IMPORTANT: Per accedir als fitxer de subversion: http://acacha.org/svn (sense password). Poc a poc s'aniran migrant els enllaços. Encara però funciona el subversion de la farga però no se sap fins quan... (usuari: prova i la paraula de pas 123456)

Vegeu també Cablatge estructurat i http://acacha.org/~sergi/CablatgeEstructurat/UD3_Nivell_f_sic_i_nivell_d_enlla_._Instal_laci_f_sica_de_la_xarxa.pdf

UD3. La Instal·lació física de la xarxa

Els medis de transmissió

El mitjà de transmissió constitueix el suport físic a través del qual l'emissor i el receptor poden comunicar-se en un sistema de transmissió de dades.

Sistemes de cablejat metal·lics

La lley d'Ohm

Lleyohm.jpg

R=V/I

  • Resistència: Es denomina resistència elèctrica, R, d’una substància, a la oposició que troba la corrent elèctrica per recorre-la. El seu valor es mesura en ohmios y es designa amb la lletra grega omega majúscula (Ω). La matèria presenta 4 estats en relació al flux d’electrons. Aquests són Conductors, Semiconductors, Resistors y Dielèctrics. Tots ells es defineixen por el grau d’oposició a la corrent elèctrica (Flux d’electrons).
  • Impedància: Mesura l’oposició d’un circuit o d’un component elèctric al pas d’una corrent elèctrica alterna sinusoidal. El concepte de impedància generalitza la llei de Ohm en l’estudi de circuits en corrent alterna (AC).

Els parells de cables

Un cable de parells consta de 2 fils de material conductor, de grossors entre 0,3 y 3mm, recobert de plàstic protector. S’utilitza el mateix cable per a la transmissió com per a la recepció de senyals. El cable multipar son aquells que en el seu interior presenten un elevat número de pars de coure, generalment múltiples de 25. Existeixen cables multiparells normalitzats amb capacitat de 25,50,125, 250 y fins 1000 amb un únic cable físic.

Els cables pars son utilitzats per a la connexió física d’equips en xarxes de dades, com per exemple en xarxes LAN. En aquestes xarxes de dades s’utilitzen pars de coure trenats, on conductors es “trenen” entre si, i son coberts de material conductor. Aquestes millores permeten la transmissió de dades a capacitats altes y minimitzen interferències cap a altres sistemes.

Tema3 parellstrenats.jpg

  • Cables trenats: És un dels tipus de cables de parells composat per fils de coure normalment, trenats entre si. El trenat manté estables les propietats elèctriques al llarg de tota la seva llargada i redueix les interferències creades pels fils adjacents en els cables composats per varis parells.
  • Cable UTP (Unshielded Twisted Pair): És un cable de coure que s’utilitza per telecomunicacions i que consta d’un o més parells, cap dels quals són blindats. Cada par és un conjunt de dos conductors aïllats amb un recobriment de plàstic, aquest parell es trena (Twisted) per a que les senyals transportades per ambdós conductors (de la mateixa magnitud i sentit contrari) no generin interferències ni resultin sensibles a emissions. La U de UTP vol dir “sense blindatge”.

Aquest tipus de cable no incorpora cap tipus de malla metàl•lica que envolti cap dels seus elements, resultant més econòmic, flexible, prim i de fàcil instal•lació.

  • Cable STP (Shielded Twisted Pair):Par Trenat Apantallat. Són cables de coure aïllats dins d’una coberta protectora, amb un nombre específic de trenes per peu. STP indica la quantitat de aïllament en torn al conjunt de cables, i per tant, a la seva immunitat al soroll. S’utilitza en xarxes d’ordinadors com Ethernet o Tokeng Ring.
Classificació per categories:
  • Atenuació: Segons la pèrdua de potència que sofreixi la senyal al transitar per el mitjà de transmissió.
  • Capacitat de la línia: Segons la quantitat d’informació que pugui transportar un tipus de cable concret.
  • Impedància: Segons la oposició que ofereixi al pas de la corrent.
Classificació per classes:
  • Distàncies: Segons la capacitat que tingui de transportar la senyal en l’espai sense que aquesta es perdi o deteriori.
  • Ample de banda: Per a senyals analògiques segons l’amplada, mesurada en hercis, del rang de freqüències en el que es concentra la major part de la senyal. Si parlem de ample de banda digital, ens referim a la quantitat de dades que es poden transmetre en una unitat de temps.
  • Aplicacions: Segons l’ús que li donem al cable.

