FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS
INTERFACES DIGITAIS
PARTE 1 – COMUNICAÇÃO DE DADOS
PARTE 1 – COMUNICAÇÃO DE DADOS
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS
INTERFACES DIGITAIS
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Computador e usuário Usuário: “...que utiliza algum serviço ou
equipamento coletivo”; Dicionário Silveira Bueno Serviços:
Compartilhamento de recursos Acesso a informações remotas Comunicação entre pessoas Lazer e entretenimento E-business, outros
Mundo analógico x Mundo Digital Bit>byte>caractere>informação>dados...
COMUNICAÇÃO DE DADOS
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Telecomunicações x Comunicação de dados
Informação analógica
• Sinais de Rádio
• Sinais Opticos
• Sinais Eletricos
Informacao digital
• Sinais digitais e/ou sinais analógicos convertidos para sinais digitais processados por sistemas computacionais
Disciplinas IER, RCO 2!!
TRATA COMTRATA COM
CONVERTIDA/TRANSFORMADA
EM
TRANSMITIDA A DISTANCIA
USA MEIOS DE TRANSMISSAO
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Redes Públicas e Privadas : Modelo Genérico
INFRA ESTRUTURA
CENTRAL LOCAL
OPERADORA DE SERVIÇOS
USUÁRIOSrede 1
rede 4
rede 3
rede 2
?NOSSA MISSÃO!
Público:
serviços gratuitos (?)
Modelo básico de
comunicação de dados
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Modelo Básico de Comunicação de Dados
Modem A
Modem B
DTE A DTE BDCE A DCE BMeio de comunicação
ID – Interface DigitalIA–Interface Analógica
Cabo lógico
Comunicação Física
Comunicação Lógica
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Topologia das Redes Define os componentes Básicos de HW e SW Ponto à ponto
Estrela, Árvore, Anel Difusão
Barramento, Anel, Wire-less Chaveadas
Por circuitos ou por pacotes
Sistemas Computacionais Centralizados Descentralizados Distribuídos
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Modelos Computacionais Cliente/Servidor Ponto à Ponto www based Serviços emergentes de compartilhamento based
Tipos de DTE Burros (Dummy) Inteligentes Computadores Emuladores
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Conceitos importantes para o modelo básico de comunicação de dados Sentido da Transmissão
Simplex, Semi (half) duplex, (full) duplex Transporte da informação
Serial ou paralelo Determina a capacidade, custo de HW, Flexibilidade e
imunidade à ruídos Taxa de transmissão (bps) Sincronismo da Transmissão dos bits
Síncrono ou Assíncrono Número de links (meios de transmissão)
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Códigos de comunicação Processo para representar a informação Códigos digitais: Gray, BCD... Códigos alfanuméricos: BAUDOT, ASCII, EBCDIC...
Código ASCII Versão normal “American Standard For Code
Information Interchange” com 7 bits bom só para a língua inglesa
Versão estendida: Resolve os grafemas diacríticos como: á, é, ô, ç, ü, etc.
Ao mesmo tempo Grafemas de outras línguas não dá! Sitemas cirílico, árabe, hebraico, grego, russo, etc…
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Unicode – padrão 16 bits Definido pela Unicode Consortium (www.unicode.org)
Unicode Latim Básico Unicode Latim I Suplementar Unicode Latim Estendido A Unicode Latim Estendido B Unicode Extensões IPA Unicode Letras modificadoras de espaçamento Unicode Sinais diacríticos combinados
Blocos como IPA especial interesse dos lingüistas: simbologia do Alfabeto Fonético Internacional (AFI)
Adotado pela indústria de software SAMPA - alternativa de 7 bits para representar o AFI
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Exercício sobre código: Preocupando-se somente com a seqüência dos bits
dos caracteres na linha do tempo (MSB primeiro...), represente a frase “Oi!” transmitida nos seguintes códigos de comunicação: Baudot ASCII Normal ASCII estendido EBCDIC Unicode LATIM I SAMPA
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Comunicação assíncrona O sinal de TD na ID indica o início e final de cada
caractere (sincronismo de caractere) Uso do protocolo elementar start-stop Exige somente três fios na ID para uma comunicação
full-duplex Uso de uma UART (Unidade Assíncrona de Recepção
e Transmissão) implementada em HW e/ou SW Custo baixo na ID porém ineficiente
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Exemplo de transmissão assíncrona com 8 bits e sem Paridade e estado inicial da linha alto.
