Cablarea structurata a unei retele de calculatoare

Cablarea structurata a unei retele de calculatoare

Problema propusa acestui capitol este: cum are loc cablarea, a atator mijloace de transmitere a informatiei, precum: sistemele de siguranta, retele locale si terminale independente, telex/telefax, sistemele de alarma, videoconferencing, controlul ambiental, sistemele de acces, etc. Acest capitol introduce standardele internationale si principalele produse legate de cablarea unei cladiri in care se gasesc si una sau mai multe retele locale.

Daca ingineria civila a introdus de mult timp normativele pentru instalatiile electrice, hidraulice, telefonice, doar in anii '80 au aparut normele pentru 'implantarea' instalatiilor destinate transmisiei de date. Primele norme s-au referit la centralele telefonice digitale, folosite apoi si pentru cablarea retelelor de calculatoare. Abia in anii '90 s-au elaborat standarde dedicate transmisiei informatiei prin intermediul retelelor de calculatoare, aparand conceptul de 'cablare structurata a edificiilor'.

Normativele despre sistemele de cablare (cu referire expresa la retelele locale), definesc metodele pentru a cabla un edificiu sau un grup de edificii apropiate, prezentand descrieri amanuntite ale:

- caracteristicilor aparatelor electrice, electronice sau optice folosite;

- vitezei de transmisie admise;

- caracteristicilor mediilor de comunicatie folosite si a componentelor pasive necesare (conectori, terminatori, elemente de adaptare, imbinari mecanice, etc.);

- topologiei cablajului (stea, inel, bus) si caracteristici precum nivele de ierarhie, distante maxime admise, adaptari intre topologii, etc;

- regulilor de instalare.

Standardele internationale existente sunt elaborate dupa anii '85 si se bazeaza pe experienta in domeniu a firmelor consacrate, precum IBM (sistemul propriu Cabling System IBM) sau Digital (sistemul propriu DECconnect Digital). Standardele internationale (elaborate de organizatii internationale) au ca exemplificare, la nivel european, standardul EIA/TIA 568A/B, ce se refera la cablarea edificiilor comerciale, standardul EIA/TIA 570 referitor la cablarea edificiilor rezidentiale si a centrelor ce ofera servicii comerciale, tehnice sau financiare, cladiri prezentand insa dimensiuni constructive reduse. Actualmente, organizatia pentru standardizare ISO dezvolta un standard de cablare, bazat pe experienta internationala, standard ISO/IEC 11801, avand titlul Generic Cabling for Customer Premises Cabling.

Se prezinta in continuare principalele elemente componente ale standardului 'clasic' EIA/TIA 568A (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard).

Standardul, elaborat in 1991, specifica cerintele minimale pentru cablarea unui edificiu sau grup de edificii de dimensiuni medii. Standardul are drept scop declarat institutionalizarea unui cadru comun pentru cablarea echipamentelor provenind de la diversi producatori, usurand planificarea si instalarea sistemelor de cablare, si stabilind criteriile tehnice si de performanta necesar a fi indeplinite de diversele sisteme de cablare.

Specificatiile din standard se refera la:

n     cerintele minime pentru realizarea cablarii unei cladiri cu un numar de birouri

n     topologia cablarii si distantele permise

n     elementele componente ale cablajului

n     mediile de transmisie folosite si parametrii minim necesari

n     canalele pentru cabluri, sau cablarea pe verticala

n     cablarea pe orizontala

n     modurile de identificare pentru cablurile folosite

n     normele de instalare si documentatia necesara a fi intocmita.

Standardul defineste un sistem de cablare structurata, compus din sase subsisteme:

n     subsistemul de la intrarea in cladire

n     camera cu echipamente

n     cablarea coloanei vertebrale a sistemului, cablarea pe verticala

n     dulapul pentru telecomunicatie (telecommunication closet)

n     cablarea pe orizontala

n     componentele zonei de lucru (work area)

Fiecare subsistem este compus la randul sau din elemente, a caror prezentare se face in continuare.

