Principi fondamentali dei test di cablaggio

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1 Principi fondamentali dei test di cablaggio HOME

2 Indice Introduzione... 4 Come verificare l affidabilità di una trasmissione. 4 Standard e certificazione... 5 Modelli di link... 6 Larghezza di banda e velocità di trasmissione 10 Proprietà Connettività da un estremità all altra Impedenza caratteristica Attenuazione di riflessione Lunghezza del cavo Ritardo di propagazione e differenza di ritardo Attenuazione Paradiafonia (NEXT) Rapporto attenuazione/diafonia (ACR) Bilanciamento di segnale Interferenza elettromagnetica Parametri del link testati secondo TSB Accuratezza del tester da campo Livelli di accuratezza Importanza dell accuratezza L accuratezza è il risultato dell hardware del tester Collegamenti alle estremità e i due modelli di link Verifica dell accuratezza del vostro tester Raccomandazioni Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 1

3 Introduzione Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 3

4 Introduzione In questa breve guida si darà particolare importanza alla comprensione delle caratteristiche elettriche correlate alle prestazioni trasmissive dei link di cablaggio di una Local Area Network (LAN) e alla misurazione di queste caratteristiche sul campo. L espressione sul campo sottolinea l esigenza di verificare che un link installato (composto da cavo, connettori, terminazioni e permutatore) raggiunga un livello di prestazioni prestabilito. Passeremo inoltre in rassegna il livello prestazionale specificato o prescritto da diversi standard industriali. Le prestazioni di un impianto di cablaggio sono determinate da: 1. Qualità e livello di rendimento dei componenti hardware utilizzati per l installazione (cavo, hardware di connessione) 2. Esecuzione dell installazione (tensione dei cavi durante la stesura, disintrecciamento dei conduttori alle terminazioni, raggio di curvatura del cavo installato, ecc.) 3. Immunità dell installazione alle interferenze elettromagnetiche e ad altre sorgenti di rumore. È importante notare che il solo test non è sufficiente a garantire buone prestazioni. Il test può soltanto confermare che l oggetto costruito o assemblato soddisfi gli obiettivi prefissati in termini di caratteristiche e funzionalità. Inoltre i risultati o le conclusioni tratte dai test sono valide solo se viene applicata una metodologia di test corretta, utilizzando apparecchiature che siano adeguate allo scopo. Questi concetti saranno meglio definiti nel seguito di questa guida. Come verificare l affidabilità di una trasmissione L affidabilità di una trasmissione di dati, o digitale, è definita fondamentalmente dal tasso di errore o Bit Error Rate (BER). Questo è un valore statistico riguardante la trasmissione digitale; esso indica quanti bit possono essere trasmessi prima che venga rilevato (trasmesso) un bit in errore. La qualità trasmissiva tipica di una LAN dovrebbe essere migliore di un bit in errore su un miliardo di bit trasmessi; un tasso di errore di 1 su un miliardo viene indicato con un BER di Le specifiche per le reti ATM (Asynchronous Transfer Mode) richiedono ad esempio che il tasso di errore sia al massimo di 1 bit su dieci miliardi, pari a un valore BER di I tester BER non sono molto pratici per verificare gli impianti di cablaggio per LAN. Inoltre i tester BER potrebbero diventare ben presto troppo costosi perché esistono molti standard differenti di LAN e ciascuno di essi utilizza un modo diverso di codificare le informazioni digitali da trasmettere sul cablaggio o su altro mezzo fisico della LAN. Per certificare che un impianto di cablaggio raggiunga le prestazioni richieste, sarebbe necessario che un tester di BER supportasse le tecniche di codifica del segnale di tutti i tipi di rete da indagare. Nel caso che non venisse raggiunto il limite di BER richiesto, sarebbero necessarie altre costose apparecchiature per isolare l eventuale difetto di cablaggio o impiantistico per poter poi risolvere il problema. 4 Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN

5 Gli istituti di standardizzazione, come la Telecommunications Industry Association (TIA) [Associazione per l Industria delle Telecomunicazioni] negli USA, hanno stabilito degli standard per i cablaggi strutturati con l obiettivo di definire un sistema di cablaggio generico che possa supportare un numero elevato di applicazioni di rete e sistemi proprietari. Gli standard internazionali sono stati sviluppati con obiettivi molto simili. Essi prescrivono i requisiti dell impianto in termini di parametri elettrici fondamentali e le caratteristiche che ne determinano le prestazioni trasmissive, come ad esempio larghezza di banda, attenuazione, diafonia e rapporto segnale/disturbo. Questi standard stabiliscono anche quali parametri devono essere misurati e i criteri di superamento o non-superamento (Pass/ Fail) dei test per ciascuno di questi parametri. Cavi di tipo diverso hanno caratteristiche diverse. Dato che la coppia intrecciata è il tipo di cavo preferito per la distribuzione orizzontale, porremo particolare attenzione ai parametri fondamentali e alle caratteristiche dei sistemi di cablaggio basati su coppia intrecciata. Standard e certificazione Per certificare un impianto di cablaggio è necessario avere uno standard comunemente accettato che definisca il livello minimo di prestazioni, il metodo di misurazione e le performance dello strumento di misura. Sia gli utenti finali che gli installatori traggono vantaggio dalla pubblicazione di standard di installazione di sistemi di cablaggio con coppia intrecciata non schermata o UTP (Unshielded Twisted Pair). Negli Stati Uniti la TIA ha costituito un gruppo di lavoro, chiamato Link Performance Task Group (un sottocomitato del TIA TR41.8 Standard Committee sui sistemi di distribuzione per edifici residenziali e commerciali), allo scopo di redigere un documento riguardo ai sistemi di telecomunicazione a compendio dello standard TIA-568-A. Questo documento, intitolato Transmission Performance Specifications for Field Testing of Unshielded Twisted-Pair Cabling Systems [Specifiche di prestazioni trasmissive per test sul campo di sistemi di cablaggio con coppia intrecciata non schermata] e conosciuto come TSB-67, è stato approvato e pubblicato nell ottobre Esso definisce le specifiche di prestazioni trasmissive per un sistema di cablaggio UTP. Parallelamente a quanto avvenuto negli USA, anche le organizzazioni internazionali di standardizzazione hanno sviluppato e adottato degli standard che prescrivono quali debbano essere le prestazioni trasmissive di un sistema di cablaggio e i metodi da utilizzare per misurare e verificare la conformità con questi standard. Per esempio la International Electrotechnical Commission (IEC) [Commissione Elettrotecnica Internazionale] ha approvato lo standard ISO Oltre a fornire spiegazioni riguardo alle caratteristiche elettriche fondamentali di trasmissione, questa guida affronterà anche molti argomenti connessi alla cosiddetta certificazione di impianti di cablaggio e agli standard da utilizzare. Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 5