El cable coaxial

És un cable format per dos conductors concèntrics:

  • Conductor central o nucli: Format per un fil sòlid o trenat de coure (anomenat positiu o viu). Es troba separat per una capa aïllant anomenada dielèctric.
  • Conductor exterior: En forma de tub, format per una malla trenada de coure o alumini o per un tub, en el cas de cables semirígids. Produeix un efecte de blindatge.

Tema3 coaxial.jpg

Sistemes de Fibra òptica

És una guia o conducte de ones en forma de filament, generalment de vidre, encara que també pot ser de materials plàstics, capaç de transportar una potència òptica en forma de llum, normalment emesa per un làser o Led. Les fibres utilitzades en telecomunicacions a llargues distàncies són sempre de vidre, i només utilitzarem les de plàstic en casos de xarxes locals o altres aplicacions de curta distància.

Dins la fibra òptica, la llum es va reflectint a les parets en angles molt oberts, avançant pràcticament sempre pel centre i no perdent intensitat per les llargues distàncies.

Tema3 fibraoptica.jpg

Sistemes sense fils

Tema3 inalambric.jpg

Sistemes ràdio

  • Ona Curta: Banda de ràdio freqüències compreses entre els 2300 i els 29900 KHz. Són utilitzades per emissores de ràdio internacionals i les estacions de ràdio aficionats.

En aquestes freqüències les ones electromagnètiques, que es propaguen en línia recta, reboten a diferents altures (com més alta la freqüència major altura) de la ionosfera, el que permet que les senyals arribin a punts llunyans o inclús donin la volta al planeta.

  • Microones:Són totes les ones electromagnètiques en l'espectre de freqüències compreses entre 300 MHz i 300 MHz. Són de la mateixa naturalesa que les ones de ràdio, llum o raigs X, el que les diferència és la seva freqüència (longitud de ona).

Satèl·lits artificials

Un satèl·lit artificial és un satèl·lit creat i posat en òrbita per l'ésser humà. El primer es va anomenar Sputnik I, llençat per la URSS en 1957. Entre tots els tipus que n'existeixen, ens interessen els satèl·lits de telecomunicacions, que s'utilitzen per transmetre informació d'un punt a un altre de la Terra, comunicacions telefòniques, dades o programes televisius.

El primer satèl·lit de comunicacions va ser el Telstar 1, posat en òrbita en 1962. Cada una de les bandes utilitzades en els satèl·lits es divideix en canals, per cada canal acostuma a haver-hi en el satèl·lit un repetidor, anomenat transponder o transpondedor, que s'ocupa de capturar la senyal ascendent i retransmetre-la de nou cap a la Terra en la freqüència que li correspon.

      • Avantatges: Són un medi molt apte per emetre senyals de ràdio en zones amplies o poc desenvolupades. Acostumen a utilitzar freqüències elevades, que són mes immunes a les interferències.
      • Inconvenients: Amb 36.000 Km d'altura orbital, la senyal ha de viatjar com a mínim 72.000 Km, el que suposa un retard de 240 a 300 mil·lisegons segons les posicions d'emissor, receptor i satèl·lit, i depenent del tipus de transmissió, aquest temps pot duplicar-se, ocasionant inconvenients o degradant de forma apreciable el rendiment de la comunicació. Totes les informacions han d'enviar-se encriptades.
  • GPS: Global Positioning System. Sistema de Posicionament Global. És un sistema Global de navegació per satèl·lit, el qual permet determinar en tot el món la posició d'un objecte, persona, vehicle o nau amb una precisió de centímetres. Funciona mitjançant una xarxa de 24 satèl·lits en òrbita.

Dispositius de connexió de cables. Connectors

Connectors per a les comunicacions sèrie

La interfície RS-232

Interfície que designa una norma per l'intercanvi sèrie de dades binàries entre un equip terminal de dades (DTE) i un equip de terminació del circuit de dades (DCE). És dissenyada per a distàncies curtes, d'uns 15 m. o menys i per velocitats de connexió baixes, de no més de 20 KB.

Connectors per a les comunicacions paral·lel

Connectors per a xarxes

Tema3 cablesiconectors.jpg

Tema3 connectors.jpg

RJ11, RJ12

Interfície física utilitzada per connectar xarxes de telèfon. És el connector de mida reduïda el qual està crimpat al cable telefònic i té quatre contactes (pins) per quatre fils de cable telefònic, encara que només s'utilitzen els dos centrals normalment.

RJ45

Interfície física utilitzada per connectar xarxes de cablejat estructurat. Té 8 connexions elèctriques (pins), que s'utilitzen com extrems de cables de par trenat. S'aplica en cables de xarxa Ethernet, on es segueix un estàndard a l'hora de realitzar les connexions.