Topologia

Topologia cablarii este de tip stea, organizata ierarhic; aceasta topologie este aleasa fiindca este foarte flexibila, alte topologii, precum inel sau bus, putand fi realizate printr-o topologie stelara. Centrul topologiei stelare il constituie comutatorul principal (main crossconnect), proiectat pentru intreaga zona ce este cablata. Al doilea nivel ierarhic il constituie comutatorul intermediar, aferent de obicei unui edificiu al zonei (daca se cableaza un singur edificiu, acesta devine comutatorul principal). La nivelul ierarhic de jos se situeaza dulapul pentru telecomunicatii (telecommunication closet), asociat unui etaj sau unui grup de incaperi din edificiul cablat.

Elementele cablajului

Elementele constitutive ale cablajului (definite de standard) sunt:

- comutatorul principal, ce identifica un centru de distributie (de obicei un singur dulap de distributie), de la care se distribuie cablurile principale catre celelalte edificii sau catre diverse planuri de cablare, daca este vorba de un singur edificiu.

- comutatoarele intermediare, locale edificiilor, identificand dulapurile de distributie ale cablurilor catre diverse planuri de cablare

- dulapul pentru telecomunicatii, (telecommunication closet) reprezinta elementele (dulapurile) de distributie locale, pentru cablurile la care se conecteaza statiile (posturile) de lucru, sau pentru cablurile aferente cablarii pe verticala. Fiecare dulap de distributie contine panouri pentru conectare (patch panels) alcatuite din blocuri de elemente de conectare.

- tronsonul inter-edificii (interbuilding backbone) identifica cablurile principale ce interconecteaza centrul de distributie principal (centrul stelei) de celelalte edificii

- tronsonul intern (intrabuilding backbone) conecteaza comutatorul intermediar (al edificiului) cu oficiile de distributie

- incaperea cu echipamente (equipment room), aferenta unui plan de cablare, contine aparate pasive din punct de vedere al telecomunicatiei (panouri de permutare, conducte pentru cabluri, aparate indicatoare) sau active (centrala telefonica, concentratoare pentru retelele locale, aparatura audio-video)

- infrastructura pentru intrare (interbuilding entrance facility), cuprinde interfatarea sistemului de cablare exterior cu cel al coloanei vertebrale a cablarii interioare; intre acestea se gasesc elementele utilizate pentru asigurarea protectiei electrice, mai ales a impamantarii, pentru componentele tronsoanelor inter-edificii

zona de lucru (work area), identifica posturile (statiile) de lucru (calculatoare, terminale, telefoane), cablurile de conectare ale acestora la sistemul de cablare (patch cables), adaptoarele externe intre cabluri (de tip balun, de exemplu); se identifica astfel toate elementele de conectare externe dulapului de telecomunicatii. Toate aceste elemente trebuie sa fie usor accesibile si sa asigure o interconectare simpla

- blocuri cu terminatori (wiring block), ce reprezinta terminatorii mecanici ai cablurilor

- adaptoarele pentru cablaj sunt fie pasive (pentru adaptarea diverselor tipuri de conectori sau cabluri), precum cablurile adaptoare, diversi conectori (adaptorul in "Y", adaptorul balun), fie active, folosite pentru adaptarea diverselor sisteme de transmisie (convertoare intre interfete de transmisie diferite, precum intre RS232 si RS423, minimodemuri, etc.).

Mediile de transmisie specificate de standard sunt:

- cablul coaxial de 50ohmi, cunoscut de la retelele Ethernet (mai putin folosit in prezent)

- fibra optica multimodala cu dimensiuni 62.5/125 mm si cea unimodala la 8,3/125

- cablurile cu perechi de fire rasucite fara izolatie (unshielded twisted pair) UTP la 100W, precum UTP cu patru perechi de fire, sau multi-pereche (cablu cu 25 perechi)

- cablurile izolate (shielded twisted pair) STP la 150W

În mod obisnuit Ethernetul foloseste doar cateva din standardele existente in materie de cabluri: 10Base5, 10Base2, 10BaseT, 10 BaseF, 100BaseF. Notatia anterioara inseamna ca reteaua foloseste o anumita latime de banda, utilizeaza semnalizarea in banda de baza si poate suporta segmente de diferite lungimi pe diferite medii de transmisie. În continuare se va face o prezentare sintetizata a acestor standarde.

