ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Άσκηση 5 η οµηµένη Καλωδίωση Η δοµηµένη καλωδίωση αφορά στην καλωδιακή υποδοµή ενός κτιρίου (ή πολλών κτιρίων που επικοινωνούν µέσω καλωδίων) µε σκοπό την εργονοµική µεταφορά πληροφορίας (ήχου, δεδοµένων, εικόνας) υπό µορφή ηλεκτρικών σηµάτων στις τερµατικές συσκευές του όλου συστήµατος. Τα βασικά µέρη είναι τρία: Αίθουσα υπολογιστών (Computer Room): εξοπλισµός εισαγωγής και διανοµής πληροφορίας στο κτίριο (κατανεµητές, patch panels). Αποτελεί το σύνδεσµο ανάµεσα στο κατακόρυφο και το οριζόντιο δίκτυο. Κατακόρυφη καλωδίωση (Backbone Cabling): σύνδεση ανάµεσα στο γενικό κατανεµητή και τους επιµέρους τοπικούς κατανεµητές. Οριζόντια καλωδίωση (Horizontal Cabling) σύνδεση ανάµεσα στον κατανεµητή ορόφου και τις πρίζες. Η σχεδίαση και εγκατάσταση στη δοµηµένη καλωδίωση καθορίζεται από συγκεκριµένες τυποποιήσεις (standards). Οι τυποποιήσεις αυτές αφορούν στο είδος των καλωδίων (χάλκινο, οµοαξονικό, οπτική ίνα), τον τρόπο διασύνδεσής τους και τον τερµατισµό τους (ακροδέκτες καλωδίου, πρίζες). Η ευρωπαϊκή προδιαγραφή EN 50173-1 επισηµαίνει ότι οι τοπικοί κατανεµητές πρέπει να συνδέονται µε τον κεντρικό κατανεµητή µέσω ενός κατακόρυφου δικτύου που ονοµάζεται και backbone. Για κάθε καλωδίωση που ξεπερνά τα 90 µ, είναι απαραίτητο να τοποθετηθούν οπτικές ίνες. Για καλωδιώσεις µικρότερου µήκους, µπορούν να χρησιµοποιηθούν καλώδια χαλκού. Επίσης, η EN 50173-1 ορίζει σήµερα το οριζόντιο δίκτυο ως ένα υπο-σύστηµα (σε αντίθεση µε το κατακόρυφο δίκτυο) που εκτείνεται από τον κατανεµητή ορόφου (ή τοπικό κατανεµητή) στις πρίζες RJ 45 που συνδέονται άµεσα ή έµµεσα. Όταν το µήκος ενός µόνιµου συνδέσµου είναι µεγαλύτερο από 90µ, είναι υποχρεωτικό να προστεθεί ένας τοπικός κατανεµητής ή να χρησιµοποιηθεί γι αυτόν το σύνδεσµο οπτική ίνα. 1. Βασικά στοιχεία καλωδίωσης Τα θεµελιώδη στοιχεία σε οποιαδήποτε καλωδίωση είναι η πρίζα (jack) και το καλώδιο σύνδεσης (patch cord). Στο καλώδιο σύνδεσης διακρίνουµε δύο βασικά στοιχεία, το φις (plug) και αυτό καθαυτό το καλώδιο (cord) που περιέχει τους αγωγούς. Τα µέρη αυτά απεικονίζονται στο σχ. 1. patch cord (καλώδιο σύνδεσης) jack (πρίζα) plug (φις) cord (καλώδιο) Σχ. 1 Βασικά µέρη καλωδίωσης Η δοµηµένη καλωδίωση για µεταφορά πληροφορίας σε τερµατικές συσκευές εντός µιας εγκατάστασης (σπίτι, γραφείο κλπ) αφορά κυρίως καλώδια συνεστραµµένου ζεύγους (Twisted Pair Cables) και πρίζες τύπου RJ (Registered Jack). - 27 -
