Okablowanie - testowanie okablowania w sieciach LAN Wykład 3 Kielce 2006

Specyfikacje kabli i końcówek Specyfikacje lub standardy to powszechnie stosowane zestawy reguł lub procedur, które są akceptowanymi metodami wykonywania zadań. Organizacja IEEE (Institut of Electrical and Electronic Engineers) przedstawiła specyfikację okablowania dla sieci LAN

W sieciach typu Ethernet można stosować różnorodne rodzaje mediów transmisyjnych. Ich wybór opiera się o kilka cech, które należy rozważyć projektując sieć: wymagania szerokości pasma aplikacji i użytkownika, perspektywy rozwoju sieci, odległości między systemami komputerów, środowisko geograficzne (kabel, transmisja radiowa lub satelitarna), wymagana tolerancja błędu – zdolność sieci do funkcjonowania pomimo poważnej awarii, środowisko – rodzaj i moc zakłóceń generowanych przez otoczenie, cena.

Specyfikacje kabli i końcówek W specyfikacji IEEE 802.3 przedstawionych zostało wiele różnych standardów, spośród których najważniejszymi dla nas są: 10Base-2        - (Thin Ethernet) kabel koncentryczny cienki. 10Base-5        - (Thick Ethernet) kabel koncentryczny gruby. 10Base-T       - (UTP - Unshielded twisted-pair cable) skrętka 10Mbit. 100Base-T     - skrętka 100Mbit. 10Base-FL     - (Fiber Optic Cable) światłowód.

Przewód koncentryczny Przewód koncentryczny jest przykładem kabla ekranowanego. Składa się z czterech głównych części: Przewodnika miedzianego Plastikowej izolacji Miedzianej osłonki Płaszcza zewnętrznego

Przewód koncentryczny W środku kabla znajduje się miedziany, lity przewodnik (przewód). Otacza go plastikowa, giętka warstwa izolacyjna. Izolacja owinięta jest miedzianą, plecioną siatką lub metaliczną folią. Ta warstwa działa jak drugi przewód w kablu. Ponadto jest osłoną wewnętrznego przewodnika i pomaga zredukować szumy. Osłonę tą pokrywa zewnętrzny płaszcz kabla.

Technologia oparta na kablu koncentrycznym przechodzi do historii Technologia oparta na kablu koncentrycznym przechodzi do historii. Obarczona jest ona wieloma wadami które powodują rezygnowanie z jej stosowania. Wyróżnia się dwa rodzaje kabla koncentrycznego: Ethernet gruby – 10Base-5 (Thick Ethernet) oznaczenie kabla RG-8 i RG-11, o impedancji falowej 50 omów i grubości 1/2", praktycznie wyszedł z użycia, czasem stosowany jako rdzeń sieci (max. odległość między stacjami do 500m).  Ethernet cienki – 10Base-2 (Thin Ethernet) oznaczenie kabla RG-58, o impedancji falowej 50 omów i grubości 1/4", powszechnie stosowany w małych sieciach lokalnych (przy połączeniu 2 komputerów max. odległość między nimi to185m). Czasem jeszcze spotyka się tą technologię w praktycznych zastosowaniach

Zalety kabla koncentrycznego: - ze względu na posiadaną ekranizację, jest mało wrażliwy na zakłócenia i szumy,  - jest tańszy niż ekranowany kabel skręcany, - posiada twardą osłonę, dzięki czemu jest bardziej odporny na uszkodzenia fizyczne.

Wady kabla koncentrycznego: - ograniczenie szybkości do 10Mbit, - niewygodny sposób instalacji (duże łącza, terminatory, łączki T, duża grubość i niewielka elastyczność kabla), - słaba skalowalność (problemy z dołączeniem nowego komputera), - niska odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia dużą część sieci), - trudności przy lokalizowaniu usterki,

Skrętka Wyróżniamy dwa rodzaje skrętki: skrętkę ekranowaną (STP, Shield Twisted Pair) skrętkę nieekranowaną (UTP, Unshield Twisted Pair)

Zalety skrętki -  jest tanim medium transmisji (jeśli chodzi o cenę metra, bez uwzględniania dodatkowych urządzeń), -  wysoka prędkość transmisji, -  łatwe diagnozowanie uszkodzeń, -  łatwa instalacja, -  odporność na poważne awarie (przerwanie kabla unieruchamia najczęściej tylko jeden komputer), -  jest akceptowana przez wiele rodzajów sieci,    

Wady skrętki - niższa długość odcinka kabla niż w innych mediach stosowanych w Ethernecie, - mała odporność na zakłócenia (skrętki nie ekranowanej), - niska odporność na uszkodzenia mechaniczne – konieczne jest instalowanie specjalnych listew naściennych itp.

