Il cablaggio strutturato Pubblicato il: 21/09/2003 Aggiornato al: 21/09/2003 di Gianluigi Saveri 1. Generalità La necessità di comunicare e di trasmettere informazioni in modo razionale e affidabile ha portato in questi ultimi anni alla realizzazione di sistemi di comunicazione sempre più efficienti e versatili che, al pari dell impianto idraulico ed elettrico, sono diventati infrastrutture permanenti e parte integrante degli impianti tecnologici dell edificio. I sistemi di cablaggio per la distribuzione dei segnali possono essere sostanzialmente di due tipi: proprietari (IBM Cabling Sistem, Digital DECconnent, ecc..) oppure pubblici, approvati da enti e organi ufficiali (conformi a standard internazionali o nazionali - EIA/TIA 568A, ISO/IEC 11801, EN 50173). Il cablaggio strutturato appartiene al secondo tipo e costituisce una rete di comunicazione in grado di veicolare segnali di vario genere (fonia, dati, automazione, ecc..) in un ambito circoscritto, con caratteristiche di flessibilità tali da permettere di adattare e riconfigurare il sistema, in relazione a necessità presenti o future, senza particolari modifiche strutturali. Più precisamente per cablaggio strutturato si intendono l insieme di cavi, prolunghe, prese utente, connettori, quadri, e pannelli (elementi passivi) necessari a connettere gli apparati elettronici di elaborazione delle informazioni chiamati hub e switch (elementi attivi). Queste apparecchiature consentono di ricevere ed inviare dati alle schede di rete dei PC attraverso il sistema di cavi e di collegamenti di un sistema di cablaggio strutturato; gli hub distribuiscono dati condivisi tra tutti gli utenti collegati alla rete, mentre gli switch creano una connessione di tipo univoco tra mittente e destinatario, escludendo in tal modo tutti gli altri utenti collegati. Gli hub hanno tutte le porte sempre attive in collegamento con le altre e condividono la stessa banda di trasmissione. Lo switch, molto simile ad un hub, ha il vantaggio di essere in grado di riconoscere il pacchetto che attraversa la sua porta e, dopo averlo confrontato con una tabella di indirizzi in memoria, di poterlo indirizzare solo sulla porta RJ45 di destinazione. La banda a disposizione viene attribuita in modo più efficiente migliorando le prestazioni della rete. 1
2. Le reti Il cablaggio strutturato si riferisce ai soli componenti passivi mentre col termine rete (fig. 1) si suole normalmente indicare l insieme dei componenti attivi e passivi del sistema. In relazione all estensione dei collegamenti si distinguono tre tipi di rete: Local Area Network (LAN) - ha un estensione limitata e presenta un cablaggio strutturato organizzato per livelli che permette la comunicazione tra le apparecchiature entro un area delimitata, generalmente un solo edificio. Metropolitan Area Network (MAN) - si estende fino a 20-100 km in ambito cittadino Wide Area Network (WAN) - detta anche rete geografica, permette il collegamento fra reti LAN su un area piuttosto vasta utilizzando generalmente linee di gestori pubblici Fig. 1 Le reti 2
3. I componenti passivi 3.1. Tipo di cavi I cavi possono essere in fibra ottica o in rame. La fibra ottica, impiegata per la propagazione della luce, è costituita da fili di materiale vetroso, con sezione circolare composta da due strati coassiali (nucleo o core e mantello o cladding), dotati di una discreta flessibilità (fig. 2). Le fibre ottiche sono generalmente identificate da due numeri che rappresentano rispettivamente il Fig. 2 Fibra ottica diametro in micron di core e di cladding (ad esempio 50/125). La propagazione della luce può avvenire attraverso due tipi di fibre ottiche, le multimodali o le monomodali. Attraverso le multimodali la propagazione avviene seguendo diversi percorsi o modi con una trasmissione a led, mentre attraverso le monomodali la propagazione