1. 1 Capítulo 4 Cables y Señales

2. Los medios de networking son la columna vertebral de la red. El testeo de estos medios (cobre, fibra óptica ó inalámbricos) sigue ciertas guías propias de cada tipo. Todos los medios de networking corresponden a la capa 1 (capa física) del modelo de referencia OSI. Luego que un cable ha sido tendido, requiere una medición, para asegurarse que está certificado, es decir si cumple los estándares y especificaciones de TIA/EIA. 2 Introducción

3. Ondas Es energía que viaja y es descrita en base a 2 parámetros: Amplitud: Es la altura de la señal. Frecuencia: Es la repetición de la señal (en el tiempo). Señales Pueden ser de distintas formas y tipos, podemos dividirlas en: Analógicas: varían en el tiempo. Digitales: generadas por pulsos (con un cierto ancho de pulso). Decibel Es una medición del nivel de ruido de un sonido, no tiene unidades (es como el %). Es referida mediante 2 fórmulas: dB = 10 log10 (Pfinal / Pref) (En base a la potencia). dB = 20 log10 (Vfinal / Vref) (En base al voltaje). Tiempo y Frecuencia Los parámetro de tiempo y frecuencia representados junto a la magnitud, son fundamentales para poder apreciar una señal. Los osciloscopios permiten la representación de estas señales. 3 4.1 Testeo Basado en la Frecuencia Señal digital u onda cuadrada

4. 4.1.1 Ondas Sinusoidales y Rectangulares Las ondas sinusoidales: Son gráficos de funciones matemáticas. Poseen ciertas características: Son periódicas, o sea que repiten el mismo patrón a intervalos regulares. Varían continuamente, o sea que no existen dos puntos adyacentes en el gráfico con el mismo valor. Debido a que varían continuamente, son ejemplos de ondas analógicas. Las ondas rectangulares: Son periódicas. Sin embargo, sus gráficos no varían continuamente en el tiempo: La onda conserva un valor durante un tiempo, y luego cambia repentinamente a otro valor. Este valor se conserva durante cierto tiempo, y luego cambia rápidamente de vuelta a su valor original. Representan señales digitales, o pulsos. Como ocurre con todas las ondas, las ondas rectangulares se pueden describir en función de su amplitud, período y frecuencia. 4

5. 4.1.2 Decibel (dB) Es una unidad de medida para la descripción de señales de redes. Fórmulas para calcular los decibelios: dB = 10 log10 (Pfinal / Pref) dB = 20 log10 (Vfinal / Vref) dB mide la pérdida o ganancia de la potencia de una onda. Los decibeles pueden ser valores : Negativos: Pérdida de potencia a medida que la onda viaja . Positivos para representar una ganancia en potencia si la señal es amplificada. log10 implica que el número entre paréntesis se transformará usando la regla del logaritmo en base 10. Pfinal es la potencia suministrada (Watts). Pref es la potencia original (Watts). Vfinal es el voltaje suministrado (V). Vreferencia es el voltaje original (V). Las ondas de luz en las fibras ópticas y las ondas de radio en el aire se miden usando la fórmula de potencia (normalmente). Las ondas electromagnéticas en los cables de cobre se miden usando la fórmula del voltaje. En la formula dB = 10 log10 (Pfinal / Pref), se puede ingresar valores para dB y Pref para encontrar la potencia entregada: Es decir que se puede utilizar para saber cuánta potencia queda en una onda de radio después de recorrer cierta distancia a través de diferentes materiales, y a través de varias etapas de sistemas electrónicos, como un radio. 5

6. 4.1.3 Visualización de Señales en Tiempo y Frecuencia Un osciloscopio es un dispositivo electrónico importante que se utiliza para observar señales eléctricas como, por ejemplo, las ondas de voltaje y pulsos. El eje "x" en el gráfico representa el tiempo. El análisis de señales con osciloscopio se llama por eso: Análisis de Dominio Temporal. El eje "y" representa el voltaje o la corriente. Generalmente existen dos ejes "y", de modo que se pueden observar y medir dos ondas al mismo tiempo. Los ingenieros también utilizan el análisis de dominio de frecuencia para estudiar señales. En el análisis de dominio de frecuencia, el eje “x” representa la frecuencia. Un dispositivo electrónico denominado analizador de espectro genera gráficos para este tipo de análisis. Las señales electromagnéticas usan diferentes frecuencias para la transmisión, para que las diferentes señales no interfieran entre sí. Las señales de radio de Frecuencia Modulada (FM) usan frecuencias distintas de las señales de televisión o satélite. Cuando los oyentes cambian de estación de radio, están cambiando la frecuencia que recibe la radio. 6 Señal analógica u onda sinusoidal