6 Il documento TIA TSB-67 tratta in modo specifico: 1. La definizione di due modelli o configurazioni di link 2. I parametri trasmissivi del link che devono essere misurati 3. I limiti di Pass/Fail per i test di ciascuno di questi parametri, per ciascuna configurazione del link e per ciscuna categoria di link (Categorie 3, 4 e 5) 4. La rapportistica minima essenziale per il test 5. Le prestazioni richieste ai tester da campo e le relative modalità di misura 6. I metodi per confrontare i risultati dei tester da campo con quelli di laboratorio. Attraverso questa comparazione si può ottenere un accuratezza di misura osservata in pratica. Occorre inoltre ricordare che i livelli di accuratezza di misura definiti ai punti 5 e 6 devono essere in armonia l uno con l altro. TSB-67 va a completare lo standard TIA-568-A e contiene le specifiche per la verifica di un link di cablaggio UTP installato, costituito da componenti (cavi e hardware di connessione) che raggiungono le performance specificate nello standard TIA-568-A. In teoria TSB-67 dovrebbe applicarsi solo ai sistemi UTP 100_ a 4 coppie; infatti, sebbene questi requisiti possano essere applicati anche ai link Foil o Screened Twisted Pair (FTP o ScTP)100Ω, TSB-67 non fornisce indicazioni circa i test per verificare l integrità o l efficacia della schermatura. Modelli di link Tre livelli di performance Lo standard TIA-568-A definisce tre categorie di performance per i cavi UTP e per l hardware di connessione. I cavi e i componenti di Categoria 5 garantiscono il più alto livello di performance per la più ampia gamma di frequenze (da 1 a 100 MHz), cavi e componenti di Categoria 4 sono adatti per una gamma di frequenze da 1 a 20 MHz, mentre cavi e componenti di Categoria 3 sono indicati per una gamma di frequenze da 1 a 16 MHz. Anche i link vengono classificati nelle Categorie 3, 4 o 5. Perché un link sia classificato in Categoria 3 occorre che sia costituito da componenti (cavi e hardware Categoria Campodi frequenze Esempi di applicazioni LAN* 3 Da 1 a 16 MHz IEEE 802.3, 10BASE-T (Ethernet CSMA/CD a 10 Mbps) IEEE 802.3, 10BASE-T4 (Ethernet CSMA/CD a 100 Mbps) IEEE 802.5, Token Ring a 4 Mbps IEEE , 100VG-AnyLAN, Demand Priority ATM o ATM o ATM Da 1 a 20 MHz Da 1 a 20 MHz 5 Da 1 a 100 MHz IEEE 802.3, Ethernet 100-BASE-TX CSMA/CD ANSI X3T9 TP-PMD (CDDI) ATM-155 * Le applicazioni non sono menzionate in TSB-67 Tabella 1. Categorie di link secondo TIA-568-A. 6 Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN

7 di connessione) tutti di Categoria 3 o migliori. Analogamente un link classificato di Categoria 4 deve essere costituito da componenti tutti di Categoria 4 o migliori e un link classificato di Categoria 5 deve essere costituito solo da hardware di Categoria 5. La Tabella 1 fornisce una vista d assieme delle tre categorie di link definite nel TIA-568-A, e indica anche alcune applicazioni tipiche di ciascuno di questi sistemi di cablaggio. Configurazioni di link TSB-67 definisce inoltre due modelli o configurazioni di link : Channel e Basic Link. I limiti di Pass/Fail per i test sono definiti separatamente per ciascuna di queste configurazioni. La Figura 1 descrive il modello Channel. Channel è il link, considerato da un estremo all altro, sul quale vengono inviati i dati in rete. Esso collega la scheda (o adattatore) di rete di una stazione - come un personal computer, una stampante o una workstation - al concentratore (Ethernet hub). Siccome però a molti installatori viene richiesto di certificare il loro lavoro prima che vengano posti in opera computer, apparati di rete e cavi di cui sono dotati, è stato definito un secondo modello con un proprio criterio di Pass/Fail per ciascun parametro elettrico di trasmissione. Questo modello, chiamato Basic Link, comprende il cablaggio fisso e le terminazioni dei quali viene generalmente ritenuto responsabile l installatore del cablaggio. Basic Link si estende quindi dalla presa a muro in una area di lavoro o in un ufficio fino alla prima terminazione dall altra parte in un armadio di cablaggio. Telecomunicazioni Armadio Area di lavoro Tester da campo Permutatore orizzontale Uscita Telecom Tester da campo A B C D E Inizio Channel Cablaggio orizzontale Fine Channel Definizione di Channel A Cavetto utente B 1 o 2 collegamenti con massimo 2 metri di cavo di connessione C Cablaggio orizzontale Lunghezze massime D Cavo di transizione da presa a muro a Max C+D = 90 metri connessione su mobile o sottopavimento Max A+B+E = 10 metri E Cavetto utente Figura 1. Definizione di Channel. Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 7