Fig. 3.1 Standarde folosite pentru cablare

Cablarea principala (backbone)

Tronsoanele de cabluri pot interconecta edificii diverse (interbuilding backbone) sau planuri (etaje) de cablare diferite in cadrul unui edificiu (intrabuilding backbone), realizand coloana vertebrala a sistemului de cablare a unei cladiri. Standardul specifica valorile maxime ale lungimilor tronsoanelor, fie direct intre comutatorul principal (MC) si oficiul de telecomunicatii (TC), fie intre ele si comutatoarele intermediare (IC) folosite. Aceste lungimi variaza functie de mediile de transmisie folosite. Spre exemplificare, pentru cablul coaxial de 50ohm, pentru thick Ethernet, distanta maxima intre comutatorul principal si oficiul de telecomunicatii nu poate depasi 500m, la fel intre doua comutatoare intermediare. Pentru cablul UTP, distanta maxima este de 800m (el este folosit in principal pentru voce), cablul STP folosit pentru date nu poate depasi 150m, fibra optica multimod 62,5/125 poate fi desfasurata pe o lungime de pana la 2.000m, iar cea single-mode 8,3/125 pana la 3.000m.

Fig. 3.2 Distantele maxime admise pentru mediile de transmisie

Cablajul orizontal

Cablajul orizontal porneste din dulapul de telecomunicatii din repartitorul principal si se termina la prizele de telecomunicatii din incinte (camere).

La aceste prize de telecomunicatii se vor conecta ulterior posturile de lucru (telefoane, calculatoare si/sau televizoare). Este important de mentionat ca la nivelul cablajului orizontal nu exista o deosebire fizica intre posturile de lucru "voce", posturile de lucru "date" si posturile "CATV".

Un traseu din cablajul orizontal cuprinde: priza de telecomunicatii RJ45 tip "jack", cablul orizontal, terminatia din panoul de distributie (patch-panel) care este montat in dulapul de telecomunicatii. Panourile de distributie sunt concentratoare de cabluri in care se sertizeaza cablurile aduse de la prize in conectori de tip RJ45. Standardul defineste o lungime maxima a cablajului orizontal care nu trebuie sa depaseasca 90 metri. Lungimea cordonului de interconectare (patch-cord) folosit in dulapul de telecomunicatii nu trebuie sa depaseasca 5 m. Lungimea uzuala a patch-cord-urilor pentru conectarea statiilor de lucru in retea este de 3 m.

Componentele retelei structurate de date si voce sunt urmatoarele:

- Suportul fizic: consta in totalitatea cablurilor instalate. Se vor poza cabluri FTP cat.6, 250 MHz care vor face legatura de la priza de voce/date la repartitorul principal;

- Prize voce/date: se vor monta fie aparent (aplicate pe perete) fie ingropat (pe doza de zidarie sau doza de rigips) fie in cutiile de conexiuni ale podelei tehnologice suprainaltate (Sali operationale, de sedinta, de conferinta). Fiecare priza se va echipa cu unul/doi conectori categoria 6, respectandu-se schema de conexiune TIA 568A/B;

- Patch panel: reprezinta componenta pasiva de retea la care se concentreaza toate cablurile de la prizele de pe un etaj, aferente retelei de telecomunicatii; este echipat cu maximum 24 conectori RJ-45 categoria 6. Sertizarea cablurilor la nivelul patch panel-ului respecta intocmai schema de conexiune de la priza de voce/date. Este amplasat intr-un dulap de comunicatii din repartitorul principal;

- Wire manager (ghid patchcorduri): reprezinta componenta pasiva de retea cu rolul de sustinere si ordonare a cablurilor de conexiune la nivelul dulapului de comunicatie din repartitorul principal;

- Posturile de lucru de date (calculatoare) se conecteaza la priza de telecomunicatii prin intermediul unui patchcord flexibil de categorie 6 (4 perechi, 100 ohm), terminat la ambele capete cu conectoare RJ45. Lungimea maxima a cordonului de legatura este de 3 m;

- Posturile de lucru de voce (telefon) se conecteaza la priza de telecomunicatii prin intermediul cordonului de linie al telefonului terminat cu un conector RJ11. Cordonul de linie se dimensioneaza la lungimea necesara amplasarii comode a telefonului pe masa de lucru a utilizatorului;

- Sistemul de etichetare este extrem de important pentru identificarea rapida a pozitiei statiilor de lucru in retea si pentru administrarea retelei. Fiecare port va avea un numar de identificare de forma x-yzz, unde x indica etajul, y patch panel-ul iar zz portul din patchpanelul respectiv;

- Patchpanelurile cu 48 conectori RJ45 in care sunt sertizate cablurile telefonice cu liniile analogice, digitale si de trunchi ale CTA PABX care transfera liniile telefonice ale CTA in dulapurile din repartitorul principal;

- Patchcordurile RJ45 cat.6 de culoare alba pentru transferul liniilor de date intre patchpanelurile cu 24 conectori RJ45 cat.6 si porturile RJ45 cat.6 ale switch-urilor din blocul echipamentelor active de retea;

- Patchpanelurile de fibra optica in care sunt sudate fibrele optice ale cablurilor care se conecteaza la retelele de comunicatii externe.