avviene in un solo modo con una trasmissione ottenuta tramite laser. La scelta tra i due tipi di trasmissione può essere di natura tecnica o economica: la trasmissione tramite laser garantisce maggiori velocità e maggiori distanze coperte ma a costi superiori rispetto alla trasmissione a led. I cavi più utilizzati sono in rame (fig.3) a quattro coppie, intrecciati con un passo di twistatura diverso per ogni singola coppia. La twistatura, detta anche binatura, è un procedimento nel quale le coppie di conduttori vengono tra loro ritorte. Con questa tecnica, eventuali disturbi di natura elettromagnetica vengono indotti su ogni coppia in modo uguale e contrario, elidendosi. Si suddividono in cavi non schermati, UTP - Unfoiled Twisted Pair e in cavi schermati, FTP Foiled Twisted Pair. Esiste sul mercato anche un cavo con coppie singolarmente schermate in foglio d alluminio più uno schermo generale in calza di rame, S - FTP Shielded-Foiled Twisted Pair. Fig. 3 I tipi di doppino Le singole coppie di ogni cavo in rame sono identificabili tramite numerazione e colori: coppia 1 - bianco/blu - blu coppia 2 - bianco/arancio - arancio coppia 3 - bianco/verde - verde coppia 4 - bianco/marrone marrone 3.2. Prese e connettori per pannelli di permutazione I pannelli di permutazione, normalmente installati in armadi, sono costituiti da un insieme di componenti che consentono di gestire in modo flessibile la distribuzione dei segnali attraverso i cavi di collegamento ai quali fanno capo. La connessione delle coppie di conduttori viene normalmente realizzata secondo quanto stabilito dagli standard EIA/TIA T568A e EIA/TIA T568B (fig. 4).Tutti e due i modi di connessione, essendo perfettamente equivalenti (differiscono solamente per l inversione della coppia 2 con la coppia 3), possono essere indifferentemente utilizzati purché in ogni impianto lo schema di collegamento sia unico e sia quindi evitato l impiego contemporaneo di entrambi i metodi; o si utilizza lo standard T568A o lo standard T568B. 3
Le prese quadro, schermate o non schermate, sono in genere riunite in batterie pre-assemblate denominate pannelli di permutazione, a 12-24 o 48 connettori modulari con terminazioni standard 110 cablabili mediante apposito attrezzo ad impatto (impacttool fig.5). Fig. 4 Le prese quadro e i due standard di comunicazione con i relativi codice colore Fig. 5 Attrezzo ad impatto (impact-tool) per morsettiera tipo 110 Per garantire una maggior flessibilità nel caso in cui si dovessero effettuare modifiche future nell uso delle prese, è consigliabile l impiego di connettori tipo RJ45 adatti sia per la telefonia che per la trasmissione dati. I connettori (plug) possono essere schermati o non schermati come le prese. Si attestano sui due capi del cavo a formare le cosiddette patch cords (bretelle di permutazione) svolgendo la duplice funzione di collegamento dei vari dispositivi alla postazione di lavoro e di permutazione delle linee nei quadri o armadi di distribuzione. Le bretelle di permutazione possono essere assemblate in loco oppure, come normalmente si consiglia, assemblate in fabbrica dove vengono eseguiti controllati e certificati. Rendendosi necessario assemblaggio da parte dell installatore può essere comodo utilizzare i connettori a perforazione di isolante (fig. 6) che facilitano la connessione riducendo nello stesso tempo la lunghezza di sbinatura. Fig. 6 - Connettore RJ45 a perforazione d isolante 3.3. Prese utente Nella postazione utente è sempre buona norma prevedere almeno due prese tipo RJ45, una per la telefonia una per la trasmissione dati. I connettori possono essere a connessione rapida, a perforazione di isolante, oppure previsti per connessione realizzabile attraverso l impiego di particolari attrezzi. Sono comunque da preferire le prese che permettono di ridurre al minimo la lunghezza necessaria per eseguire la connessione e conseguentemente la lunghezza di sbinatura delle coppie. 