2. Καλώδια Συνεστραµµένου Ζεύγους (Twisted Pair Cables TP) Το καλώδιο συνεστραµµένου ζεύγους είναι ένα µονωτικό περίβληµα το οποίο περικλείει χάλκινα υποκαλώδια, τα οποία είναι συνεστραµµένα ανά ζεύγη (συνήθως 4 ζεύγη) µε σκοπό την ακύρωση εξωτερικών ηλεκτροµαγνητικών παρεµβολών. Πλέον η ονοµασία των καλωδίων συνεστραµµένου ζεύγους έχει µορφή X/YTP, όπου ο κωδικός X αφορά στο είδος της θωράκισης του συνολικού καλωδίου και ο κωδικός Y αφορά στο είδος θωράκισης των συνεστραµµένων ζευγών. θωράκιση καλωδίου (X) U: καµία θωράκιση F: θωράκιση µε ταινία αλουµινίου/πολυεστέρα U: Unshielded F: Foiled S: Shielded SF: Shielded Foil θωράκιση συνεστραµµένων ζευγών (Y) U: καµία θωράκιση F: θωράκιση µε ταινία αλουµινίου/πολυεστέρα S: θωράκιση µε τρέσα χαλκού SF: συνδυασµός τρέσας και ταινίας Σχ. 2 ιατοµή καλωδίου συνεστραµµένου ζεύγους και κωδικοποίηση ονοµατολογίας Σύµφωνα µε την κωδικοποίηση αυτή, οι πιο διαδεδοµένοι τύποι καλωδίων συνεστραµµένου ζεύγους είναι: U/UTP (UTP) F/UTP (FTP) U /FTP (STP) S/FTP (SSTP) SF/UTP (SFTP) 3. Πρίζες τύπου RJ Registered Jack (στην παρένθεση αναφέρεται η παλιά ονοµασία) Το Registered Jack (RJ) αφορά την τυποποιηµένη φυσική διεπαφή δικτύου (physical Network Interface) και έχει να κάνει τόσο µε τη δοµή της πρίζας όσο και µε τον τρόπο που συνδέονται τα καλώδια από το φις του καλωδίου στην πρίζα µε σκοπό τη σύνδεση τηλεπικοινωνιακού εξοπλισµού (π.χ. τηλεφωνική συσκευή, κάρτα δικτύου υπολογιστή). Οι πιο συνηθισµένοι τύποι RJ φις και πριζών στην Ελλάδα είναι οι RJ11, RJ14 και RJ45. Όλοι σχεδόν οι φυσικοί συνδετήρες (φις) που χρησιµοποιεί η τυποποίηση RJ είναι τύπου modular connector. Για παράδειγµα, η τυποποίηση RJ11 προβλέπει φις και πρίζα 6 ακίδων (pins), από τις οποίες µόνο στις 2 υπάρχει αγωγός (conductor). Η πληροφορία αυτή συνοψίζεται στη σύντµηση 6P2C (6 Pins 2 Conductors). Τα πιο συνηθισµένα πριζάκια που θα συναντήσουµε σε εφαρµογές, είναι 2 ειδών: Τα κλασσικά τηλεφωνικά πριζάκια στους τοίχους των σπιτιών έχουν 6 υποδοχές, από τις οποίες χρησιµοποιούνται οι 2 κεντρικές στο κλασσικό PSTN (1 τηλεφωνική γραµµή) ή οι 4 κεντρικές στο ISDN (2 τηλεφωνικές γραµµές). Τα αντίστοιχα πριζάκια για το Ethernet είτε είναι τοίχου ή τοποθετηµένα σε switches, hubs και patch panels είναι λίγο µεγαλύτερα σε διαστάσεις, διαθέτουν 8 υποδοχές και χρησιµοποιούνται όλες. Στον ακόλουθο πίνακα συνοψίζονται οι πιο συνήθεις τυποποιήσεις που απαντώνται στην Ελλάδα. RJ-type ακίδες αγωγοί npmc συνήθης χρήση RJ-9 4 4 4P4C σύνδεση τηλ. συσκ. µε ακουστικό RJ-11 6 2 6P2C 1 τηλεφωνική γραµµή (PSTN) RJ-14 6 4 6P4C 2 τηλεφωνικές γραµµές (ISDN) RJ-25 6 6 6P6C 3 τηλεφωνικές γραµµές RJ-45 8 8 8P8C Ethernet Πίν. 1 Οι πιο συνήθεις τύποι διεπαφής RJ - 28 - npmc n: number of pins (P) m: number of conductors (C)
