UD2. Instal·lació física d'una xarxa (I). Medis de transmissió

Introducció

El medi de transmissió és el suport físic que facilita el transport de la informació i suposa una part fonamental en la comunicació de les dades.

Normalment es realitza la tranmissió emprant cablejat de xarxa, però també es pot fer sense fil, de manera inalàmbrica.

A tenir en compte...

• La inversió estimada per a cables en una instal.lació sol ser inferior al 10% de cost total.

• El 70% dels errors produits en una xarxa es deuen a defectes de cablejat.

Per tant, no hem d'escatimar massa les inversiona en cablejat estructurat.

La qualitat d'una tranmissió depen de les propietats del material:

• Propietats físiques: son les propietats generals que permeten descriure un material. Per exemple: pes, color, temperatura de fusió, coeficient de dilatació...
• Propietats mecàniques: descriuen la resistència que presenta un material quan se'l somet a forces externes. Per exemple: elasticitat, plasticitat, duresa, fragilitat...
• Popietats elèctriques: son les que determinen el comportament d'un determinat material al passar per ell el corrent elèctric. Trobem materials aillants, conductors i semiconductors.

Finalment, cal tenir el compte el fenòmen de l'atenuació, que és la pèrdua de potència soferta per una senyal al transitar per qualsevol medi de tranmissió.

Tipus de cablejat de xarxa

• Cablejat metàlic: transmeten la informació mitjançant impulsos elèctrics.
• Parell trenat (TP = Twisted Pair)
• Coaxial
• Cables de fibra òptica: transmeten la informació mitjançat rajos de llum.

Cable de parell trenat

Està compost per:

• Una o més parelles de filaments metàlics aïllats (normalment de coure).
• Parelles trenades entre sí.
• Recobriment mitjançant funda protectora.

Constitueixen el mode més simple i econòmic de tots els medis de transmissió.

Es tracta d'un cable molt susceptible a interferències electromagnètiques (EM I) i per tal de reduir-les tenim dues actuacions:

• Trenar els parells de mode que les intensitats de transmissió i recepció anulen perturbacions electromagnètiques.
• Apantallar els cables, és a dir, emprar un protector que els aïlle de les interferències.

Efecte de Crosstalk

El crosstalk, o diafonía, és un fenomen en què els senyals elèctrics transmesos en un conductor afecten involuntàriament conductors adjacents. Això pot provocar interferències i distorsió en les comunicacions, especialment en cables o línies elèctriques pròximes.

El crosstalk pot ser causat per diversos factors, com ara la proximitat física dels conductors, la capacità i inductància entre ells, o problemes d'apantallament inadequat. En entorns de xarxa, el crosstalk pot conduir a errors de transmissió, pèrdua de senyal i reducció de la qualitat de la comunicació.

Per mitigar els efectes del crosstalk, es poden prendre mesures com utilitzar cables apantallats, mantenir distàncies adequades entre conductors, o implementar tècniques de cancel·lació de diafonia.

Cable UTP

UTP (Unshielded Twisted Pair) significa parell trenat sense pantalla/escut.

Les seues principals característiques són:

• És sensible a interferències.
• Ofereix un gran ample de banda.
• És simple i barat.
• És flexible i fàcil d'instal·lar.
• Connecta habitualment estacions de treball, terminals i dispossitius.

Tot açò fa que siga el cable més emprat per a comunicar xarxes d'ordinadors.

Cable STP

STP (Shielded Twisted Pair) significa parell trenat apantallat.

Es tracta d'un cable apantallat, molt similar a l'UTP però amb un recobriment per a cada parella de cables (normalment metàlic). El recobriment ha de conectar-se a la terra de la instal·lació per a les derivacions elèctriques.

L'esmentat recobriment redueix el soroll exterior del cable produït per interferències electromagnètiques (EMI) i de radiofreqüència (RFI). També redueix el soroll elèctric dins del cable. Al tractar-se d'un cable més protegit pot treballar amb distàncies i freq¨`encies majors.

Cable FTP

FTP (Foiled Twisted Pair) significa parell trenat amb pantalla global. És semblant al STP, però el recobriment és exterior i global.

Els cables STP i FTP tenen alguns desavantatges

• Falta de flexibilitat
• Incòmodes d'instal·lar
• Més cars que el cable UTP

Per aquestes raons, normalment sols s'empren en línies troncals o en llocs molt exposats a interferències electromagnètiques.