Tema3 EsquemaconnexioRJ45.jpg

BNC

Tipus de connector per l'ús amb cable coaxial, que s'utilitzava en les primeres xarxes Ethernet durant els anys 80. Consisteix en un connector mascle instal·lat a cada extrem del cable. Té un centre circular connectat al conductor del cable central i un tub metàl·lic connectat en la part exterior del cable.

T coaxial

Element que permet treure branques d'un cable coaxial, per realitzar més connexions sota el mateix cable.

Altres elements de físics de la xarxa

  • Balums i transceptors: Un balum és un dispositiu adaptador d'impedàncies que converteix línies de transmissió simètriques en asimètriques. És un dispositiu reversible que no genera més potència, però si pèrdues. Un transceptor és un dispositiu que realitza funcions de transmissió i recepció de forma semiduplex, no simultàniament.
  • Rack: És una simple armadura metàl·lica amb una amplada normalitzada de 19 pulgades, és com una estanteria. Són molt útils en un centre de de procés de dades, on l'espai es escàs i es necessari allotjar un gran nombre de dispositius.
  • Canaleta: Conducte que recull un o més cables de forma que quedin ordenats i protegits.
  • Plaques de conectors i rosetas: Plaques o peces on es connecten i centralitzen les connexions.

Tema3 rack.jpg Tema3 roseta.jpg

  • Brides: Per unir diferents cables i fixar-los
  • Etiquetes identificatives: Per tal d'identificar cada cable o element de la xarxa.

Connectors per a fibra òptica

Tema3 fibraopticas.jpg

La tarjeta de xarxa o NIC(Network Interface Card)

Dispositiu electrònic que permet a una DTE (Data Terminal Equipment) ordinador o impressora accedir a una xarxa i compartir recursos entre dos o més equips. N'hi ha de diversos tipus en funció del tipus de cablejat o arquitectura que s'utilitzi a la xarxa, però el més comú és el de tipus Ethernet utilitzant una interfície o connector RJ45. Les targetes de xarxa Ethernet poden variar en funció de la velocitat de transmissió, normalment 10 Mbps ó 10/100 Mbps.

Tema3 NICPCMCIA.jpg

Xarxa Ethernet. IEE 802.3

Nom d'una tecnologia de xarxes de computadores d'àrea local (LANs) bassada en trames de dades. Ethernet defineix les característiques de cablejat i senyalitzacions de nivell físic i els formats de trama del nivell d'enllaç del model OSI. IEE 802,3 defineix la forma en que les posicions de la xarxa envien i reben dades sobre un medi físic compartit que es comporta com un bus lògic. Va ser dissenyada per enviar dades a 10 Mbps, encara que actualment pot funcionar a velocitats de fins 10 Gbps, i en el futur ja es parla de 100 Gbps.

S'ha fet popular degut a bon equilibri entre velocitat, cost i facilitat d'instal·lació.

Nivell físic a Ethernet

Tema3 voltatgeEthernet.jpg

Codificació Manchester Diferencial

La capa d'enllaç de dades prepara la informació a transmetre en trens de bits (0 i 1 lògics), representats internament per impulsos de corrent contínua. Per a la seva transmissió per els mitjans de la xarxa, el host emissor ha de transformar aquestes senyals contínues en senyals de corrent alterna, utilitzant un sistema de codificació, generalment el de Manchester.

Aquest procés es porta a terme en chips especials de la targeta de xarxa del host o en dispositius especials, com un mòdem. Quan els trens de bits han sigut convertits en senyals apropiades, aquestes són enviades per els mitjans físics fins el host de destí, on es realitza el procés invers, fins que són processats per els diferents protocols de capa, recuperant el missatge original.

La codificació Manchester diferencial, on el voltatge del cable de coure, la lluentor del LED o de la llum làser en el cas de la fibra òptica o la energia d'una ona EM en el cas d'un sistema sense fils fa que els bits es codifiquin com transicions. Així, la codificació Manchester dona com resultat que el 0 es codifiqui com una transició de baixa a alta i l'1 es codifiqui com una transició d'alta a baixa. Donat que tant els 0 com els 1 donan com a resultat una transició en la senyal, el rellotge es pot recuperar de forma eficaç al receptor.

Sempre existeix una transició a la meitat del bit, un cero o un ú es representa per la presència o absència d'una transició al principi de cada període. Aquesta transició s'utilitza per sincronitzar al transmissor i al receptor. Un dels inconvenients és que consumeix el doble d'ample de banda que una transmissió asíncrona.