4. Μέθοδοι Καλωδίωσης (Wiring Schemes) Οι µέθοδοι καλωδίωσης είναι τυποποιήσεις που καθορίζουν τον τρόπο µε τον οποίο τα υποκαλώδια ενός καλωδίου συνεστραµµένου ζεύγους π.χ. συνδέονται µε τις επιµέρους υποδοχές µιας πρίζας τύπου RJ. 4.1. Καλωδίωση για τηλεφωνικές εφαρµογές (RJ-11, RJ-14, RJ-25) Η τηλεφωνική καλωδίωση αφορά 1, 2 ή 3 ζεύγη (2, 4, ή 6 αγωγούς), τα οποία µπορούν να εξυπηρετηθούν από την ίδια πρίζα τύπου 6PmC (βλ. πίν. 1). Η σχεδίαση των συµβάσεων καλωδίωσης διασφαλίζει ότι χρησιµοποιώντας ένα µικρότερο φις σε µεγαλύτερη υποδοχή επιτυγχάνεται και πάλι η σύνδεση πλήρων ζεύγων και όχι η σύνδεση δύο µισών ζεύγων, κάτι το οποίο θα ήταν άχρηστο. Επίσης, καθώς πλέον τα περισσότερα καλώδια είναι TP είναι πιθανό να προκύψει η ανάγκη για µεταφορά της καλωδίωσης από το κλασσικό τηλεφωνικό καλώδιο σε συνεστραµµένου ζεύγους. Στον ακόλουθο πίνακα του σχήµατος 3 παρουσιάζεται ο τρόπος διασύνδεσης που διασφαλίζει τα παραπάνω. ακροδέκτης RJ χαρακτηριστικά ζεύγους χρώµα θέση RJ25 RJ14 RJ11 ζεύγος T/R ± twisted pair παλιό τηλεφωνικό 1 1 3 T3 + λευκό / πράσινο πορτοκαλί 2 2 1 2 T2 + λευκό / πορτοκαλί µαύρο 3 3 2 1 1 R1 µπλε κόκκινο 4 4 3 2 1 T1 + λευκό / µπλε πράσινο 5 5 4 2 R2 πορτοκαλί κκ ί ίττ ρρ ι ινν οο 6 6 3 R3 πράσινο µπλε 1 2 3 4 5 6 λευκό / πράσινο λευκό / πορτοκαλί µπλε λευκό / µπλε πορτοκαλί πράσινο 1 2 3 4 5 6 πορτοκαλί µαύρο κόκκινο πράσινο κκ ί ίτ ρρ ι ιν οο µπλε Τ3 Τ2 R1 T1 R2 R3 νέα κωδικοποίηση χρωµάτων (συνεστρ. ζεύγους) ακροδέκτης προορισµού παλιά κωδικοποίηση χρωµάτων (παλιό τηλεφωνικό) ζεύγος προορισµού Σχ. 3 Σχήµα καλωδίωσης κατά USOC (Universal Service Ordering Codes) Σύµφωνα µε την ιδέα αυτή οι δύο κεντρικοί ακροδέκτες είναι ένα ζεύγος, οι δύο επόµενοι εκατέρωθεν ένα δεύτερο ζεύγος και οι εξωτερικοί δύο το τρίτο. Ζεύγος 1 (T1 & R1) Συνήθως το πρωτεύον τηλεφωνικό κύκλωµα καλωδιώνεται στους δύο κεντρικούς ακροδέκτες (ακροδέκτες 3 & 4) και είναι το ζεύγος µπλε, λευκό/µπλε (επίσης γνωστό και ως T1 & R1). Μια κλασσική µονή τηλεφωνική γραµµή αντλεί τηλεφωνικό τόνο από τους δύο αυτούς κεντρικούς ακροδέκτες. Ζεύγος 2 (T2 & R2) Το δευτερεύον κύκλωµα καλωδιώνεται στους δύο ακροδέκτες (2 & 5) εκατέρωθεν των δύο κεντρικών και είναι το ζεύγος πορτοκαλί και λευκό/πορτοκαλί (επίσης γνωστό και ως T2 & R2). Ανάλογα µε την εφαρµογή, το δευτερεύον κύκλωµα µπορεί να είναι ο δεύτερος τηλεφωνικός τόνος σε µια διπλή τηλεφωνική γραµµή ή το κύκλωµα δεδοµένων/ελέγχου µιας ψηφιακής τηλεφωνικής συσκευής. - 29 -