- Patchcordurile optice care interconecteaza blocul echipamentelor active de comunicatii din centru la patchpanelul de fibre optice SM.

Pachetul de cabluri instalate orizontal se fixeaza pe un pat metalic de cabluri cu coliere de plastic. În functie de marimea pachetului de cabluri se vor utiliza 3 marimi de paturi de cabluri: 150x50 mm; 300x50 mm; 500x50 mm.

Cablajul aferent fiecarui punct de lucru va fi tras de pe patul de cabluri in tub de protectie PVC Ø18 . 25 mm instalat prin spatiul liber al peretelui construit din structura metalica si rigips sau sub tencuiala, pana la doza prizei de utilizator la o distanta de minim 30..50 cm de circuitele electrice si de prize (220 Vca) pentru a se evita interferentele.

Conectorii folositi pentru diferitele tipuri de cabluri folosite la cablarea pe orizontala si verticala sunt:

n     conectori RJ45 pentru cabluri UTP cu patru fire

n     conectori hermafroditi pentru cabluri STP cu doua fire

n     conectori 'N' pentru cablurile coaxiale montate pe perete

n     conectori 'BNC' pentru cablurile coaxiale de distributie pe orizontala

n     conectori pentru fibra optica, de obicei conectori tip baioneta cu cheie (variabila) de insertie, de tip 'ST'.

Normele de instalare

Normele de instalare cele mai importante se refera la:

n     instalarea cablurilor, ca de exemplu a cablurilor UTP (tensiunea maxima admisa pe fir, modul de conectare mecanic al firelor),

n     cablarea orizontala mascata ('sub-mocheta') - se recomanda un acces facil la fire, o distanta minima fata de cablurile de alimentare sau de putere, o izolare mecanica corespunzatoare

n     legarea la masa, respectiv protectia specifica cablurilor cu fibre optice.

Identificarea cablurilor

Din ratiuni de intretinere si pentru a usura dezvoltarile ulterioare, metodologia de identificare a cablurilor trebuie sa devina unitara. Standardul statueaza modul de numerotare pentru identificarea unui cablu si modul de construire al identificatorului unui post de lucru si al cablului asociat.

Pentru un cablu din cadrul unui tronson, identificatorul consta din doua campuri numerice: unul propriu-zis pentru cablu si unul pentru identificarea numarului de perechi de fire rasucite sau de fibre optice din care este alcatuit.

Pentru un post de lucru si cablul de conectare asociat, standardul prevede un sir alfanumeric, cu urmatoarele campuri:

- referirea la zona (etajul de ex.) din edificiu unde se gaseste postul de lucru (sir alfanumeric)

- referirea la oficiul de distributie unde este legat postul de lucru (numar)

- identificator numeric pentru postul de lucru.

- identificatorul dulapului de distributie local.

Instalarea cablurilor UTP

Cele mai multe probleme legate de retele apar din cauza cablurilor: performantele retelei sunt strans legate de cele ale cablurilor. Majoritatea cutiilor in care este "impachetat" cablul sunt proiectate astfel incat desfasuarea acestuia sa fie cat mai usoara. O astfel de cutie contine aproximativ 300 de metri de cablu pe care este marcata distanta din metru in metru (sau in picioare).

Perechile de cabluri in UTP sunt colorate pentru a se putea identifica fiecare fir la ambele capete. Mai mult, ele folosesc un cod de culori pe pereche astfel incat perechile sa poata fi recunoscute. În general cablurile Categoria 6 UTP contin 4 perechi, fiecare pereche contine 2 cabluri, unul colorat complet si altul contine culoarea respectiva pe un fond alb. Cel mai comun cod de culori folosit in cablarea structurata este cel prezentat in standardul EIA/ TIA 568B (Electronic Industry Association/Telecommunications Industry Association's Standard 568B

Cablul UTP contine urmatoarele perechi colorate astfel:

alb-albastru, albastru;

alb-portocaliu, portocaliu;

alb- verde, verde;

alb-maro, maro.