3.4. Quadri ed armadi I quadri e gli armadi (rack), molto simili a quelli per uso elettrico, per essere adatti al cablaggio strutturato devono possedere alcune caratteristiche peculiari: devono essere sufficientemente profondi per permettere adeguati raggi di curvatura dei cavi, devono presentare una distanza tra pannelli e porta di chiusura tale da permettere un agevole installazione delle bretelle di permutazione che, necessitando di un certo spazio per le connessioni, non devono subire schiacciamenti e pieghe con angoli troppo acuti, 4
devono essere facilmente accessibili in fase di cablaggio e nelle successive fasi di manutenzione. I quadri sono normalmente fissati a parete e sono presenti sul mercato con struttura fissa o rotante. I quadri a struttura rotante permettono un accesso facilitato nelle fasi di installazione ma soprattutto in fase di manutenzione periodica dell impianto. Gli armadi, di dimensioni più grandi, sono appoggiati direttamente al pavimento e come i quadri possono essere a struttura fissa o rotante, anche se i problemi di accessibilità tipici dei quadri possono essere ovviati favorendo l accesso dalla parte posteriore del quadro. In alcuni casi, per consentire un agevole trasporto anche quando è difficile l accesso ai locali di installazione, gli armadi possono essere smontabili. Sia i quadri sia gli armadi presentano generalmente montanti forati e distanziati secondo uno standard di 19 o 10 pollici. Lo standard tradizionale è il 19 pollici ma, per le reti di piccole dimensioni, sovente si utilizzano dei piccoli armadi da parete con standard 10 pollici denominati appunto mini rack. 5
4. La struttura del sistema Nel cablaggio strutturato assumono notevole rilevanza gli aspetti normativi ed in particolare lo standard, sviluppato negli Stati Uniti, EIA/TIA 568 che è stato preso come riferimento nella stesura di tutte le più recenti normative. Questo standard fissa i requisiti essenziali che deve possedere un cablaggio strutturato che si sviluppi su un gruppo di edifici facenti parte di uno stesso comprensorio, su un singolo edificio o su un unico piano di un edificio. Per comprensorio si intendono un gruppo di edifici edificati su un appezzamento di terreno di dimensioni circoscritte oppure anche su più appezzamenti vicini purché collegati mediante strutture edili permanenti come sovrappassi, sottopassi, ecc.. 4.1. Topologia del cablaggio La topologia più razionale e che si presta meglio agli sviluppi dell impianto è la cosiddetta struttura di tipo stellare gerarchico caratterizzata da alcuni punti, detti centri stella, che rappresentano, secondo un prestabilito ordine gerarchico, diversi livelli. In figura 7 è rappresentata una tipica struttura stellare gerarchico nella quale sono evidenziati i vari centri stella che si riferiscono rispettivamente al comprensorio, all edificio o al piano dell edificio. Fig. 7 - Topologia e distanze limite in un cablaggio strutturato sviluppato secondo una struttura stellare gerarchico Unità topologica Descrizione EU Descrizione USA Centro stella di comprensorio Campus Distributor (CD) Main Cross-connect (MC) Centro stella di edificio Building Distributor (BD) Intermediate Cross-connect (IC) Centro stella di piano Floor Distributor (FD) Telecomunication Closet (TC) Dorsale di comprensorio Interbuilding Backbone Dorsale di edificio Intrabuilding Backbone Dorsale di piano Floor Backbone Locale tecnologico Equipment Room (ER) Postazione di lavoro Work Area Tab. 1 Unità topologiche di un cablaggio strutturato stellare gerarchico Nel centro stella di comprensorio (fig. 8), in apposito locale ricavato nell edificio principale, sarà ubicato il permutatore di comprensorio al quale, attraverso la dorsale di comprensorio, si collegano i vari centri stella di edificio. 6