Ζεύγος 3 (T3 & R3) Το τρίτο κύκλωµα καλωδιώνεται στους δύο εξωτερικούς ακροδέκτες (1 & 6) και είναι το ζεύγος πράσινο και λευκό/πράσινο (επίσης γνωστό και ως T3 & R3). Ανάλογα µε την εφαρµογή, το τρίτο κύκλωµα µπορεί να είναι ο τρίτος τηλεφωνικός τόνος σε µια τριπλή τηλεφωνική γραµµή ή το κύκλωµα επιπλέον λειτουργιών µιας ψηφιακής τηλεφωνικής συσκευής. Παρατήρηση: οι ακροδέκτες T & R Τα σύµβολα T και R που εµφανίζονται στους ακροδέκτες προέρχονται από τις λέξεις Tip και Ring αντίστοιχα. Στην τηλεφωνία οι όροι που αντιπροσωπεύουν τους αγωγούς που συνθέτουν ένα κύκλωµα είναι γνωστοί ως "tip" (κορυφή, άκρη) και "ring" (δακτύλιος, δακτυλίδι). Οι όροι αυτοί προέρχονται από τις παλιές ηµέρες της τηλεφωνίας, τότε που οι τηλεφωνικές συνδέσεις γίνονταν µε βύσµατα 1/4", παρόµοια µε αυτά που χρησιµοποιούνται σήµερα στα στερεοφωνικά ακουστικά. Τα συστήµατα εκείνα είχαν και ένα τρίτο καλώδιο το οποίο λειτουργούσε σαν γη. Ο ακροδέκτης "Tip" (κορυφή) ήταν η κορυφή του βύσµατος και ήταν το (+) του κυκλώµατος. Ο ακροδέκτης "Ring" (δακτύλιος) ήταν ένας αγώγιµος δακτύλιος αµέσως πίσω από την κορυφή Tip του βύσµατος και ήταν το (-) του κυκλώµατος. Ακριβώς πιο πίσω βρισκόταν το "Sleeve" το οποίο ήταν η γείωση. Η ίδια σύµβαση ακολουθείται και σήµερα: Τ για (+) και R για ( ). tip ring sleeve Σχ. 4 Οι ακροδέκτες T (+) και R ( ) (Tip & Ring) 4.2. Καλωδίωση για εφαρµογές Ethernet (RJ-45) Εάν στην τυποποίηση κατά USOC για την τηλεφωνική καλωδίωση προσθέσουµε εκατέρωθεν του τρίτου ζεύγους και ένα τέταρτο, τότε επιτυγχάνουµε καλωδίωση 8 αγωγών, η οποία χρησιµοποιείται στις εφαρµογές µετάδοσης πληροφορίας. Η τυποποίηση αυτή όµως, ενώ λειτουργεί ικανοποιητικά για µετάδοση φωνής, αποτυγχάνει σε πρωτόκολλα για LAN υψηλών ταχυτήτων, καθώς οι ακροδέκτες του πιο εξωτερικού ζεύγους είναι πολύ µακριά για να ικανοποιήσουν τις ηλεκτρικές απαιτήσεις. ύο παραλλαγές γνωστές ως T568A και T568B ξεπερνούν αυτό το πρόβληµα χρησιµοποιώντας διπλανά ζεύγη των εξωτερικών 4 ακροδεκτών για το 3 ο και 4 ο ζευγάρι. Οι 4 εσωτερικοί ακροδέκτες καλωδιώνονται ακριβώς όπως το RJ14. Σε κάθε καλώδιο TP, κάθε ζεύγος