também por que existem normas mais estritas a cumprir. O padrão para instalação de redes locais em prédios é o ANSI/TIA/EIA-568-B, que especifica normas para a instalação do cabeamento, topologia da rede e outros quesitos, que chamamos genericamente de cabeamento estruturado. No Brasil, temos a norma NBR 14565, publicada pela ABNT em 2001.

A norma da ABNT é ligeiramente diferente da norma internacional, a começar pelos nomes, que são modificados e traduzidos para o português, por isso vou procurar abordar os pontos centrais para que você entenda como o sistema funciona, sem entrar em detalhes pedanticos sobre a norma propriamente dita.

A idéia central do cabeamento estruturado é cabear todo o prédio de forma a colocar pontos de rede em todos os pontos onde eles possam ser necessários. Todos os cabos vão para um ponto central, onde ficam os switches e outros equipamentos de rede. Os pontos não precisam ficar necessariamente ativados, mas as instalação fica pronta para quando precisar ser usada. A idéia é que a longo prazo é mais barato instalar todo o cabeamento de uma vez, de preferência antes do local ser ocupado, do que ficar fazendo modificações cada vez que for preciso adicionar um novo ponto de rede.

Tudo começa com a sala de equipamento (equipment room), que é a área central da rede, onde ficam os servidores, switches e os roteadores principais. A idéia é que a sala de equipamento seja uma área de acesso restrito, onde os equipamentos fiquem fisicamente protegidos.

Em um prédio, a sala de equipamento ficaria normalmente no andar térreo. Seria inviável puxar um cabo separado para cada um dos pontos de rede do prédio, indo da sala de equipamento até cada ponto de rede individual, por isso é criado um segundo nível hierárquico, representado pelos armários de telecomunicações (telecommunications closed).

O armário de telecomunicações é um ponto de distribuição, de onde saem os cabos que vão até os pontos individuais. Normalmente é usado um rack, contendo todos os equipamentos, que é também instalado em uma sala ou em um armário de acesso restrito.

Além dos switches, um equipamento muito usado no armário de telecomunicações é o patch panel, ou painel de conexão. Ele é um intermediário entre as tomadas de parede e outros pontos de conexão e os switches da rede. Os cabos vindos dos pontos individuais são numerados e instalados em portas correspondentes do patch panel e as portas utilizadas são então ligadas aos switches:

Além de melhorarem a organização dos cabos, os patch panels permitem que você utilize um número muito maior de pontos de rede do que portas nos switches. A idéia é que você cabearia todo o escritório, ou todo o andar do prédio, deixando todas as tomadas ligadas ao patch-panel. Se for um escritório novo, provavelmente poucas das tomadas serão usadas de início, permitindo que você use um único switch. Conforme mais tomadas passarem a ser usadas, você passa a adicionar mais switches e outros componentes de rede, conforme a necessidade.

Outra vantagem é que com os cabos concentrados no patch panel, tarefas como desativar um ponto ou ligá-lo a outro segmento da rede (ligando-o a outro switch ou roteador) ficam muito mais simples.

Os patch panels são apenas suportes, sem componentes eletrônicos e por isso são relativamente baratos. Eles são normalmente instalados em racks, junto com os switches e outros equipamentos. Os switches são ligados às portas do patch panel usando cabos de rede curtos, chamados de "patch cords" (cabos de conexão). Os patch cords são muitas feitos com cabos stranded (os cabos de par trançado com várias fibras) de forma a serem mais flexíveis.

Cada andar tem um ou mais armários de telecomunicações (de acordo com as peculiaridades da construção e a distância a cobrir) e todos são ligados a um switch ou um roteador na sala de equipamento através de cabos verticais chamados de rede primária (também chamada de cabeamento horizontal ou de backbones). Se a distancia permitir, podem ser usados cabos de par trançado, mas é muito comum usar cabos de fibra óptica para esta função.

Na entrada do prédio teríamos ainda a sala de entrada de telecomunicações, onde são conectados os cabos externos, como linhas de telefones, links de internet, cabos ligando o prédio a outros prédios vizinhos e assim por diante:

Temos em seguida a rede secundária (que na norma internacional é chamada de "horizontal cabling", ou cabeamento horizontal), que é composta pelos cabos que ligam o armário de telecomunicações às tomadas onde são conectados os PCs da rede. Estes são os cabos permanentes, que são instalados como parte do cabeamento inicial e continuam sendo usados por muito tempo.

Como você pode notar, este sistema prevê o uso de três segmentos de cabo,

a) O patch cord ligando o switch ao patch panel.

b) O cabo da rede secundária, ligando o patch panel à tomada na área de trabalho.

c) O cabo entre a tomada e o PC.

Dentro do padrão, o cabo da rede secundária não deve ter mais do que 90 metros, o patch cord entre o patch panel e o switch não deve ter mais do que 6 metros e o cabo entre a tomada e o PC não deve ter mais do que 3 metros.

Estes valores foram definidos tomando por base o limite de 100 metros para cabos de par trançado (90+6+3=99), de forma que, ao usar um cabo de rede secundária com menos de 90 metros, você pode usar um patch cord, ou um cabo maior para o PC, desde que o comprimento total não exceda os 100 metros permitidos.

Em um ambiente já existente, os cabos podem ser passados através de um teto falso, ou através das canaletas usadas pelos fios de telefone. Em casos extremos pode ser usado piso falso (piso elevado), permitindo que o cabeamento passe por baixo. O problema de usar piso falso é que os suportes são caros. No caso de prédios em construção, é possível incluir canaletas específicas para os cabos de rede, facilitando o cabeamento:

As salas e os outros ambientes contendo as tomadas, onde ficam os micros são chamadas de área de trabalho (work area). Na norma da ABNT, as tomadas são chamadas de "pontos de telecomunicações" e não de "pontos de rede". Isso acontece por que o cabeamento estruturado prevê também o uso de cabos de telefone e outros tipos de cabos de telecomunicação, não se limitando aos cabos de rede.