7. 4.1.4 Señales Analógicas y Digitales en Tiempo y Frecuencia Para entender la complejidad de las señales de redes y de las pruebas de cable, examine cómo las señales analógicas varían en función del tiempo y de la frecuencia. Primero, piense en una onda sinusoidal eléctrica de una sola frecuencia, cuya frecuencia es detectable por el oído humano. Si esta señal se transmite a un orador, es posible oír un tono. A continuación, imagine la combinación de varias ondas sinusoidales. La onda resultante es más compleja que una onda sinusoidal pura. Se oirían varios tonos. El gráfico de varios tonos muestra varias líneas individuales que corresponden a la frecuencia de cada tono. Finalmente, imagine una señal compleja, como una voz o un instrumento musical. Si hay presentes muchos tonos diferentes, se representaría un espectro continuo de tonos individuales. 7

8. El ruido se define como una señal indeseable. Ej: un sonido indeseable. Es producido por fuentes naturales ó tecnológicas. Todas las señales poseen un monto de ruido. En redes este debe estar dentro de ciertos rangos permisibles. Fuentes típicas de generación de ruido: Cables próximos que portan otras señales. RFI: Interferencia de Radio Frecuencia. EMI: Interferencia Electromagnética. Ruido de láser en el transmisor ó receptor de la señal óptica. 8 4.1.5 Ruido en el Tiempo y Frecuencia Para UTP se utiliza blindaje anti ruido para los pares trenzados y un laminado para proteger a todos los hilos.

9. Señales sobre cobre y fibra Los medios de cobre pueden ser sujetos a ruido externo o de los mismos hilos del cable. Los medios de fibra son inmunes a señales de ruido externo. Atenuación A medida que la señal viaja en un medio de cobre, esta se va atenuando (pérdida de amplitud de voltaje), es expresada en dB con números negativos. Para medirla se utiliza la más alta frecuencia que puede soportar el cable. Discontinuidad de impedancia La impedancia de un cable cat 5, es de 100 Ohms, si la medición respectiva da un valor diferente se dice que existe una discontinuidad de esta. Pérdida de inserción Es la combinación de la atenuación y la discontinuidad de impedancia. 9 La no coincidencia (discontinuidad de impedancia) genera cierta vibración y reflexión de la señal. 4.2 Señales y Ruido

10. 10 4.2.1 Resumen Pérdida de Inserción

11. 4.2.2 Blindajes El blindaje de los cables se utiliza para minimizar el ruido que pueda afectarles. 11 STP Coaxial Fibra óptica

12. Near-endCrosstalk (NEXT) Paradiafonía. Es la relación (difcia) entre las amplitudes de voltaje de las señales de prueba (base) y la señal con diafonía medidas en el mismo lado del enlace. Esta diferencia es expresada en un número negativo de dB. Ejemplo: Una medición de 30 dB indica menos ruido (NEXT) y una señal más clara que una medición de 10 dB. Far-endCrosstalk (FEXT) Telediafonía. Debido a la atenuación, la diafonía se puede presentar más lejos de la fuente de transmisión, esto se conoce como FEXT. Es un factor de ruido menor que NEXT. Este ruido también viaja hacia el origen, pero atenuado al retorno. PowerSumNear-endCrosstalk (PSNEXT) Paradiafonía de suma de potencia. Este es el ruido acumulado de NEXT de todos los pares de hilos en el cable (se lo computa en 2 pares de hilos por efecto de los 3 pares siguientes). PSNEXT es el efecto de diafonía mayor por ser el acumulado de los NEXT. Equal-LevelFar-EndCrosstalk (ELFEXT). Es la medición de FEXT pares a pares. Es expresada en dB. Diferencia entre FEXT y la pérdida de inserción de los pares de hilos los cuales se ven afectados por FEXT. 12 FEXT debido a la atenuación puede ser tan representativa como NEXT 4.3 Tipos de Diafonía (crosstalk)

13. 4.3.1 Resumen 13 Diafonía *NEXT *PSNEXT Diferencia de Amplitud de Voltaje en el enlace Acumulado de NEXT de pares *FEXT ELFEXT Diferencia de Amplitud de Voltaje más allá del enlace Acumulado de FEXT de pares * Son las mas representativas y medidas para las certificaciones de cables. P S E L F E X T

