È ormai prassi consolidata distribuire i segnali per la le
varie applicazioni (PC, telefoni, stampanti) in uso negli ambienti di ufficio
e, ormai spesso anche in abitazioni private, mediante la tecnica del cablaggio strutturato,
il cui principali vantaggi sono la versatilità nella distribuzione dei vari
servizi (collegamento di PC, telefoni, stampanti di rete, videoconferenze,
controllo accessi) e la rapida riconfigurazione nella distribuzione dei
segnali. Inoltre, nei casi (la grande maggioranza) in cui è realizzato in
conformità alle norme internazionali, esso consente la gestione di apparati di
diversi costruttori e la compatibilità con diversi tipi di reti, quali
Ethernet, FDDI, ATM.
Le reti di più largo utilizzo in ambiente domestico ed
ufficio sono ancora a tutt’oggi le LAN Ethernet.
Lo standard più direttamente collegato al cablaggio
strutturato per l’Europa è l’IEC 11801, cui si ispirano il Cenelec 50173 e 50174,
nonché la norma italiana CEI EN 50173 (CEI 303-14). Insieme con quest’ultima,
le norme CEI 306-3, 4 e 5 stabiliscono le tipologie di cavi da utilizzare, le
loro caratteristiche, la modalità di installazione ecc.
Anche le norme in uso in Nord America (EIA/TIA) sono da
menzionare, non solo per un motivo storico, in quanto sono state le prime ad
essere emesse sull’argomento (EIA/TIA 568), ma anche perché è ancora oggi
invalso l’uso di caratterizzare i cavi con parametri presi da questa. La EIA
568 riguarda principalmente i criteri di progetto e le caratteristiche dei
componenti, mentre la EIA 569 riguarda l’installazione.
L’architettura utilizzata è generalmente a stella e di tipo
gerarchico, nel senso che, in dipendenza dall’estensione dell’area da
attrezzare, vi è un centro stella con le apparecchiature da cui si dipartono le
linee verso gli armadi di gerarchia inferiore, dai quali, eventualmente, si
dipartono le linee verso gli armadi di livello gerarchico a loro volta
inferiori.
Per la precisione, il collegamento presa di utente - patch
panel (pannello permutatore) è la parte cui sono richiesti i requisiti di
trasmissione relativi alla categoria (o alla classe) prevista.
È
evidente che un sistema di cablaggio può operare in maniera affidabile
anzitutto se i collegamenti, intendendo con ciò l’insieme dei cavi, dei
connettori, delle prese ecc., sono correttamente posati e in buone condizioni.
I mezzi trasmissivi, cioè i cavi, utilizzabili per la
realizzazione di LAN sono:
cavo coassiale da ¼ di
pollice (il così detto cavo thin
Ethernet) RG 58 da 50 Ohm, che può avere una lunghezza massima di 185 mt,
adatto alla trasmissione 10 Mbps (denominata 10base2), secondo lo standard IEEE 802.3
cavo coassiale da ½
pollice (il così detto cavo thick Ethernet), con lunghezza massima di 500 mt, anch’esso da 50 Ohm (trasmissione
10base5)
cavo UTP in rame
a 4 coppie (Unshielded Twisted Pair), con lunghezza massima di 100 mt (non
essendo schermato, non è protetto contro le interferenze
cavo STP in rame
a 4 coppie (Shielded Twisted Pair) con calza di rame.
Vi sono anche cavi schermati con foglio di alluminio, di
qualità inferiore a quelli schermati con calza di rame e cavi con schermatura
delle singole coppie e schermatura delle quattro coppie insieme, quini di
qualità superiore (FTP e S-FTP rispettivamente).
Questi cavi realizzati con doppini intrecciati sono di tipo
bilanciato. Possono avere la guaina in PVC o possono essere del tipo LSZH e utilizzano
connettori RJ45.
fibra ottica, fino
a 200 Gbps
Le fibre ottiche devono avere un’attenuazione inferiore a
3.5 dB/km, mentre i connettori 0.75 dB e le giunzioni 0.3 dB. Altri
parametri importanti sono il Return Loss (> 20 dB) e la larghezza di banda
(> 200 MHz *km).
Per i cavi le norme americane distinguono sette categorie
fondamentali. La categoria 1 è per il segnale telefonico (doppino a quattro
fili), mentre la categoria 5, che utilizza un doppino con avvolgimenti più
fitti e un miglior isolante, è per la trasmissione dati fino a 100 MHz (standard
Ethernet 100BaseT o Fast Ethernet), con larghezza di banda fino a 100 MHz
Esiste anche la cat. 5E, che presenta specifiche piu’
stringenti sull’attenuazione e la paradiafonia. Cavi con il livello qualitativo
di categoria 5E consentono la trasmissione a 1 Gbps (Giga Ethernet), sempre con larghezza di banda di 100 MHz.
Le cat. 6 e 7 consentono frequenze di lavoro superiori (10 Gbps, con larghezza di banda fino a 250
e 600 MHz rispettivamente).
Le norme europee usano il termine classe per differenziare la qualità e la prestazione di un
collegamento, nell’ambito del cablaggio strutturato (se ne distinguono sette,
A, B, C, D, E, F, ottica), mentre il termine categoria è utilizzato dalle norme americane, anche se rimane
ancora molto usato anche in Europa.
Per quanto riguarda gli aspetti installativi, occorre
anzitutto tener conto della forza di tiro dei cavi raccomandata dal
costruttore, che non deve essere superata per non danneggiare il cavo. Altro
aspetto fondamentale è il raggio di curvatura, sia del cavo che delle canaline
in cui esso eventualmente è posato. Il raggio di curvatura del cavo non deve
essere inferiore a quattro volte il diametro esterno del cavo stesso (valore
che prudenzialmente si eleva a otto volte il diametro esterno per le operazioni
condotte durante l’installazione.