Fig. 3.3    Perechile de fire intr-un cablu UTP

Conectori

Cei mai folositi conectori de cablu pentru cablarea UTP sunt cei de tip RJ45. RJ semnifica Registered Jack si numarul 45 specifica schema de notificare a pinilor. Conectorul este atasat de cablul UTP iar jack-ul reprezinta dispozitivul in care se conecteaza conectorul. Jack-ul poate sa fie ingropat in perete sau poate fi iesirea placii de retea a calculatorului sau poate fi atasat unui hub, switch sau router.

Fig. 3.4 a) Conectorul RJ45 (vedere din lateral, de sus, din fata); b) Jack RJ45

Specificatiile standardului IEEE pentru reteaua Ethernet 10Base T precizeaza ca dintre cele 4 perechi ale cablului UTP doar 2 sunt folosite. Astfel, o pereche e conectata la pinii 1 si doi si cea de-a doua pereche sa fie conectata la pinii 3 si 6.În functie de tipul de conectare pinii 1 si 2, respectiv 3 si 6 sunt folositi pentru transmisie, respectiv receptie.

Fig. 3.5 Pinii folositi pentru transmisie/receptie in retele Ethernet

Urmatorul pas in cablarea UTP reprezinta cunoasterea standardului de cablare ce trebuie folosit pentru conectarea diverselor dispozitive de retea.

Astfel, exista 2 standarde de conectare in functie de tipul dispozitivelor de retea ce se ataseaza cablului la ambele capete:

straight-through cable (cablu drept);

crossover cable (cablu inversor sau cross).

Cablul drept

Cablul drept presupune folosirea ,conform standardului EIA/TIA, a aceleiasi scheme de culori    la ambele capete ale cablului UTP.

Schema de culori este urmatoarea:

Cablul drept este folosit pentru conectarea a doua dispozitive de retea care nu sunt de acelasi nivel. De exemplu, cablul drept permite conectarea unui calculator (nivel 1) cu un port din switch (nivel 2), a unui port din switch (nivel 2) cu un port din router (nivel 3), hub (nivel 2) cu calculatorul (nivel 1).

Fig. 3.6     Schema de culori folosita la ambele capete a unui cablu drept

Cablul cross

Cablu cross presupune folosirea, conform standardului EIA/TIA, a 2 scheme de culori pentru capetele cablului UTP.

Schema de culori pentru cele 2 capete este urmatoarea:

Un capat are aceeasi schema de culori ca la cablul drept iar celalalt capat are, fata de schema anterioara, inversati pinii 1 cu 3 si 2 cu 6.

Cablul cross este folosit pentru conectarea a doua dispozitive de retea care sunt de acelasi nivel. De exemplu, cablul cross permite conectarea unui calculator (nivel 1) cu un alt calculator, a unui port din switch (nivel 2) cu un alt port din switch,a unui port din hub (nivel 2) cu un un alt port din hub, a unui port din switch (nivel 2) cu un port din hub (nivel 2), a unui port din router (nivel 3) cu un alt port din router.

Fig. 3.7 Schema de culori folosita la capetele unui cablu cross

La instalarea cablurilor trebuie tinut cont de urmatoarele:

. toate componentele trebuie sa fie de categoria 6 pentru a se atinge performantele corespunzatoare;

. cablurile trebuie instalate fara a avea deformatii sau noduri;

. cablurile nu trebuie trase pe langa colturi care formeaza unghiuri drepte.

. la instalarile verticale este preferabil sa se dea drumul cablului si nu sa fie tras

pentru a se evita tensiunile;

. folosirea, pe cat posibil, de cabluri de la producatori certificati in acest sens.

Pentru orice proiect de cablare este nevoie a se furniza o documentatie (bazata pe terminologia si prescurtarile standard ), ce cuprinde:

- desenul logic al cablarii in interiorul sediului

- tabela pentru identificarea tronsoanelor verticale

- tabela pentru fiecare dulap de distributie local, pentru identificarea cablurilor catre posturile de lucru.