Eficiência Te=100*info/(info+ctle) [%] (máx=80%!) Overhead Oh=100*[(info+ctle)/info]-1 [%]
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Conexão FÍSICA da ID em modo assíncrono duplex (Sem sinais de controle)
ID ID
TDRD
GND
RD
TDGND
TD – transmissão de dadosRD – recepção de dados
GND – terra ou referência digital (ground)
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Conexão FÍSICA da ID em modo assíncrono duplex em um modelo básico de comunicação de dados
ID ID
TD
RD
GND
ID ID
RD
TD
GND
Modem
(ECD)
Modem
(ECD)
MEIO
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Comunicação síncrona O sinal de TD/RD na ID necessita de um sinal adicional
separado para dar o compasso da amostragem dos bits de dados. Não há start/stop.
Todos os bits de TD são dados EXIGÊNCIA de um protocolo na camada de enlace
(orientado à bit ou à byte). A Te e Oh fica dependente deste protocolo!
Exige 5 fios na ID para uma comunicação full-duplex Uso de uma USART (Unidade Síncrona Assíncrona de
Recepção e Transmissão) implementada em HW e/ou SW Custo elevado na ID porém é possível conseguir índices de
eficiência mais próximos de 100%
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
Conexão FÍSICA da ID em modo síncrono duplex. Por padrão universal o ECD é o equipamento que deve gerar o sincronismo de TD e RD.
ID ID
TD
RD
GND
ECD
TC
RC
TD
RD
GND
TC
RCETD
TC – TRANSMITER CLOCK
RC – RECEIVER CLOCK
MEIO
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PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS
INTERFACES DIGITAIS
PARTE 1 – COMUNICAÇÃO DE DADOS
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
Modelo OSI sugeriu 7 camadas para garantir a compatibilidade de sistemas computacionais
Mas... só transmitir não é o propósito. Receber com integridade a informação é necessidade!
A camada de enlace garante tarefas importantes nesse objetivo: Estabelece o enlace; Realiza a comunicação com seu devido controle de fluxo; Encerra a comunicação; Reinicializa a comunicação quando necessário.
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
Todo dado a ser transmitido precisa ser fragmentado em partes (pacotes) para manter o controle de sua entrega ao destino.
Para garantir a integridade da informação na recepção um mecanismo de detecção de erros é fundamental
Os protocolos podem ser: Mestre/escravo: Uma estação mestre controla toda
comunicação com as estações escravas => protocolos tipo pára-espera
Democráticos: Qualquer estação tem direito de iniciar uma comunicação
A organização dos bits ou bytes precisar seguir critérios padrão do protocolo. Protocolos orientados à byte Protocolos orientados à bit
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
Protocolos orientados à byte (ou caractere) Usam caracteres específicos das tabelas de códigos (ASCII –
ACK, EOT, STX...) Normalmente são do tipo pára-espera. Podem ser utilizados em modo síncrono ou assíncrono Ineficientes
Pacote com muitos bytes de controle Half-duplex
Estrutura básica do pacote: Laranja:delimitadores de quadro (sincronização de pacote) Azul: pacote geral
8168variável888888
PADBCCETXINFOSTXENDSOHSYNSYNPAD
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
Exemplo do BSC1 (IBM) ponto a ponto
Fase 1 Estabelecimento do enlace
Fase 2 Comunicação de dados
Fase 3 Encerramento do enlace
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
Exemplo do BSC1 (IBM) ponto a ponto como diagrama temporal Representa-se os
dados mais importantes dos pacotes trocados.