Kategorie skrętki Kategoria 1(Cat 1) – używana w komunikacji telefonicznej. Nie przystosowana do transmisji danych. Kategoria 2 (Cat 2) – kabel do transmisji danych z prędkością do 4 Mb/s Kategoria 3 (Cat 3) – kabel do transmisji danych z prędkością do 10 Mb/s Kategoria 4 (Cat 4) – Może transmitować dane z prędkością do 16 Mb/s Kategoria 5 (Cat 5) – Może transmitować dane prędkością do 100 Mb/s. Używany w sieciach Fast Ethernet Kategoria 5e (Cat 5e) - używany w sieciach pracujących z prędkością do 1000 Mb/s (1 Gb/s) np. w sieciach Gigabit Ethernet Kategoria 6 (Cat 6) – specyfikacja kategorii 6 jest nowa, została przedstawiona w 2003 r. Używana w sieciach Gigabit Ethernet

Skrętka STP Kable STP, które mogą być określane jako osłonięte (ScTP, Screened Twisted Pair) lub foliowane (FTP, Foil Twisted Pair) posiadają zewnętrzną osłonę przewodzącą, która jest uziemiana w celu odizolowania sygnału od zewnętrznych zakłóceń. STP używa również wewnętrznej osłony, aby chronić pary przewodów przed wzajemnymi zakłóceniami

Skrętka nieekranowana Skrętka nieekranowana (UTP, Unshield Twisted Pair) jest najczęściej stosowanym medium sieciowym. Kabel UTP zbudowany jest z czterech par cienkich, miedzianych przewodów, pokrytych różnokolorowym plastkiem (kolorowy kod) stanowiącym izolację. Pary przewodów osłonięte są zewnętrznym, plastikowym kołnierzem. Łącznik używany z kablem UTP nosi nazwę RJ – 45 (Registered Jack 45)

Skrętka UTP

Skrętka UTP Odpowiednie urządzenia sieciowe możemy łączyć za pomocą kabla UTP w dwojaki sposób: kabel bez przeplotu (ang. straight - through) zachowuje przyporządkowanie pinów na całej swej długości. - kabel z przeplotem, potocznie kabel krosowany (cross - over) to kabel, który ma skrzyżowane pary nadawczą i odbiorczą, aby zapewnić prawidłową pracę urządzeń z złączem liniowym

Kabel bez przeplotu Obie końcówki RJ-45, trzymane obok siebie i skierowane w tą samą stronę, mają widoczne kolorowe przewody. Jeżeli kolejność przewodów w obu końcówkach jest identyczna, mamy do czynienia z kablem bez przeplotu

Kabel z przeplotem W kablu z przeplotem, złącza RJ-45 na jego obu końcach pokazują, że niektóre przewody na jednym końcu kabla są podłączone do innych pinów na drugim końcu kabla. Pin 1 w jednym złączu RJ-45 powinien być podłączony do pinu 3 na drugim końcu kabla. Podobnie, pin 2 na jednym końcu powinien być podłączony do pinu 6 na drugim końcu.

Połączenie zgodne i krzyżowe

Istnieją dwa standardy „układania żył w końcówce”

Używaj kabla bez przeplotu gdy łączysz : Przełącznik i router Przełącznik do komputera lub serwera Koncentrator do komputera lub serwera Używaj kabla z przeplotem, gdy łączysz: Przełącznik i koncentrator Dwa koncentratory Dwa routery Dwa komputery Router do komputera

Przygotowywanie „końcówek” Zarabianie końcówek jest czynnością prostą, lecz trochę pracochłonną – wymagającą dużej cierpliwości (szczególnie od osób, które robią to pierwszy raz). Powinniśmy się zaopatrzyć w zaciskarkę końcówek okablowania sieciowego (RJ45).