8 Telecomunicazioni Armadio Area di lavoro Tester da campo Permutatore orizzontale Cablaggio orizzontale Uscita Telecom A C E Tester (Remoto) Inizio Basic Link Fine Basic Link Definizione di Basic Link A,E Cavetti del tester C Cablaggio orizzontale Lunghezze massime Max C = 90 metri Max A+E = 4 metri Figura 2. Configurazione Basic Link. La configurazione Basic Link è mostrata in Figura 2. La differenza importante è che il modello Channel definisce due transizioni (connessioni) a ciascun estremo e permette di utilizzare cavi di apparecchiature e cavetti, mentre Basic Link definisce una transizione a ciascun estremo del link collegata da una tratta continua di cavo orizzontale. Basic Link è stato definito ai soli fini di test. Sono previsti due cavetti da 2 metri del tester, per collegare il tester da campo al Basic Link da provare. Basic Link è un sottoinsieme del modello Channel. I limiti specificati per i test Basic Link e Channel sono diversi perché è diverso il numero delle transizioni o connessioni. Inoltre nel modello Channel si tiene conto di una ulteriore attenuazione provocata dai cavetti e dai cavi delle apparecchiature (raffigurati come segmenti A, B e E in Figura 1). Le prestazioni richieste e i limiti di test per ciascuno di questi due modelli di link sono stati definiti nel documento TSB-67. Sono ammesse anche altre configurazioni di link, ma teoricamente i limiti prestazionali per le altre configurazioni di link dovrebbero essere calcolati utilizzando le equazioni e le formule di uso generale contenute nel TSB-67. È molto importante capire bene la differenza tra le configurazioni Basic Link e Channel, perché ci sono differenze significative riguardanti il modo in cui questi link vengono sottoposti a test e gli effetti sulle specifiche degli apparati di test. 8 Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN

9 Spina del cavetto di collegamento Cavetto locale Spina del cavetto di collegamento Inizio del link Presa dell'apparecchiatura all'estremità "vicina" del link Prima presa del link Spina del cavetto di collegamento Cavetto remoto Spina del cavetto di collegamento Ultima presa del link Fine del link Presa dell'apparecchiatura all'estremità "remota" del link Figura 3. Definizione di inizio e fine di un link. I connettori terminali non sono inclusi nella definizione di link Una definizione che si applica indistintamente a tutte le configurazioni di link contenute in TIA-568-A e TSB-67 e negli standard internazionali è la seguente: il connettore del cavetto che si accoppia con l apparecchiatura di rete viene considerato parte dell apparecchiatura di rete e non parte del link. Fate riferimento alla Figura 3. La ragione di questa definizione è che le prestazioni trasmissive della connessione, che è costituita da una presa e da una spina, vengono generalmente considerate in condizione di accoppiamento. Siccome la presa di un apparecchiatura e le sue prestazioni trasmissive sono chiaramente determinate dal progetto e dalla costruzione dell apparecchiatura, anche la spina che si deve accoppiare all estremità del cavo dell apparecchiatura viene considerata come facente parte dell apparecchiatura, sebbene la spina sia parte permanente del cavo dell apparecchiatura. Questa definizione porta ad alcune interessanti considerazioni per i test da campo. I parametri trasmissivi del link devono essere sottoposti a test utilizzando la presa del tester e la spina accoppiata del cavetto, ma gli effetti di presa e spina devono essere in qualche modo essere esclusi dalla misura. Se questa esclusione non fosse possibile, si avrebbe un errore nella misura introdotto da cause esterne. Più avanti si discuterà di come questo requisito influenzi l accuratezza, specialmente della misura di NEXT. Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 9