αντιπροσωπεύεται από ένα συγκεκριµένο χρώµα. Το ζεύγος 1 είναι χρώµατος µπλε, το ζεύγος 2 πορτοκαλί, το ζεύγος 3 πράσινο και το ζεύγος 4 καφέ. Σε κάθε ζεύγος το ένα καλώδιο είναι πλήρως χρωµατισµένο και το άλλο είναι λευκό µε ρίγες χρωµατισµένες στο αντίστοιχο χρώµα. Όταν τερµατίζεται ένα καλώδιο TP, κάθε ζεύγος αντιστοιχεί σε συγκεκριµένες θέσεις στην πρίζα ή το patch panel, ανάλογα µε τη µέθοδο καλωδίωσης που ακολουθείται. Η µόνη διαφορά ανάµεσα στις µεθόδους 568A και 568B είναι ότι τα ζεύγη 2 και 3 (πορτοκαλί και πράσινο) ανταλλάσσουν θέσεις. Όταν ένα καλώδιο ακολουθεί µια από τις δύο τυποποιήσεις και στις δύο του άκρες λέγεται straight through. Εάν το ένα άκρο του έχει τερµατιστεί κατά 568Α και το άλλο κατά 568Β, τότε το καλώδιο λέγεται crossover και χρησιµοποιείται για τη σύνδεση υπολογιστών απευθείας, χωρίς την ανάγκη παρεµβολής ενός switch, hub ή router. Στο ακόλουθο σχήµα παρουσιάζονται αναλυτικά οι µέθοδοι 568Α και 568Β. - 30 -
568-Α 568-Β πολικότητα πολικότητα T/R T/R 3 1 2 4 2 1 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 568-A 568-B 1 2 3 4 σχήµα καλωδίωσης 568-A 568-Β ζεύγος καλώδιο ακροδέκτης ακροδέκτης λευκό/µπλε 1 λευκό/µπλε 5 5 µπλε 2 µπλε 4 4 λευκό/πορτοκαλί 1 λευκό / πορτοκαλί 3 1 πορτοκαλί 2 πορτοκαλί 6 2 λευκό/πράσινο 1 λευκό / πράσινο 1 3 πράσινο 2 πράσινο 2 6 λευκό/καφέ 1 λευκό / καφέ 7 7 καφέ 2 καφέ 8 8 Σχ. 5 Οι µέθοδοι καλωδίωσης 568-Α και 568-Β Γενικές πρακτικές πληροφορίες για τις µεθόδους καλωδίωσης 568Α και 568Β 1. Όσον αφορά στα καλώδια, η τυποποίηση 568B είναι πλέον η πιο συνηθισµένη καλωδίωση. Συνήθως όλα τα έτοιµα καλώδια είναι ήδη συνενωµένα µε το φις κατά την τυποποίηση 568B. 2. εν έχει απολύτως καµία διαφορά στη συνδεσιµότητα ανάµεσα στα καλώδια 568B και 568A. Και οι δύο καλωδιώσεις πρέπει να λειτουργούν κανονικά σε κάθε σύστηµα, δηλαδή ένα καλώδιο 568B θα πρέπει να λειτουργεί κανονικά σε σύστηµα που ακολουθεί την τυποποίηση 568A και αντίστροφα. 3. Για τη δηµιουργία ενός straight through καλωδίου (κανονικό), και οι δύο άκρες καλωδιώνονται µε την ίδια µέθοδο (και στις δύο 568A ή και στις δύο 568B). 4. Για τη δηµιουργία ενός crossover καλωδίου (διασταυρωµένο), οι δύο άκρες καλωδιώνονται µε διαφορετικές µεθόδους (αν η µια άκρη είναι κατά 568A, τότε η άλλη θα πρέπει κατά 568B και αντίστροφα). 5. Οι αριθµοί των ζευγών και οι αριθµοί των ακροδεκτών δε θα πρέπει να συγχέονται. Ο χρησιµοποιείται µόνο για αναφορά (π.χ. το 10BaseT Ethernet χρησιµοποιεί τα ζεύγη 2 & 3). Οι αριθµοί των ακροδεκτών είναι αυτοί που δηλώνουν τις πραγµατικές θέσεις των αγωγών στο φις και το πριζάκι. - 31 -