  • Voltatge de l'1 lògic: S'indica per l'absència de transició a l'inici de l'interval.
  • Voltatge del 0 lògic: S'indica per la presència d'una transició en l'inici de l'interval.
  • Canal inactiu:

Tipus d'Ethernets

  • 10Base5: És la Ethernet original. Utilitza una tipologia en BUS, amb un cable coaxial que connecta tots els nodes entre si, amb un terminador en cada extrem del cable. Cada node es connecta al cable mitjançant un transceptor. Velocitat de 10 Mbps. Actualment en desús.
  • 10Base2: Els nodes es connectaven entre si amb una sèrie de cable coaxial sense interrupcions, mitjançant connectors BNC. Només un node pot transmetre a la vegada, si no es produeix una colisió. Velocitat de 10 Mbps. Encara existeixen xarxes d'aquest tipus, però ja no es realitzen.
  • 10BaseT: Les connexions es realitzen mitjançant cable trenat sense protecció (UTP) o protegit (STP). Cada cable trenat consta de 4 parelles de cables. Aquest cable té una limitació de 10 Mbps. La longitud màxima d'un segment és de 100 metres, encara que es poden utilitzar repetidors per augmentar aquesta distància. Un canvi en la placa de connexions no afectarà a la resta de dispositius de la xarxa.
  • 10Broad36: Velocitat de 10 Mbps, utilitza un cable de banda ample, igual que el cable coaxial utilitzat pel sistema de televisió per cable (CATV). El 36 fa referència a la distància en metres (3600) suportada entre dos estacions. No suporta full-dúplex.
  • 100BaseTX: Anomenat també fast Ethernet, utilitza cable UTP de Categoria 5 amb topologia de bus en estrella, similar a 10BaseT, on tots els cables es troben connectats a un Hub. Velocitat de 100 Mbps, el terme TX indica que es tracta de cable de par trenat que utilitza dos parells dels utilitzats en transmissió de dades.
  • 100BaseFX: Velocitat de 100 Mbps, FX indica que es tracta d'un enllaç de fibra òptica que utilitza un cable de fibra òptica de dos fils de fibra.
  • 100BaseT4: Velocitat de 100 Mbps, T4 indica que es tracta d'un cable de par trenat utilitzant quatre pars dels utilitzats en transmissió telefònica.


Nivell d'enllaç

La trama Ethernet

Tema3 tramaEthernet.jpg

  • Preàmbul: És una seqüència de bits que s'utilitza per sincronitzar i estabilitzar al medi físic abans d'iniciar la transmissió de dades. El patró d'aquest preàmbul és:

10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010

  • Inici o SOF: Delimitador de l'inici de la trama (Start-of-trame delimiter). Amb un byte de tamany, és un patró d'uns i ceros alternats que finalitza en dos uns consecutius (10101011), indicant que el següent bit serà el més significatiu del camp de direcció de destí.
  • Adreça destí: Camp de 48 bits (6 bytes) que indica la direcció MAC cap a la que s'envia la trama, cada estació examina aquest camp per determinar si ha d'acceptar el paquet.
  • Adreça Origen: Camp de 48 bits (6 bytes) que indica la direcció MAC de qui envia la trama.
  • Longitud o Tipus: Camp de 16 bits (2 bytes) que identifica el protocol de xarxa d'alt nivell associat amb un paquet o en el seu defecte la longitud del camp de dades. És interpretat en la capa d'enllaç de dades.
  • Dades: Camp de 46 a 1500 bytes. Cada byte conté una seqüència arbitrària de valors. És la informació rebuda del nivell de xarxa.
  • Farciment (Relleno): Utilitzat per garantir que la trama total tingui una longitud mínima de bytes (sense contar el preàmbul ni l'inici de la trama), en el cas de que l'arxiu de dades sigui molt curt.
  • CRC: Control de redundància cíclica. De 32 bits (4 bytes). Serveix per fer deteccions d'errades.

Protocols Aloha i CSMA/CD. Colisions

Aloha va ser un sistema pioner de xarxes d'ordinadors desenvolupat a la Universitat de Hawai al 1970. Un dels conceptes essencials de Aloha és la base per l'actual Ethernet. La importància de Aloha es basava en la utilització d'un medi compartit per la transmissió, el qual va revelar la necessitat de sistemes de gestió d'accés com CSMA/CD que utilitza Ethernet.

El protocol de Aloha és un protocol del nivell d'enllaç de dades per a xarxes d'àrea local amb topologia de difusió. La primera versió del protocol era bàsica: si tens dades per enviar, fes-ho. Si el missatge col·lisiona torna'l a enviar més tard.