Todos os pacotes possuem os bytes delimitadores de quadro.
t(ms)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
t(ms)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ENQ
INFO 2
INFO 1
ACK
ACK
NACK
ACK
EOT
INFO 2
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
Exercícios: 1) Do ponto de vista de bytes transmitidos, qual a
eficiência (Te) da comunicação de dados completa do diagrama temporal exemplo em BSC1 do slide anterior? Considere comunicação em modo síncrono, BCC=8bits e campos de INFO fixos de 128bytes.
2) Qual o overheah (Oh)? 3) Dado a escala de tempo no diagrama, determine a
eficiencia do ponto de vista de tempo de transmissão. 4) Do ponto de vista da estacao A, considerando a escala
de tempo do diagrama, qual a taxa media efetiva em bps da transmissao? E do ponto de vista da estacao B?
5) Do ponto de vista de bytes transmitidos, qual a eficiencia desta comunicação se ela fosse transmitida na camada fisica em modo assíncrono com a configuração 8E2!
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
Exemplo do BSC3 (IBM) multiponto
ESTAÇÃO C
ESTAÇÃO B
ESTAÇÃO A (MESTRE)
EOT Modo de Controle
ACK0
EOT
EOT
SOH STX
END. B ENQ Estação B quer Transmitir??
Não!!
DESTINO INFO ETX BCC
Estação C quer Transmitir??
Recebi corretamente!
Fim de transmissão.
Sim!! Eis a informação...
FASE POOL
END. C ENQ
FASE SE LECT
ACK1
ACK0 ETX
EOT
Estação C Quer Receber??
Estação B quer Receber??
Sim!!
BCC INFO STX Envio da Informação.
Fim de recepção. Retorno ao Modo de Controle
Recebi corretamente!
ACK1
ACK0 ETX
Sim!!
BCC INFO STX Envio da Informação armazenada de outra estação.
Recebi corretamente!
end b ENQ
end c ENQ
origem SOH
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO Protocolos orientados à bit
Usam BITs do campo de controle para determinar a várias funções do pacote
Podem ser utilizados em modo síncrono ou assíncrono Eficientes pois:
Usam o conceito de janelas deslizantes Usam o reconhecimento por carona Full duplex Estrutura do quadro reduzida
Estrutura básica do pacote: Laranja:sincronização de pacote Azul: pacote geral
816variável888
flagCRCINFOCTLEENDflag
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
Protocolos orientados à bit: Funções do campo de controle
M = 32 comandos ou respostas de desconexão, rejeição, teste, etc...
S = controle de fluxo e confirmação e rejeição de frames
P/F = Pooling (estação principal) ou último frame (secundária)
MP/FM11Gerência - U
N (R)P/FS01Supervisão - S
N (R)P/FN (S)0informação - I
01234567 bittipo
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PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS
INTERFACES DIGITAIS
PARTE 1 – COMUNICAÇÃO DE DADOS
INTERFACES DIGITAIS
O par metálico como meio de transmissão: Mais que 90% de uso na última milha no modelo
básico de comunicação de dados Pode ser modelado eletricamente
Par de fios
A B
R/Km
L/Km
C/Km
B A
Modelo elétrico simplificado
INTERFACES DIGITAIS
O par metálico como meio de transmissão: Modelo elétrico mais aproximado: Duplo T
A B
(R/4)/Km
C/Km
(R/4)/Km
(R/4)/Km (R/4)/Km
Fonte de sinal
carga
INTERFACES DIGITAIS
Comparativo com outros meios de transmissão: Atenuação versus banda-passante
100
10
1
Cobre - Mhz 0.1
Radio - Ghz 1000
100 0.1 10
Fibra - microm 1.5 1.3
Atenuação dB/Km
par trançado 26 AWG
cabo coaxial 2,5/9.5mm
Rádio
Fibra
1.7
INTERFACES DIGITAIS
Necessidade da padronização de Interfaces Digitais: A transferência de dados entre equipamentos DTEs e/ou
DCEs utiliza taxas, alcances e propósitos diversos A característica elétrica do sinal deve respeitar cada
aplicação Interoperabilidade e universalização das conexões Necessita definir:
Características mecânicas Descrição funcional dos sinais utilizados Características Elétricas (esta define o padrão
“comercial”)
INTERFACES DIGITAIS
Sinais não diferencias (sempre não balanceados) e Sinais diferenciais (balanceados ou não)
Pinos correspondentes no conector da ID
Gerador não balanceado
Gerador balanceado com sinal diferencial
Receptor diferencial
Receptor diferencial balanceado
Ex. circuito balanceado Ex. circuito não balanceado
Saída S+R
Ruído (R)Sinal (S)
Sinal (S)
Saída S
INTERFACES DIGITAIS
Normatização das IDs: Necessário definir limites elétricos para que um sinal
seja considerado “1” ou “0” lógico A Associação da Indústria Eletrônica (EIA) definiu
padrões como os Recomendation Standart (RS) RS232, RS485, RS423 etc...