I tubi invece devono avere un raggio di curvatura non
inferiore a sei volte il raggio interno del tubo, che diventa dieci volte per
tubi superiori a 50 mm.
La raccomandazione della norma è di prevedere una postazione
di lavoro ogni 10 mq, se la superficie è delimitata da pareti fisse, e una ogni
6-7 mq in open space.
Tra gli elementi necessari alla realizzazione di un
cablaggio strutturato occorre anche prevedere alcuni accessori, quali i
pannelli passacavo, per consentire una disposizione ordinata dei cordoni di
permutazione, un quadro a parete o un armadio da pavimento, le cassette di
derivazione (che devono essere sufficientemente ampie). Per interfacciare
dispositivi tradizionali con il cablaggio strutturato (per es. cavo
coax-twisted pair) si usano i balun,
che sono degli appositi adattatori di impedenza (balanced-unbalanced).
I cavi, sia quelli di dorsale che quelli di cablaggio
orizzontale vanno identificati singolarmente, così come le prese d’utente
collegate agli armadi di piano, per le quali va indicato anche l’identificativo
dell’armadio, se ve ne sono più di uno al piano, dei patch-panel contenuti
nell’armadio, dei blocchi di ogni patch panel e delle prese di ciascun blocco. Le
notazioni identificative riportate su tutti questi componenti devono servire
poi a compilare la tabella con tutte le connessioni dell’armadio. Un disegno
logico del cablaggio completerà l’installazione.
Completata la stesura, occorre “battere” i cavi pin-to-pin,
per verificare la continuità e la corretta corrispondenza dei pin. Tra i
difetti di installazione più comuni vi è l’inversione della coppia, per cui un
filo della coppia è collegato al pin 1 da un lato e al pin 2 dall’altro. Un
altro errore di installazione piuttosto ricorrente è quello di connettere i
fili da un lato partendo dal pin 1 e dall’all’altro capo partendo dal pin 8, collegando
il pin 1 al pin 8, il pin 2 al pin 7 ecc. Anche il collegamento dei fili 1 e 2
per formare la prima binatura è un’operazione impropria, perché le coppie
seguono una numerazione ben precisa, come indicato in figura.
I principali parametri da testare per valutare la qualità del
cablaggio e quindi le principali misure di da effettuare (su tutte le frequenze)
per ogni presa installata sono:
Mappa delle connessioni
Lunghezza delle connessioni
Attenuazione (dipende dalla lunghezza del cavo e dalla
radice quadrata della frequenza)
Riflessioni
Rapporto tra diafonia e attenuazione
Impedenza caratteristica
Resistenza in c.c.
Ritardo di propagazione del segnale
Return Loss
Attenuazione per paradiafonia (NEXT)
ecc.
Un problema tipico delle twisted
pair è la paradiafonia. La vicinanza dei fili, a causa di accoppiamenti
induttivi e capacitivi, trasmette parte del segnale di un filo a quello
adiacente, causando attenuazione del segnale. Inoltre, una piccola parte del
segnale può essere dispersa nell’ambiente e, viceversa, il cavo può captare
campi elettromagnetici dispersi nell’ambiente.
Un parametro che misura la qualità del cavo è il rapporto
segnale/attenuazione, influenzato dal crosstalk e dal return loss (perdite per
riflessione, verificantesi o al contatto con imperfezioni lungo il cavo o
all’arrivo all’estremità ricevente).
Un metodo di diagnostica per identificare la causa di
degradazione del segnale immesso nel mezzo trasmissivo è rappresentato dal TDR
(Time Domain Reflectometry), consistente nell’inviare un impulso in una coppia
del cavo e nel misurare il tempo di ritardo (ricavato da apposite tabelle o calibrati
su cavi analoghi). Così l’apparato di test calcola la lunghezza percorsa
dall’impulso e quindi localizza l’interruzione.
L’impedenza dipende dalle caratteristiche costruttive e deve
essere uguale a 100 Ohm. Dovrebbe inoltre mantenersi costante nella banda di
frequenza di utilizzo del cavo.
Per un cavo di 100 mt essa deve essere inferiore a 23.6 dB a
100 MHz e a 13 dB per segnali a 31 MHz.
Al completamento dei test l’impianto orizzontale, dal patch
panel alla presa, va certificato come appartenente alla categoria per la quale
è stato installato.
Il cablaggio strutturato si riferisce esclusivamente ad
elementi passivi, mentre con il termine LAN ci si riferisce ad elementi attivi
e passivi nel loro insieme.
I principali apparati di rete, che si accompagnano al
cablaggio per costituire una LAN, sono:
Hub: si limita a
distribuire ad apparati collegati a stella i dati che riceve in input. Verifica
se i MAC Address che riceve in ingresso corrispondono a quelli degli apparati
ad esso collegati e, se la verifica è positiva, gli trasmette i dati. Opera al
primo livello dello stack ISO/OSI.
Per consentire il dialogo fra due hub bisogna utilizzare un
cavo incrociato (cavo crossover), per cui quello che per un hub è il filo di
trasmissione per l’altro è il filo di ricezione.
Bridge: opera
come “ponte” tra due reti Ethernet o, meglio, tra due spezzoni di rete. Riceve
i frame in input e decide a quale delle due reti instradarli. Opera al livello
di Data Link dello stack ISO/OSI.
Switch: riceve e
inoltra i pacchetti dati, ma non possiede gli algoritmi implementati dai
router.
Lo switch distingue tra domini di collisione separati.
Router: riceve i
pacchetti dati e li instrada verso altri router, fino alla destinazione finale.
Per fare ciò possiede una mappatura della rete, che aggiorna dinamicamente,
grazie alle tabelle di routing.