5. Τυποποιήσεις δοµηµένης καλωδίωσης για καλώδια TP (Κατηγορίες) Οι επιδόσεις των συστηµάτων δοµηµένης καλωδίωσης καθορίζονται από πολλές παραµέτρους, µερικές από τις οποίες είναι η συχνότητα λειτουργίας των καλωδίων, η θωράκισή τους, η απόσβεση που εισάγουν στο διαδιδόµενο σήµα, καθώς και η ανοχή τους σε διαφωνία (crosstalk) και θόρυβο (system noise). Ανάλογα µε τις απαιτούµενες επιδόσεις για το σύστηµα, οι αντίστοιχες προδιαγραφές στις προαναφερθείσες παραµέτρους ταξινοµούνται σε διαφορετικές κατηγορίες. Οι κατηγορίες αυτές που αφορούν στα καλώδια συνεστραµµένου ζεύγους είναι τυποποιηµένες και συναντώνται µε ονόµατα όπως Category 5 ή απλά Cat5 κλπ. Από όλες τις τυποποιήσεις, θα επισηµάνουµε µόνο τις πιο βασικές που αφορούν στα καλώδια συνεστραµµένου ζεύγους, τις 5, 5e, 6, 6a και 7. κατηγορία κλάση συχνότητα ταχύτητα εφαρµογή µέγιστο µήκος καλωδίου Cat 5 D 100 100Mbit/s 100 Mbit/s Ethernet (100BASE-TX) 100m Cat 5e D 100 100Mbit/s 100 Mbit/s & Gigabit Ethernet 100m Cat 6 E 250 1Gbit/s Gigabit Ethernet (1000BASE-T) 100m Cat 6a E A 500 10Gbit/s 10Gbase-T Ethernet 100m Cat 7 F 600 1Gbit/s 10Gbase-T Ethernet 100m Πίν. 2 Οι πιο βασικές τυποποιήσεις καλωδίωσης για καλώδια συνεστραµµένου ζεύγους Η Cat6 είναι αντιστρόφως συµβατή µε Cat5/5e, όπως και η Cat7 µε τις Cat6 και Cat5. Οι προδιαγραφές που αφορούν στην Cat6 είναι πιο αυστηρές σε σχέση µε την Cat5 σε θέµατα διαφωνίας και θορύβου και ακόµα περισσότερο για την Cat7. Για το λόγο αυτό, όσο αυξάνονται οι απαιτήσεις για θωράκιση του σήµατος, τόσο αυξάνονται και οι απαιτήσεις για καλύτερη θωράκιση στο ίδιο το καλώδιο. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα ενώ η Cat5 να λειτουργεί µε απλό UTP, στην Cat7 να είναι απαραίτητο καλώδιο τύπου S/FTP για παράδειγµα. Η κατηγορία στην οποία ανήκει ένα καλώδιο TP αναγράφεται πάντα επάνω στο µονωτικό περίβληµα του καλωδίου. Στην Ευρώπη χρησιµοποιείται η προδιαγραφή ΕΝ 50 173 1, η οποία επιτρέπει τη µικτή χρήση των κατηγοριών µέσα στο κανάλι µετάδοσης. Όπως είναι αναµενόµενο, οι επιδόσεις του συστήµατος καλωδίωσης (κλάση) που προκύπτουν θα καθορίζονται από το συστατικό στοιχείο µε τη χαµηλότερη επίδοση. Η πρίζα RJ45, τα καλώδια εγκατάστασης και τα patch panels συµβάλλουν στη δηµιουργία ενός συστήµατος που θα µπορεί να ανήκει στην κλάση D, E ή F. - 32 -