Circuitos balanceados (diferenciais) ou não e as taxas em bps aplicáveis são as bases da criação dos dos padrões. Ex.: RS530, V.35 estabelecem circuitos mistos diferenciais e não diferenciais para altas taxas.
As mais utilizadas nos circuitos de dados são RS232, RS485, V.35, V.36 e G.703.
INTERFACES DIGITAIS Normatização das IDs: Premissas Básicas
A necessidade de troca de informações em geral é para localidades distantes
O modelo básico de comunicação de dados prevê então DTEs Distantes
Se há meio de transmissão entre DTEs, há DCEs obrigatoriamente
Os DCEs regem todo o controle sobre a camada física e o compasso (sincronismo) entre os DTEs
Toda interface digital portanto deve prever uma padronização elétrica, mecânica e funcional para uma conexão entre DTE-DCE
De forma elementar, um pino da ID que é fonte no DTE será carga no mesmo pino no DCE e vice-versa. Nasce o conceito de cabo pino-à-pino (ou cabo direto ou 1:1)
INTERFACES DIGITAIS
Normatização das IDs: Exemplo do Modelo Elétrico de um Circuito fonte-carga do TD da RS232 (padrão CT1XX)
R0
RLCLC0
VL
EL
V0
TERMINADOR
DRIVER
origem destino
fonte carga
TD
CT103
Pino 2 da ID
Pino 7 da ID Cabo
lógico
INTERFACES DIGITAIS
Grupo de sinais (circuitos)
PARA NOSSO ESTUDO!
Em uma comunicação que usa todos os sinais ao lado:
O TD só é liberado se CTS,DSR,DCD, TC e RC estiverem presentes
O RD só é liberado se RTS, DTR e TCKE estiverem presentes
RC
TC
TCKE
DCD
DTR
DSR
CTS
RTS
RD
TD
GND
Terra
Sinal
XDTE113
X-102
XDTE108
X
X
Grupo sincro.
X
X
X
X
Grupo controle
X
Grupo refer.
DCE115
DCE114
DCE109
DCE107
DCE106
DTE105
XDCE104
XDTE103
-101
Grupo dados
OrigemCT
INTERFACES DIGITAIS
Grupo de sinais (circuitos)
Mais importantes
X
X
X
Grupo sincro.
X
X
X
X
X
X
X
Grupo controle
X
X
Grupo refer.