Zaciskarka

Skrętka UTP Podstawową wadą kabla UTP jest jego większa podatność na zakłócenia elektryczne w porównaniu z innymi typami mediów sieciowych. Ponieważ nie ma on ekranowania, polega on wyłącznie na efekcie konselacji i różnicowania sygnału w celu zredukowania zakłóceń.

Światłowody Światłowody przesyłają dane poprzez zwiększenie i zmniejszenie mocy światła do reprezentowania logicznych zer i jedynek. Na sygnały świetlne nie wpływają zakłócenia elektryczne, a kabel światłowodowy nie musi być uziemiany.

Pojęcie szumu Ważnym pojęciem związanym z systemami komunikacji (włączając w to sieci LAN) jest szum. Chociaż szum oznacza zazwyczaj niechciane dźwięki, definicja szumu określa go jako niechciany sygnał.

Wszystkie systemy komunikacyjne wytwarzają szum Wszystkie systemy komunikacyjne wytwarzają szum. Chociaż szum nie może być pełnie wyeliminowany, jego efekty mogą zostać zminimalizowane, jeśli zrozumiane zostaną źródła powstawania szumów: Znajdujące się w pobliżu przewody przenoszące sygnały Oddziaływanie częstotliwości radiowych Oddziaływanie elektromagnetyczne (silniki, światła)

Rodzaje szumów Szum który w równym stopniu wpływa na wszystkie częstotliwości jest zwany białym szumem Szum, który dotyczy tylko niektórych częstotliwości, jest zwany szumem różowym lub wąskopasmowym

Sygnały i szumy w mediach sieciowych Szum odnosi się do każdego zakłócenia w kablu, które powoduje, że odbiornik może mieć problemy z prawidłowym wykryciem danych. Prawidłowe położenie instalacji kablowej oraz prawidłowe zakończenie kabli jest szczególnie ważne. Jeśli postępuje się zgodnie ze standardami występuje mniejsza strata sygnału.

Tłumienie sygnału w przewodach miedzianych Tłumienie sygnału – jest to zmniejszenie jego amplitudy w przewodzie. Długie przewody i wysokie częstotliwości przyczyniają się do większego tłumienia sygnału.

Zjawisko tłumienia sygnału wpływa na kilka czynników: Oporność przewodów miedzianych zmienia energię elektryczną w energię cieplną Energia sygnału jest tracona wskutek „wycieku” przez osłonę kabla oraz przez impedancję źle zakończonych kabli

Impedancja Impedancja – jest miarą oporności kabla przy przepływie prądu zmiennego i wyrażona jest w omach. Charakterystyczna impedancja kabla CAT 5 wynosi 100 omów. Jeżeli końcówka przewodu nie jest prawidłowo zainstalowana, ma inną impedancję niż przewód. Ta różnica nazywana jest nieciągłością impedancji lub niedopasowaniem impedancji.

Przesłuch (crosstalk) Przesłuch jest spowodowany przedostaniem się sygnału z jednej pary przewodów do przewodów sąsiednich. Gdy zmienia się napięcie w jednej parze przewodów, indukowane jest pole elektromagnetyczne. Energia ta jest emitowana na zewnątrz, podobnie jak fale radiowe. Sąsiednie pary przewodów działają wtedy jak anteny, generując słabsze, ale podobne sygnały elektryczne w sąsiednich parach. Przesłuch może być również spowodowany przez sygnały docierające z innych, ale znajdujących się w pobliżu przewodów, nazywany jest wtedy przesłuchem obcym

Niechciany przesłuch wynika z nadmiernego rozwinięcia przewodów i indukowania sygnału z sąsiednich par. W związku z tym przesłuch może być zminimalizowany poprzez skręcenie par. Aby zapewnić bezproblemową komunikację LAN, należy w jak najmniejszym stopniu rozkręcać pary przewodów. Jest to szczególnie ważne przy dołączaniu końcówek do przewodu UTP.

Laboratorium: Zadanie 1. Korzystając z dostępnych narzędzi (końcówki RJ – 45, zaciskarka, kabel UTP) wykonaj przewód o długości ok. 1m w połączeniu zgodnym. Sprawdź poprawność wykonania za pomocą testera. Zadanie 2. Gdy poprawnie wykonasz zadanie 1, odetnij jedną z końcówek, wykonaj przewód z przeplotem zaciskając nową końcówkę w standardzie odwrotnym do zastosowanego po jednej stronie przewodu. Sprawdź poprawność wykonania za pomocą testera.