Da ogni centro stella di edifico (permutatore di edificio) si sviluppa il cablaggio verticale o dorsale di edificio che connette i diversi armadi di piano (permutatori di piano) (fig. 9). Dal distributore di piano si sviluppa il cablaggio orizzontale fino alle prese delle postazioni di lavoro(fig. 10) alle quali fanno capo, collegati mediante appositi cavi di connessione, i vari dispositivi dell utente (fig. 11). Gli impianti possono essere schermati o non schermati. La schermatura garantisce una buona immunità dai disturbi elettromagnetici e conseguentemente una migliore qualità nella trasmissione dei segnali. Allo stesso modo si ottiene anche una limitazione nell emissione dei disturbi riducendo quindi l inquinamento ambientale. La scelta tra i due tipi di distribuzione (ovviamente la schermatura comporta un aggravio nei costi rispetto ad un impianto non schermato) dipende essenzialmente dalle prestazioni che si richiedono ad un installazione ed in particolare alle caratteristiche ambientali del luogo di posa dell impianto. In figura 12 è riportato un esempio dei componenti passivi necessari alla realizzazione di un cablaggio strutturato in un edificio. Fig. 8 Tipico cablaggio in edifici di un comprensorio privato Fig. 9 Cablaggio verticale in un edificio Fig. 10 Cablaggio orizzontale in un edificio Fig. 12 Esempio di architettura e componenti del cablaggio strutturato di un edificio 7 Fig. 11 - I componenti del collegamento strutturato
4.2. Le norme d installazione Per uniformare gli standard di cablaggio strutturato due enti statunitensi l EIA (Electronic Industry Association) e la TIA (Telecomunication Industry Association) proposero uno standard che prese il nome di EIA/TIA 568. Notificato nel 1991 per gli Stati Uniti dall ANSI, divenne presto un riferimento anche al di fuori degli USA. Qualche anno dopo, nel 1994, fu proposto uno standard internazionale, evoluzione del vecchio standard, che prese il nome di ISO/IEC 11801. In Europa si richiede sempre di più la rispondenza allo standard internazionale ISO/IEC 11801 non molto diverso da quello statunitense EIA/TIA 568 se non per alcuni aspetti marginali come la topologia, la terminologia, la categoria di classificazione dei collegamenti, il tipo di mezzi di comunicazione e la messa a terra dell impianto. Lo standard Europeo è la Norma EN50173 che del resto differisce minimamente dallo standard ISO/IEC 11801. Per quanto concerne la qualità dei cablaggi e le caratteristiche trasmissive dei componenti ci si riferisce a categorie e classi così come indicato nella tabella 2. La categoria descrive le caratteristiche del singolo componente mentre la classe le prestazioni dell impianto nel suo insieme. Un impianto nel quale coesistono componenti di categoria diversa viene declassato in relazione al componente meno pregiato rendendo non conveniente l esecuzione di impianti con componenti di differente categoria. Velocità di Categoria Classe ISO/IEC 11801 EIA /TIA 568A EN 50173 trasmissione Fino a 100 khz 1 A * * * Fino a 1 MHz 2 B * * * Fino a 16 MHz 3 C * * * Fino a 20 MHz 4 * * Fino a 100 MHz 5 D * * * 5e D 2000 * * * Fino a 250 MHz 6 E * * Fino a 600 MHz 7 F * 2 GHz Fibra ottica Ottica * * * Tab. 2 Categorie e classi 8
5. Collaudo e certificazione del cablaggio Il collaudo del sistema prevede, ad installazione completamente ultimata, test per verificare il rispetto delle prestazioni stabilite in fase di progetto (fig. 12). Con appositi strumenti, un elemento trasmittente ed uno ricevente, si effettuano delle misure per accertare la conformità dell impianto agli standard e stabilire in tal modo la classe di appartenenza dell impianto. I risultati delle prove, raccolti in apposita documentazione, se rispondenti agli standard stabiliti costituiscono la certificazione dell impianto. Fig. 12 Il collaudo 9