XTEST142
TCKE113
X-111/112
XRI125
XLDR140
DTR108
XLAL141
RC115
TC114
DCD109
GND102
DSR107
CTS106
RTS105
XRD104
XTD103
Terra101
Grupo testes
Grupo dados
SinalCT
INTERFACES DIGITAIS
Interface RS232
RS232C
INTERFACES DIGITAIS
Resumo dos circuitos da interface digital RS232 e RS232C (V.24) (CANAL PRINCIPAL)
Todos os sinais não-diferenciais e limitados em 20Kbps (V.28)
Aplicações Síncronas ou assíncronas
MODEM EM TESTEDCETEST14225-
RELÓGIO DE TRANSMISSÃO EXTERNO
DTETCKE11324-
SELEÇÃO DE TAXA DE TRANSMISSÃO
DTE/DCE
-111/11223-
INDICADOR DE CHAMADA (RING)DCERI125229
COMANDO DE LDRDTE-14021-
TERMINAL DE DADOS PRONTODTEDTR108/2204
COMANDO DE LALDTE-14118-
RELÓGIO DE RECEPÇÃODCERC11517-
RELÓGIO DE TRANSMISSÃODCETC11415-
ALIMENTAÇÃO EXTERNADCE-12V-10-
ALIMENTAÇÃO EXTERNADCE+12V-9-
PORTADORA DETECTADADCEDCD10981
TERRA DIGITAL-GND10275
MODEM PRONTODCEDSR10766
PRONTO PARA TRANSMITIRDCECTS10658
PEDIDO PARA TRANSMITIRDTERTS10547
DADOS RECEBIDOSDCERD10432
DADOS TRANSMITIDOSDTETD10323
TERRA DE PROTEÇÃO-Terra1011-
FUNÇÃOORIGEMSINALCIRCUITO (CT)
PINO DB25
PINO DB9
Pinout – relação da posição dos pinos com seus
respectivos sinais para o
padrão mecânico (conector)
INTERFACES DIGITAIS Interface V.35
Aplicações exclusivamente síncronas Velocidades acima de 48Kbps e até 2Mbps Grupo de sinais de dados e Sincronismo São diferenciais (V.35) Grupo de sinais de controle não diferenciais (V.28) Conector padrão M.34 (ISO2593)
Interface V.36 Aplicações exclusivamente síncronas em ambientes ruidosos Velocidades acima de 48Kbps e até 2Mbps (RS449) Exceto os grupos de teste, os demais sinais são diferenciais (V.11) Conector padrão DB37 (ISO4902)
INTERFACES DIGITAIS Conectores das interfaces V.35 e V.36 (referência tipo Macho)
V.36
INTERFACE V.35
Pinouts padrões
RELÓGIO DE RECEPÇÃODCERTaRTb
115619
179
VX
RELÓGIO DE TRANSMISSÃO
DCESTaSTb
114316
1512
YAA/aa
RELÓGIO DE TRANSMISSÃO EXTERNO
DTETTaTTb
1131124
2411
UW
PORTADORA DETECTADA
DCERR109108F
TERMINAL PRONTODTEDT108-20H
MODEM PRONTODCEDM10796E
PRONTO PARA TRANSMITIR
DCECS10675D
PEDIDO PARA TRANSMITIR
DTERS10554C
DADOS RECEBIDOSDCERDaRDb
104417
316
RT
DADOS TRANSMITIDOSDTESDaSDb
103215
214
PS
TERRA DIGITAL-S.GND102a102b
13723
B
TERRA DE PROTEÇÃO-P.GND10111A
FUNÇÃOORIGEMSINALCircuito (CT)
PINO DB25
TELERÁS
PINO DB25
ISO2110
PINO M34 ISO2593
INTERFACE V.36
Pinouts padrões
RELÓGIO DE RECEPÇÃO
DCERTaRTb
115a115b
619
179
826
RELÓGIO DE TRANSMISSÃO
DCESTaSTb
114a114b
316
1512
523
RELÓGIO DE TRANSMISSÃO EXTERNO
DTETTaTTb
113a113b
1124
2411
1735
PORTADORA DETECTADA
DCERRaRRb
109a 109b
1022
810
1331
TERMINAL PRONTODTEDTaDTb
108a108b
--
--
1230
MODEM PRONTODCEDMaDMb
107a107b
921
623
1129
PRONTO PARA TRANSMITIR
DCECSaCSb
106a 106b
720
513
927
PEDIDO PARA TRANSMITIR
DTERSaRSb
105a105b
518
419
725
DADOS RECEBIDOSDCERDaRDb
104a104b
417
316
624
DADOS TRANSMITIDOS
DTESdaSDb
103a103b
215
214
422
TERRA DIGITAL (DE SINAL)
-S.GNDaS.GNDb
102a102b
13723
1920
TERRA DE PROTEÇÃO
-P.GND101111
FUNÇÃOORIGEMSINALCircuito (CT)
PINO DB25
TELERÁS
PINO DB25
ISO2110
PINO DB37 ISO4902
INTERFACES DIGITAIS
Interface RS485 Sinais diferenciais balanceados com saída
tri-state Conectada em barramento de 2 (half-
duplex) ou 4 fios (full) com até 4000 pés Obrigatório o uso de protocolos para
endereçar os dispositivos Adequada para redes multiponto com até
32 dispositivos em 2 fios com driver padrão (utilizando repetidores ou drivers especiais é possível muito mais!)