10 Larghezza di banda e velocità di trasmissione L introduzione di standard di reti più veloci e a maggiore capacità ha evidenziato quanto sia importante capire che la velocità di trasmissione espressa in Mbps e la larghezza di banda richiesta per supportare una velocità di trasmissione elevata sono grandezze diverse, anche se correlate. Molti utenti confondono i due termini Mbps e MHz. Il primo (Mbps) è l unità di misura della velocità alla quale i dati binari possono essere trasmessi; questa velocità viene espressa in milioni di bit al secondo, abbreviato in Mb/s o Mbps. Il secondo (MHz) esprime la frequenza di un puro segnale sinusoidale. Una larghezza di banda di 100 MHz indica che il sistema di cablaggio - o, più in generale, un mezzo di trasmissione - può trasmettere un segnale sinusoidale di frequenza fino a 100 MHz con un risultato di livello accettabile. L espressione generica e vaga risultato di livello accettabile deve essere definita in modo chiaro. Ciò non è semplice e ci si potrà basare proprio sugli standard stabiliti o sulle specifiche di dettaglio per ciascuna delle caratteristiche fondamentali di trasmissione. La relazione tra Mbps e MHz per un sistema di cablaggio dipende dalla codifica del segnale utilizzata per i dati binari e dalla velocità di trasmissione desiderata. La codifica del segnale per i sistemi Ethernet 10BASE-T e per le reti Token Ring a 16 Mbps impone una relazione almeno di uno a uno tra larghezza di banda e velocità di trasmissione. Ciò significa che i sistemi Ethernet 10BASE-T richiedono un sistema di cablaggio che supporti una larghezza di banda di 10 MHz (con le prestazioni trasmissive specificate nello standard IEEE 802.3i). In modo analogo, un Token Ring a 16 Mbps richiede un impianto di cablaggio con una larghezza di banda di 16 MHz (sebbene lo standard IEEE definisca le performance desiderate per i parametri elettrici fondamentali fino a 25 MHz). Questa relazione uno a uno tra Mbps e MHz non è un requisito generale. Essa è imposta dalla tecnica di codifica Manchester, utilizzata da Ethernet e Token Ring. D altra parte lo standard Fast Ethernet, o 100BASE-TX, specifica un diverso schema di codifica del segnale (chiamato MLT-3) che gli permette di trasmettere 100 milioni di bit al secondo richiedendo una larghezza di banda di 80 MHz, così come descritto in IEEE 802.3u (inoltre la maggior parte dell energia trasmessa è al di sotto dei 32 MHz). Più alta è la velocità espressa in Mbps, più breve sarà il tempo a disposizione per trasmettere il singolo bit e più veloci saranno i tempi di salita e discesa (tempi di transizione) dell impulso che deve essere trasmesso sul link. La misurazione della qualità della trasmissione di un segnale sinusoidale di frequenza appropriata fornisce un metodo di misura per verificare che il link sia in grado di trasmettere impulsi molto brevi e con tempi di salita e discesa così veloci. È per questo che la maggior parte degli standard di cablaggio generici specificano le prestazioni trasmissive di un link in termini di ampiezza di frequenza di un segnale sinusoidale che deve essere trasmesso dal link con un determinato livello di qualità. I parametri che vengono utilizzati per caratterizzare questo livello di qualità sono attenuazione (attenuation), diafonia (crosstalk), e/o l effetto combinato di questi due parametri detto rapporto attenuazione/diafonia o ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio). Nella sezione seguente verranno spiegati questi e altri parametri. 10 Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN

11 Proprietà elettriche di un cablaggio per LAN Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 11

12 Proprietà elettriche di un cablaggio LAN I parametri elettrici che determinano le caratteristiche trasmissive di un sistema di cablaggio con coppia intrecciata sono: Connettività da un estremità all altra Impedenza caratteristica Attenuazione di riflessione Attenuazione Diafonia Bilanciamento del segnale Ritardo di propagazione (lunghezza e differenza) Interferenza elettromagnetica (rumore elettrico) Definiremo e riesamineremo l importanza di ciascuno di questi parametri. Connettività da un estremità all altra La prima e più importante condizione per riuscire a effettuare una trasmissione su di un link è che il link sia collegato correttamente a ciascuna delle sue connessioni o punti di terminazione, in modo da fornire una continuità da un estremo all altro di ciascuna coppia nel cablaggio. È molto importante per un link con coppia intrecciata che la coppia di conduttori venga mantenuta rigorosamente da un estremo all altro del link. Ciò che permette alla coppia intrecciata di trasmettere segnali ad alta frequenza con la dovuta integrità, fedeltà, e indipendenza dalle interferenze elettromagnetiche esterne è il fatto che i conduttori siano accuratamente intrecciati e che l angolo di intrecciamento resti costante per tutta la lunghezza del link. La caratteristica più importante di un link bilanciato è proprio un intrecciamento accurato dei conduttori. Il test wire map Per verificare che ci sia continuità da un estremità all altra di ciascun conduttore del link sottoposto a test, si utilizza un test chiamato wire map. Questo test scopre ed evidenzia rotture nei conduttori o difetti di cablaggio come ad esempio circuiti aperti (un collegamento rotto o aperto), un corto circuito o un errore di cablaggio come nel caso di coppie trasposte, coppie invertite (polarità o inversione alle estremità dell anello) e coppie separate. Il test wire map verifica che la coppia corretta venga mantenuta per tutto il link. La situazione di coppia separata viene generalmente rilevata attraverso la misurazione della Cablaggio corretto Estremità invertite Coppie incrociate Figura 4. Esempi di cablaggi corretti e errati. 12 Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN

13 Figura 5. Errore di coppia separata nel cablaggio. diafonia, descritta più avanti. I tester per wire map più economici non effettuano nessuna misurazione della diafonia e perciò non sono in grado di rilevare errori di cablaggio come la coppia separata. Il test wire map va oltre un semplice test di continuità che assicuri che ciascun pin di un connettore a un estremità del link sia connesso al pin corrispondente all estremità opposta, e non sia invece connesso a qualsiasi altro conduttore o schermatura. La semplice continuità tra i pin da un estremo all altro del cavo non è sufficiente per la comunicazione dati. Inoltre il test wire map serve a garantire che il link mantenga l accoppiamento corretto dei conduttori. Ogni conduttore di una coppia deve essere collegato al pin corretto del connettore o del permutatore, al fine di mantenere un accoppiamento ininterrotto per tutta la lunghezza del link. Il documento TIA-568-A definisce due configurazioni di cablaggio per le connessioni modulari a 8 pin. Lo standard di cablaggio preferito è il T568A mostrato in Figura 6, mentre la modalità di cablaggio alternativa (opzionale) T568B è mostrata in Figura 7. Per tutti i cablaggi di un edificio si dovrebbe scegliere una sola di queste alternative e la si dovrebbe utilizzare in modo omogeneo. Errori di cablaggio come le coppie trasposte si verificano quando entrambi questi standard vengono utilizzati sullo stesso link. L errore di cablaggio dovuto a una coppia separata si ha quando i pin di un connettore, che vanno collegati a un unica coppia intrecciata, sono invece collegati a conduttori che non sono intrecciati tra loro a formare una coppia bilanciata. Lo standard TIA-568 stabilisce le coppie nel modo seguente: pin 1 e 2, 3 e 6, 4 e 5, 7 e 8. A tale proposito fare riferimento alla Figura 6 e Figura 7. La Figura 5 mostra un esempio di errore di cablaggio dovuto a una coppia separata, tra la coppia bilanciata da connettere ai pin 3 e 6 e la coppia bilanciata da connettere ai pin 4 e 5. Sebbene nel cablaggio mostrato in Figura 5 Coppia 2 Coppia 3 Coppia 1 Coppia 4 Coppia 3 Coppia 2 Coppia 1 Coppia W/G G W/O BL W/BL O Posizionamento nella presa 7 8 W/BR BR W/O O W/G BL W/BL G Posizionamento nella presa 7 8 W/BR BR Figura 6. Corrispondenze pin/coppia secondo T568A Figura 7. Corrispondenze pin/coppia secondo T568B Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 13

14 la continuità da pin a pin sia corretta (il pin 3 a un estremità è collegato al pin 3 all altra estremità del link, ecc.), vi saranno errori nella trasmissione dati, perché i segnali non transitano su coppie bilanciate e vengono alterati da un eccesso di diafonia. Impedenza caratteristica L impedenza misura la resistenza che si oppone al flusso di corrente alternata (c.a.) e la trasmissione di dati in rete è un tipo di c.a. ad alta frequenza. L impedenza caratteristica di un cavo è una proprietà complessa, prodotta dall effetto combinato dei valori di resistenza, capacità ed induttanza del cavo. Questi valori dipendono da parametri fisici come la dimensione dei conduttori, la distanza tra i conduttori, e le proprietà del materiale isolante del cavo. Per ottenere una trasmissione del segnale corretta e garantire l operatività della rete è necessario che l impedenza caratteristica rimanga costante per tutto il link (cavi e connettori) a qualsiasi frequenza. I cavi UTP per LAN devono avere un impedenza caratteristica di 100Ω ±15% nel campo di frequenze da 1 MHz alla più alta frequenza ammessa (misurata in conformità di ASTM D 4566 Metodo 3). Alle basse frequenze l impedenza caratteristica di un link UTP tende a essere alta (fino a 115Ω a 1 MHz), mentre alle frequenze più alte l impedenza caratteristica tende a scendere (fino a 85Ω a 100 MHz). Cambiamenti repentini nell impedenza caratteristica (le cosiddette discontinuità d impedenza o anomalie d impedenza) provocheranno riflessioni di segnale. Se il segnale che viaggia su un link s imbatte in un cambiamento improvviso d impedenza caratteristica, una parte del segnale rimbalza all indietro nella direzione dalla quale 14 Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN proviene. Questo effetto può essere paragonato a quello di un onda che colpisce un oggetto sulla superficie di uno stagno o di un lago; l onda viene riflessa dall oggetto. Il segnale riflesso si sovrappone al segnale che viaggia normalmente e ne altera la fedeltà (più precisamente crea una distorsione). La distorsione e altri effetti di riflessione possono creare problemi quando il circuito ricevente cerca di decodificare questi segnali. Problemi al ricevitore o durante la decodifica hanno l effetto di provocare errori di comunicazione. Lo standard TIA TSB-67 non richiede nessuna misurazione dell impedenza caratteristica di un impianto di cablaggio. I tester Fluke della Serie DSP misurano l impedenza caratteristica utilizzando il metodo di risposta al gradino, a circa 4 m dall inizio del link. Questa è una misura dell impedenza di ingresso, che dà un valore medio dell impedenza caratteristica di un link, con l obiettivo primario di rilevare riflessioni e anomalie d impedenza. In Figura 8 viene mostrato il risultato di un test d impedenza caratteristica, ottenuto con un tester Fluke DSP-100 o DSP-2000 LAN CableMeter, con i valori numerici di ciascuna coppia di conduttori e il campo consentito per quel tipo di cavo. Figura 8. Schermata con i risultati dei test di impedenza.