CSMA/CD “Carrier Sense Multiple Acces with Collision Detection”. Accés múltiple amb escolta de Portadora i Detecció de Col·lisions. És una tècnica utilitzada en xarxes Ethernet per millorar les seves prestacions, els dispositius que tenen dades per transmetre funcionen en el mode “escoltar abans de transmetre”. És a dir, comprova si algú està utilitzant el medi abans d'enviar, i detecta les col·lisions des de l'emissor.

Tema3 collisions ethernet.jpg

Instal·lació d'una xarxa

Tema3 fluxeTreballInstalacioXarxa.jpg

El projecte d'instal·lació

  • Instal·lació de les tomes de corrent
  • Instal·lació de rosetes i jacks
  • Desplegament dels cables
  • Conectorització dels cables als patch panels
  • Test dels cables
  • Etiquetat i documentació dels cables
  • Instal.lació dels adaptadors de xarxa (NICs)
  • Configuració del sistema operatiu/programari.

Elements de la instal·lació

  • Armaris i canaletes: Elements on es fica tot el cablejat una vegada surt dels fals sostre o sól, per tal de donar un ordre i protecció a tota la instal·lació.
  • Sostres i terres fals: Adequació d'aquests elements per permetre el pas del cablejat sense quedar a la vista i protegit, però al mateix temps que siguin fàcilment accessibles en cas d'avaria.
  • Instal·lació elèctrica
    • SAIS: Sistemes d'alimentació ininterrompuda. Dispositius que gràcies a una bateria de gran tamany poden proporcionar energia elèctrica en cas de quedar-se un edifici sense llum, també poden regular el flux d'electricitat controlant les pujades i baixades de tensió.
  • Connectivitat
    • Patch Panel: Estructures metàl·liques amb plaques de circuits que permeten la interconnexió entre equips concentrant un conjunt de cables en un sol dispositiu. Normalment són hubs o switches.
    • Rosetes RJ-45:

Tema3 Conexions rosetes.jpg

  • CPD (Centre de procés de dades): És la ubicació on es concentren tots els recursos necessaris per al processament d'informació d'una organització. També anomenat centre de càlcul.

El cablejat estructurat

Consisteix en el tendit de cables a l'interior d'un edifici amb el propòsit d'implantar una xarxa d'àrea local. Acostuma a tractar-se de cable trenat de coure, per a xarxes de tipus IEEE 802.3.

S'ha de tenir en compte les possibles limitacions com :

    • La segmentació del tràfic en la xarxa.
    • La longitud màxima de cada segment de xarxa.
    • La presència d'interferències electromagnètiques.
    • La necessitat de xarxes locals virtuals.... etc.
    • La idea del cablejat estructurat és simple; Tendir cables en cada planta de l'edifici i interconnectar els cables de cada planta.

Elements del cablejat estructurat:

  • Localització dels llocs de treball: Tenir clar la distribució per plantes de cada lloc de treball.
  • Subsistema horitzontal o "de planta": En cada planta s'instal·len les rosetes que siguin necessàries en cada dependència. D'aquestes rosetes surten els cables que es tendeixen per el fals sostre o sòl de la planta.
  • Subsistema distribuïdor: Tots els cables es concentren en l'anomenat armari (rack) de distribució de la planta. Depenent de del disseny de la xarxa, es tractarà d'un element passiu o actiu de comunicacions, és a dir, un hub o un switch.
  • Subsistema vertical: Interconnexió de tots els armaris de distribució de planta mitjançant altre conjunt de cables que han de travessar verticalment l'edifici de planta a planta.
  • Subsistema de campus: Aquest sistema s'encarrega de connectar dos o més edificis que tinguin cablejat estructurat i els posa en comunicació.
  • Habitacions d'entrada de serveis, telecomunicacions i equips: A cada edifici els cables finalitzen a una sala on es concentren tots els cables. Aquí es situa la electrònica de xarxa i altres infraestructures de telecomunicacions, tals com passarel·les, portes d'enllaç, tallafocs, etc., així com el propi Centre de procés de Dades (si s'aplica).

Certificació i muntatge del CPD

Un CPD consisteix en un edifici utilitzat per mantenir en ell una gran quantitat d'equipament electrònic. Pràcticament totes les companyies mitjanes o grans tenen algun tipus de CPD, les més grans poden tenir fins dotze.

És necessari un estudi per realitzar aquestes sales, i personal qualificat que porti el seu manteniment i ús.