Possibilidade de criação de redes locais
INTERFACES DIGITAIS RS485 @2 FIOS
Multiponto half-duplex
até 256 pontos
Multiponto half-duplex
até 256 pontos
INTERFACES DIGITAIS SPECIFICATIONS RS232 RS423 RS422
Mode of Operation SINGLE-ENDED
SINGLE-ENDED DIFFERENTIAL DIFFERENTIAL
Total Number of Drivers and Receivers on One Line (One driver active at a time for RS485 networks)
1 DRIVER1 RECVR
1 DRIVER10 RECVR
1 DRIVER10 RECVR
32 DRIVER32 RECVR
Maximum Cable Length 50 FT. 4000 FT. 4000 FT.Maximum Data Rate (40ft. - 4000ft. for RS422/RS485) 20kb/s 100kb/s 10Mb/s-100Kb/s 10Mb/s-100Kb/s
Maximum Driver Output Voltage +/-25V +/-6V -0.25V to +6V -7V to +12VDriver Output Signal Level (Loaded Min.) Loaded +/-5V to
+/-15V +/-3.6V +/-2.0V
Driver Output Signal Level (Unloaded Max) Unloaded +/-25V +/-6V +/-6V
Driver Load Impedance (Ohms) 3k to 7k >=450 100 Max. Driver Current in High Z State Power On N/A N/A N/A +/-100uA
Max. Driver Current in High Z State Power Off +/-6mA @
+/-2v +/-100uA +/-100uA
Slew Rate (Max.) 30V/uS Adjustable N/AReceiver Input Voltage Range +/-15V +/-12V -10V to +10V -7V to +12V
Comparativos RS485
INTERFACES DIGITAIS
Interface G.703/G.704 Um único sinal codificado em cada par de fios de
entrada/saída = Interface mecânica simplificada! HDB3 para 2Mbps (75Ω) e estrutura G.704 (interface E1) Padrão codirecional para 64Kbps (120Ω)
Sinal G.703 64Kbps codirecional
1 8 7 6 5 4 3 2 1 8 7
1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1
Posição do bit
Bit de dados
Passo 1-3
Passo 4
Passo 5
violação violação
INTERFACES DIGITAIS
Padrões mecânicos G.703
INTERFACES DIGITAIS Cabos lógicos
Seu custo é relevante e obrigatório na infra-estrutura. Má qualidade dos componentes ou de sua construção afeta o
desempenho e confiabilidade dos circuitos de dados. Todos os sinais possuem um local de origem no DTE ou DCE Devem devem interligar adequadamente cada par de
equipamentos respeitando basicamente: Não ligar pinos de origem com outros de origem Não ligar pinos de destino com outros de destino Operação funcional do par origem/destino
Cabos acima de 15m devem possuir malha ou fita de blindagem
Para interfaces com sinais diferenciais cabos devem ser preferencialmente pareados (especialmente se > 15m)
Utilizar a quantidade de pinos (pinout) realmente necessária na ID