15 Il fatto che i segnali vengono riflessi nel punto in cui l impedenza caratteristica varia improvvisamente viene utilizzato nella tecnica di test chiamata Misurazione di riflessione nel dominio del tempo (Time Domain Reflectometry) o TDR. La tecnica TDR è quella più frequentemente utilizzata per localizzare i circuiti aperti (open) o i conduttori spezzati di un link, come pure i corti circuiti (short) - connessioni indesiderate - e le anomalie d impedenza o i cavi male accoppiati dei cavi o i difetti nel cablaggio che fanno variare l impedenza. È chiaro che i circuiti aperti o i corti generano cambiamenti molto drastici d impedenza. Le LAN ad alta velocità sono ancora più sensibili alle variazioni d impedenza caratteristica. I tratti con conduttori disintrecciati devono essere i più brevi possibile, mentre non si dovrebbero mai unire pezzi di cavi con impedenze caratteristiche diverse. Quasi sempre i disturbi all impedenza caratteristica avvengono nei pressi delle terminazioni. Una LAN può comunque tollerare alcuni disturbi.tuttavia è di vitale importanza che l installatore disintrecci un cavo UTP per la minima lunghezza possibile, in particolar modo quando si installano link per LAN ad alta velocità. In effetti, per un cavo di Categoria 5, un link può avere al massimo 13 mm di conduttore disintrecciato a ogni interconnessione (TIA/EIA-568-A, paragrafo , Connector Termination Practices). Così, ad esempio, se si utilizza un connettore per collegare due spine modulari a 8 pin (RJ-45), l insieme dei cavi eccede i limiti predetti. I connettori a barilotto hanno sovente un NEXT molto scarso per le coppie connesse ai pin 3, 6 e 4, 5 e non andrebbero mai utilizzati per un installazione di Categoria 5. Attenuazione di riflessione La grandezza chiamata attenuazione di riflessione o RL (Return Loss), misura molto accuratamente gli effetti provocati da valori non corretti d impedenza caratteristica. L attenuazione di riflessione è una misura di tutte le riflessioni che sono causate da disadattamenti d impedenza in qualsiasi punto del link e viene espressa in decibel (db). Il valore delle impedenze agli estremi del link deve essere uguale all impedenza caratteristica del link. Molto spesso questa impedenza viene inglobata nell interfaccia dell apparecchiatura da collegare alla LAN. Una buona corrispondenza dei valori d impedenza caratteristica e di resistenza della terminazione nell apparecchiatura permette un buon trasferimento di potenza verso e dal link e minimizza le riflessioni. La misura dell attenuazione di riflessione varia significativamente con la frequenza. Una causa di attenuazione di riflessione è la (piccola) variazione d impedenza caratteristica lungo il cavo. La proprietà attenuazione di riflessione strutturale o SRL (Structural Return Loss), è riassuntiva dell uniformità di costruzione del cavo. SRL deve essere misurata e controllata durante il processo di costruzione del cavo. Un altra causa, da attribuire principalmente ai connettori, è dovuta alle riflessioni interne al link. Come detto precedentemente, l impedenza caratteristica di un link UTP tende a variare da valori maggiori a basse frequenze, a valori minori alle frequenze più alte. I cavi male accoppiati si hanno solitamente in presenza dei connettori, ma possono anche manifestarsi all interno del cavo laddove vi siano variazioni eccessive d impedenza caratteristica. Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 15

16 Valori di attenuazione (RL) rilevati, espressi in db. Cursore Limite di Pass/Fail per il test Figura 9. Rappresentazione grafica di una misura di attenuazione (RL). L effetto principale dell attenuazione di riflessione non è tanto la perdita d intensità del segnale, quanto piuttosto l introduzione di distorsione sul segnale. In effetti le riflessioni causano perdite d intensità del segnale, ma generalmente la perdita dovuta all attenuazione di riflessione non crea problemi seri. La Figura 9 mostra un risultato tipico di un test di attenuazione di riflessione ottenuto con un Fluke DSP-100 o DSP La curva inferiore (linee diritte) indica i limiti per l attenuazione di riflessione stabiliti dallo standard ISO/IEC 11801, mentre la curva superiore rappresenta il risultato del test. Il cursore (linea verticale) viene posto inizialmente in corrispondenza della frequenza per la quale è stato rilevato il peggior margine di attenuazione di riflessione. Il margine è pari alla differenza tra il valore misurato e il limite di Pass/Fail a quella frequenza. Quando l attenuazione di riflessione è migliore del limite di Pass/Fail (cioè il test ha dato esito positivo) il margine indicato è positivo, mentre un margine negativo significa che la misura effettuata eccede il limite (cioè il test ha dato esito negativo). Inoltre i tester della Serie DSP mostrano la coppia e la frequenza per le quali è stato misurato il peggior margine di attenuazione di riflessione. Si può muovere il cursore sullo schermo lungo l asse delle frequenze, utilizzando i tasti cursore sinistra/ destra presenti sul pannello frontale dello strumento. Sullo schermo, la linea sotto le cifre aggiorna automaticamente il valore numerico, indicando il margine per la frequenza in corrispondenza della quale è stato posizionato il cursore. La misurazione dell attenuazione di riflessione non viene richiesta dal TIA TSB-67. Altri standard, come quelli pubblicati da International Standards Organization (ISO), European Norm (EN) e Australian Standards (AUS), richiedono invece la misurazione sul campo dell attenuazione di riflessione con le modalità qui descritte. I tester Fluke della Serie DSP supportano tutti questi standard. 16 Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN

17 Lunghezza del cavo Sul file di amministrazione del sistema si dovrebbe registrare la lunghezza di ciascun link (come consigliato dallo standard TIA/ EIA 606). Si può stimare la lunghezza di un link attraverso la misura della sua lunghezza elettrica. I tester da campo misurano la lunghezza elettrica basata sul ritardo di propagazione di andata-ritorno sul link. Il ritardo di propagazione di andata-ritorno è pari al tempo impiegato da un impulso elettrico per andare fino alla fine del link e tornare al tester. Un link con un circuito aperto all estremità riflette all indietro verso il tester il segnale che gli arriva. L unità di test remota presenta un circuito aperto alla coppia di conduttori di cui si deve misurare la lunghezza. Questa tecnica di misurazione viene chiamata Misurazione di riflessione nel dominio del tempo o TDR (Time Domain Reflectometry). Il metodo di test TDR può essere paragonato a un impulso radar. Il tester misura il tempo che intercorre dal momento in cui l impulso viene lanciato, fino a quando ne viene rilevata la riflessione. Per convertire una misura di tempo in una misura di distanza (lunghezza), occorre conoscere la velocità con cui il segnale viaggia sul link. Il valore NVP, acronimo di Nominal Velocity of Propagation [Velocità nominale di propagazione], indica la velocità con cui i segnali elettrici viaggiano sul cavo, relativamente alla velocità della luce nel vuoto. Misurando il tempo necessario a un segnale per percorrere il link e tornare indietro, e conoscendo inoltre il valore NVP del cavo, possiamo calcolare la lunghezza elettrica del link. Dato che il segnale si è spostato avanti e indietro per il cavo (due volte la sua lunghezza), l equazione per calcolarne la lunghezza è la seguente: La velocità della luce nello spazio (o vuoto) è di metri/secondo, cioè 0,3 metri/nanosecondo (un nanosecondo [ns] è un miliardesimo di secondo). Il valore NVP per un cavo UTP di Categoria 5 è circa 69%, il che significa che un segnale elettrico viaggia su un cavo di Categoria 5 a circa 0,2 m/ns. La misurazione La misurazione di una lunghezza fisica con uno strumento elettronico presenta alcuni problemi. La velocità con cui il segnale elettrico viaggia varia lievemente da un lotto di cavi all altro (anche se della stessa marca e modello). La forma di un impulso TDR cambia considerevolmente durante il percorso fino all estremità del cavo e ritorno; quindi non è sempre facile rilevare accuratamente il fronte di salita dell impulso riflesso e misurare con estrema accuratezza il tempo trascorso. Ciò può creare problemi al tester per cavi. La sua accuratezza nella misura di lunghezza è influenzata dall abilità o sensibilità nel rilevare accuratamente il fronte di salita dell impulso riflesso. Le specifiche di accuratezza nella misura del ritardo di propagazione dovrebbero rispecchiare le capacità del tester a questo riguardo. Lunghezza = Ritardo di tempo * NVP * Velocità della luce 2 Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 17

18 In un cavo a 4 coppie, ciascuna coppia ha un differente angolo di intrecciamento per incrementare le prestazioni nei confronti della diafonia. Ciò causa una lieve differenza di NVP tra le coppie. Il diverso angolo di intrecciamento implica che anche la lunghezza dei conduttori in rame è diversa per ciascuna coppia. La combinazione di questi fattori è la causa principale della lieve differenza che si riscontra nei risultati di lunghezza (elettrica) delle singole coppie. Differenze del 2 4% sono comuni. Criteri di Pass/Fail Gli standard per i cablaggi strutturati specificano che il link orizzontale, da un estremità all altra, non deve superare i 100 metri. Questo link da estremo a estremo è il link chiamato Channel nel documento TIA TSB-67. Quando si compie una misurazione di Channel, si devono utilizzare i cavetti utente e i cavi delle apparecchiature al posto dei cavetti del tester; i connettori finali del link devono essere accoppiati direttamente col tester da campo. Come già detto, il documento TIA TSB-67 definisce anche un modello di link chiamato Basic Link. La lunghezza massima di un Basic Link è di 90 metri, più 4 metri per i cavetti del tester, per un totale di 94 metri. La limitazione di lunghezza del Basic Link serve a consentire l installazione, nell ufficio o nell area di lavoro, di cavi di apparecchiature, permutatori e cavetti per un massimo di 10 metri, cosicché la lunghezza totale di Channel rispetti la specifica di 100 metri. A causa dei limiti nell accuratezza della misura di lunghezza elettrica, e dato che la lunghezza non è un parametro critico, il documento TSB-67 stabilisce (al paragrafo 6.3, pagina 10) che per decidere l esito di un test di lunghezza fisica del link, si dovrà rilevare e utilizzare la coppia che presenta il ritardo elettrico più breve. Il criterio di Pass/Fail si basa sulla massima lunghezza consentita per Basic Link o Channel, più un margine d incertezza di NVP del 10%. I limiti di Pass/Fail stabiliti nel TSB-67 aggiungono ancora un altro 10% alle specifiche di lunghezza del link per tenere conto delle limitazioni nell accuratezza della misura di lunghezza elettrica sopra descritte, che sono al di fuori del controllo del tester. Infine, l utente dovrebbe essere consapevole che la lunghezza non è un parametro di trasmissione. Infatti è l attenuazione il parametro trasmissivo che più facilmente viene influenzato dalla lunghezza del link. Qualche metro in più sul link non causa errori di trasmissione se tutti gli altri parametri - in primo luogo l attenuazione - superano il test. È per questo che i tester Fluke della Serie DSP accettano una misura di lunghezza di Basic Link (specifiche TIA) quando il valore di lunghezza misurato per la coppia più corta non supera i 103,4 metri (94 più il 10%). Rapporti sui risultati dei test In conformità di TSB-67, in qualsiasi rapporto il risultato di un test di un parametro deve essere contrassegnato con un asterisco (*) quando la differenza tra il valore misurato e il limite per il test è minore dell accuratezza del tester. Un qualsiasi risultato Fail oppure Fail * fa sì che il risultato complessivo per il link sottoposto a test sia Fail, cioè negativo (paragrafo 6.1 di TSB-67). L accuratezza della misura di lunghezza per il tester DSP-100 è riassunta alla Tabella Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN

19 Cavo a coppie intrecciate Coassiale Distanza 0m to 100m (328 ft) 0m to 100m (328 ft) Risoluzione 0.1 metri 0.1metri Accuratezza ± (0,3 m + 2% del valore letto) ± (0,3 m + 2% del valore letto) Distanza Da 100 a 760 metri Da 100 a 1200 metri Risoluzione 0.1 metri 0.1 metri Accuratezza ± (0,3 m + 4% del valore letto) ± (0.3m (1 ft) + 4% del valore letto) Tabella 2. Per i cablaggi UTP più corti di 100 metri le specifiche di accuratezza richiedono ± (0,3 metri + 2% del valore letto). Questa specifica di accuratezza indica il caso di errore peggiore per la misura di lunghezza. Normalmente le prestazioni sono molto migliori di questo valore; i tester Fluke vengono calibrati in fabbrica entro limiti molto più stretti, per garantire che le specifiche sopraddette rappresentino veramente il caso peggiore. L accuratezza massima del tester Fluke DSP-100 per la misura di lunghezza di un link di 100 metri è ± (0,3 metri + 2% di 101), cioè 2,3 metri. Questo significa che se la misurazione della lunghezza dà un valore compreso tra 101,2 metri (= 103,4-2,3) e 105,7 metri (= 103,4 + 2,3), allora il tester dà un giudizio di Pass *. Una lettura inferiore a 101,2 metri produce un Pass senza riserve. La Tabella 3 riassume questi risultati. Ritardo di propagazione e differenza di ritardo Il tester misura il ritardo di propagazione per calcolare la lunghezza del link, come precedentemente spiegato. Il ritardo di propagazione, o il tempo richiesto dal segnale elettrico per andare da un estremo all altro del link, è pari a metà del ritardo di propagazione di andata-ritorno misurato durante il test di lunghezza. La maggior parte degli standard di rete stabilisce un massimo per il ritardo di propagazione tra le stazioni di una rete locale. Se la lunghezza del link orizzontale rispetta il limite di 100 metri, e se è stato utilizzato il cavo corretto (NVP maggiore del 61%), non ci saranno problemi di ritardo di propagazione. Una caratteristica su cui si pone sempre di più l attenzione è la differenza tra i ritardi di propagazione di ciascuna coppia di conduttori. Questa misura si chiama differenza di ritardo di propagazione (delay skew). Pass Pass* Limite di Pass/Fail Fail* Fail risultato <101,2 m 101,1 m<risultato< 103,4 >risultato<105,7 m >risultato<105,7 m Tabella 3. Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN 19

20 Alcune reti ad alta velocità ottengono prestazioni molto buone trasmettendo i dati contemporaneamente su più di una coppia, o su tutte, delle quattro coppie del link. Il flusso di bit viene scisso dal trasmettitore e ogni porzione viene trasmessa simultaneamente su coppie di differenti. È ovvio che, per ricostruire il messaggio originale, il flusso di dati deve essere ricomposto correttamente dal ricevitore. Per raggiungere tale obiettivo, la relazione temporale va mantenuta da un estremità all altra del link. I bit devono viaggiare circa alla stessa velocità per essere ricevuti nello stesso ordine con cui erano stati inviati. La differenza di ritardo di propagazione misura questa proprietà. Tra i parametri da considerare, molti standard di test hanno recentemente introdotto la differenza di ritardo di propagazione, perché alcuni cavi di Categoria 5 vengono costruiti con materiali isolanti, diversi tra loro, che avvolgono il conduttore in rame. Questo tipo di costruzione è conosciuta come eterogenea. La costruzione omogenea richiede che tutte le coppie abbiano lo stesso tipo di materiale isolante. Il materiale isolante ha forte influenza sul valore NVP del cavo. Un esempio di cavo a costruzione eterogenea normalmente in commercio è il cosiddetto cavo 2+2. In questo cavo i conduttori di due coppie sono isolati con Teflon FEP, mentre i conduttori delle altre due coppie sono isolati con un composto di polietilene. La coppia di conduttori isolata con Teflon FEP mostra un valore tipico di NVP per la Categoria 5 del 69%, mentre le altre coppie trasmettono i segnali un po più lentamente e hanno un valore di NVP di qualche punto percentuale più basso (65% o 66%). La misurazione della differenza di ritardo di propagazione Figura 10. Serie DSP. Risultati di misura del ritardo di propagazione. serve a garantire all utente che questi link possano supportare le future reti ad alta velocità a trasmissione parallela. La Figura 10 mostra i risultati di una misurazione di ritardo di propagazione. In Figura 11 viene mostrata la misura della differenza di ritardo di propagazione per lo stesso link. Per calcolare la lunghezza del link viene utilizzata la coppia che presenta i valori di ritardo di propagazione inferiori. Nell esempio di Figura 10, la coppia collegata ai pin 1 e 2 con il valore di 481 ns ha il più basso ritardo di propagazione. Perciò questa coppia serve da riferimento per il calcolo del ritardo di propagazione del link. Il suo ritardo di propagazione viene posto uguale a 0. Sempre nell esempio di Figura 10, la coppia collegata ai pin 7 e 8 ha un valore misurato di ritardo di propagazione di 484 ns, cioè 3 ns più di quello della coppia più veloce. Quindi il suo ritardo è di 3 ns. Le altre due coppie hanno una differenza di ritardo di propagazione di 5 e 13 ns. Tutti questi valori sono inferiori al limite di Pass/Fail di 50 ns e perciò il link supera il test di differenza di ritardo di propagazione. 20 Principi fondamentali dei test di cablaggio per le reti LAN

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