Classificació de cables de parell trenat

Dintre dels parells trenats podem distingir 2 classificacions:

• Les catergories: cada categoria especifica unes característiques elèctriques per al cable: atenuació, capacitat de la linia, freqüència de treball màxima...
• Les classes: cada classe especifica les distàncies permeses, l'ample de banda aconseguit i les aplicacions per a les quals és útil en funció d'aquestes característiques.

Categoria	Freqüència màxima	Velocitat màxima	Ús
Cat.3	16 Mhz	10 Mbps	Obsolet
Cat.4	20 Mhz	20 Mbps	Obsolet
Cat.5	100 Mhz	100 Mbps	Xarxes Fast Ethernet
Cat.5e	[100-350] Mhz	1 Gbps	Xarxes Fast/Gigabit Ethernet
Cat.6	250 Mhz	1 Gbps	Xarxes Gigabit Ethernet
Cat.7	600 Mhz	10 Gbps	Xarxes Gigabit Ethernet i futures

Cable coaxial

Degut al seu tipus d'apantallament és menys susceptible a interferències (EMI) que el parell trenat.

Està compost per una malla de coure recobert d'una capa aïllant flexible. També pot estar fet d'alumini recobert d'estany (més econòmic).

Permet cobrir majors distàncies (entre 500 m i varios km) i connectar un major nombre d'estacions en una línia compartida.

Degut a la seua duresa i poca flexibilitat ha deixat d'emprar-se en instal·lacions de cablejat estructurat, però continua utilitzant-se en la distribució de TV per cable.

• AVANTATGES:

  • Arriba a majors distàncies que el cable UTP o STP (500m vs 100m).
  • Més econòmic que la fibra òptica.
  • Major blindatge que el cable UTP.

• DESAVANTATGES:

  • Instal·lació més costosa.
  • Major dimensió per la seua grossor.
  • Més rígid.
  • És necessària una connexió elèctrica sòlida en els extrems. En cas contrari, apareix soroll elèctric que interfereix en la transmissió de la senyal. Per eixa raó, no és suportat pels estàndards actuals.

Fibra òptica

La fibra òptica permet la trensmissió de senyals lluminoses. Sol ser de vidre o altres materials plàstics.

Al no emprar corrent elèctrica per a la transmissió és totalment insensible a les interferències electromagnètiques (EMI).

Un cable de fibra òptica consta de:

• un nucli fibrós a través del qual viatja la senyal lluminosa.
• un revestiment que impedeix que es filtre la llum.
• una coberta que protegeix i aïlla el cable.

Com a font del senyal sol emprar-se:

• Làser
• Diodes LED

Carcaterístiques generals de la fibra òptica

• Cobreix grans distàncies (km).
• Gran ample de banda: superior als 10 Gbps. Un sol cable de fibra òptica pot transportar desenes de milers de trucades telefòniques.
• Taxa d'error molt baixa.
• Sol instal·lar-se en grups, en forma de mangueres, amb un nucli metàlic que serveix de suport i protecció.
• Els principals inconvenients de la fibra són la fragilitat i la dificultat per a realitzar una bona connexió de diverses fibres. Un correcte connexionat evita reflexions de la senyal i una milloria de la qualitat de la transmissió.
• Actualment s'utilitzen dos tipus de fibres òptiques:
  • Fibres mono-mode
  • Fibres multi-mode

Fibra òptica mono-mode

Sols es propaga un mode de llum.

S'aconseguiex reduïnt el diàmetre de la fibra fins un tamany que sols permet un mode de propagació.

La seua transmissió és paral·lela a l'eix de la fibra. Grans distàncies (300 km) i elevades taxes de transferència (desenes de Gbps).

Fibra òptica multi-mode

Els rajos de llum poden circular per més d'un mode o camí. Se suposa que no arriben tots a la vegada.

Pot tenir més de mil modes de propagació de llum. Les fibres multi-mode s'utilitzen comunment en aplicacions de curta distància, menors a 1 km; és simple de dissenyar i econòmic.

Tenim dos alternatives:

• Índex escalonat: té un índex de refracció constant en tota la secció cilíndrica.

• Índex gradual: l'índex de refracció a l'interior del nucli no és únic i decreix quan es desplaça del nucli fins la coberta.

Transmissions sense fil

Les tecnologies sense fil empren ones electromagnètiques per transportar la informació entre els dispossitius.

Alguns tipus d'ones electromagnètiques no son adequades per transportar dades. Altres, estan regulades èr governs. Algunes àrees de l'espectre s'han reservat per a ús públic sense tindre que demanar permissos.

L'espectre electromagnètic inclou bandes de transmissió de radio i televisió, llum visible, rajos X i rajos gamma. Cadaascun d'aquests elements té un rang específic de longitut d'ona.

Les longituts d'ona més emprades per a comunicacions sense fil públiques son la infraroja i la part de radiofreqüència (RF):

• Ona curta (freqüències de MHz): emprades en radio i TV.
• Microones (freqüències de GHz): emprades en telefonia mòbil.
• Transmissions via satèlit: emprades en geolocalització amb freqüències de fins a 1000 GHz.

Els avantatges que aporten les comunicacions sense fils a les LAN són:

• Comoditat
• Facilitat de configuració
• Flexibilitat

Tant l'emissor com el receptor han de tenir una antena que els permeta enviar/rebre la senyal.

Com a norma, a major freqüència, major velocitat. De la mateixa manera, a major velocitat, major atenuació.

Els sistemes sense fils emprats en xarxes informàtiques són:

• Bluetooth
• Infrarrojos
• Wifi
• WiMax

Infrarrojos (IR)

• Transmeten senyals de dades mitjançant diodes d'emissió de llum (LED o làser). La informació no pot viatjar a través d'obstacles.
• Emprat per connectar i tranportar dades entre dispossitius com PDA i PCs. Utilitza un port de comunicacions especial anomenat irDA.

Radiofreqüència (RF)

Algunes bandes de radiofreqüències s'han reservat per a l'ús de dispossitius sense llicència, com les LAN sense fil, telèfons sense fil, perifèrics d'ordinadors...

• Les ones poden atravessar parets i altres obstacles i per tant tenen major cobertura que els IR.
• Per a LAN sense fil existeixen diferents normes/estàndards. Els més coneguts són:
  • IEEE 802.11b
  • IEEE 802.11a
  • IEEE 802.11g
  • IEEE 802.11n
  • IEEE 802.11ac
  • IEEE 802.11ax
• Altres tipus de comunicació per radiofreqüència son el bluetooth i les microones.

Bluetooth (BT)

Especificació per a xarxes sense fil d'àrea personal (WPAN) que possibilita la transmissió de veu i dades entre diferents dispossitius mitjançant un enllaç per radiofreqüència en la banda dels 2'4GHz.

Aquesta norma facilita les comunicacions entre equips mòbils, elimina el cablejat i connectors i ofereix la possibilitat de crear xicotetes xarxes sense fil i facilitar la sincronització de dades entre equips personals.

Microones

Es tracta d'un tipus eficaç de transmissió de dades sense fils.

• Terrestre: empra dues torres de microones amb camp de visió clar entre elles; per tant, no han d'ahver-hi obstacles per interrompre l'esmentat camp visual. La freqüència de transmissió de dades dels sistemes terrestres és de 4 GHz a 23 GHz, mentre que les velocitats soles estar entre 1Mbps i 10 Mbps.
• Satèlit: giren a vora 40.000 km sobre La Terra. Les estacions terrestres envien i reben senyals de dades cap i desde el satètil amb freqüències que oscilen entre 11 GHz i 14 GHz, amb velocitats de desenes de Mbps.

LAN sense fils (WiFi)

Les transmissions en LANs sense fil arriben a velocitats de transmissió moderades, encara que amb l'aparcició del 802.11n i posteriors s'arriben a "altes" velocitats (>300 Mbps). Les distintes versions de Wifi que existeixen estan descrites a la normativa IEEE 802.11. A la següent taula podem veure les principals característiques de les variants que s'utilitzen actualment.

Norma IEEE	Nom WIFI	Freq.	Velocitat	Alcanç	Característiques
802.11b	Wifi1	2.4GHz	11Mbps	30-90m	Estàndar original
802.11a	Wifi2	5GHz	54Mbps	10-25m	No compatible amb b,g,n. Gestió d'energia roïn
802.11g	Wifi3	2.4GHz	54Mbps	30-45m	Més ràpid i compatible amb 802.11b
802.11n	Wifi4	2.4/5GHz	300-600Mbps	30-60m	Més ràpid i compatible amb b i g
802.11ac	Wifi5	5GHz	800Mbps-1.6Gbps	30-45m	Utilitza components que consumeixen menys energia
802.11ax	Wifi6	2.4/5/6GHz	5Gbps	30-60m	Millor gestió de dispossitius amb xarxa congestionada.

WIMAX

Les transmissions en WIMAX segueixen la normativa IEEE 802.16. Semblant al WIFI però amb cobertures majors a canvi de velocitats menors.

	WIFI (802.11)	WIMAX (802.16)
Alcanç	100m	50km
Cobertura	Interior	Exterior
Freqüència	2.4GHz a 6GHz	20Mhz
Velocitat	1Gbps	75Mbps