14. 4.3.2 Paradiafonía (NEXT) Se computa como la relación entre la amplitud de voltaje de la señal de prueba y la señal diafónica, medida en el mismo extremo del enlace. Esta diferencia se expresa como un valor negativo en decibelios (dB). Los números negativos bajos indican más ruido, de la misma forma en que las temperaturas negativas bajas indican más calor. Tradicionalmente, los analizadores de cables no muestran el signo de menos que indica los valores NEXT negativos. Una lectura NEXT de 30 dB (que en realidad indica –30 dB) indica menos ruido NEXT y una señal más limpia que una lectura NEXT de 10 dB. El NEXT se debe medir de par en par en un enlace UTP, y desde ambos extremos del enlace. Para acortar los tiempos de prueba, algunos instrumentos de prueba de cables permiten que el usuario pruebe el desempeño NEXT de un enlace utilizando un intervalo de frecuencia mayor que la especificada por el estándar TIA/EIA. Las mediciones resultantes quizás no cumplan con TIA/EIA-568-B, y pasen por alto fallas en el enlace. Para verificar el correcto desempeño de un enlace, NEXT se debe medir desde ambos extremos del enlace con un instrumento de prueba de buena calidad. Este es también un requisito para cumplir con la totalidad de las especificaciones para cables de alta velocidad. 14

15. 4.3.3 Telediafonía (FEXT) Telediafonía (FEXT): Debido a la atenuación, la diafonía que ocurre a mayor distancia del transmisor genera menos ruido en un cable que la NEXT. El ruido causado por FEXT también regresa a la fuente, pero se va atenuando en el trayecto. Por lo tanto, FEXT no es un problema tan significativo como NEXT. 15

16. 4.3.4 Paradiafonía de Suma de Potencia (PSNEXT) La Paradiafonía de suma de potencia (PSNEXT): Mide el efecto acumulativo de NEXT de todos los pares de hilos del cable. PSNEXT se computa para cada par de hilos en base a los efectos de NEXT de los otros tres pares. El efecto combinado de la diafonía proveniente de múltiples fuentes simultáneas de transmisión puede ser muy perjudicial para la señal. En la actualidad, la certificación TIA/EIA-568-B exige esta prueba de PSNEXT. 16

17. Los tests que se realizan para que un cable certifique los estándares TIA/EIA son: Mapa de cableado (Wiremap) Pérdida de inserción: Insertionloss Paradiafonía (NEXT) Paradiafonía de Suma de Potencia (PSNEXT) Telediafonía del Mismo Nivel (ELFEXT) Telediafonía del Mismo Nivel de Suma de Potencia (PSELFEXT) Pérdida de Retorno (Returnloss) Retardo de la propagación (Propagationdelay) Longitud del cable (Cable length) Sesgo de Retardo (Delayskew) 17 4.4 Estándares de Testeo de Cables

18. Los estándares indican que cada uno de los pines de un conector tienen un propósito particular. Una NIC transmite por los pines 1 y 2, recibe señales en los pines 3 y 6. El test de mapeado de los hilos asegura que no existan circuitos abiertos o en corte y además que cada cable se encuentre donde corresponde a los 2 extremos. Pueden existir fallas de cableado como ser: Par invertido. Par dividido. Pares transpuestos. 18

20. 4.4.2 Otros Parámetros La diafonía se mide en 4 pruebas distintas. Un analizador de cable mide NEXT aplicando una señal de prueba a una par de cables. La prueba de telediafonía de igual nivel (ELFEXT) mide FEXT. La telediafonía de igual nivel de suma de potencia (PSELFEXT) es el efecto combinado de ELFEXT de todos los pares de hilos. 20

21. Retardo de la propagación Es una simple medición de cuanto le toma a una señal para viajar por un cable. El retardo depende del largo, el cruzado y propiedades eléctricas. Es medido en cientos de nanosegundos El estándar TIA/EIA-568-B especifica un límite para el retardo de la propagación para varias categorías de UTP. TIA/EIA-568-B.1 especifica que el largo físico de un enlace debería ser calculado utilizando el par de hilos con el retardo eléctrico más pequeño. Los analizadores de cables de red miden el largo de el hilo basado en el retardo eléctrico medido por un dispositivo llamado: Time DomainReflectometry (TDR). Cuando un analizador de cables realiza una medición TDR, envía una señal de pulso por un par de hilos y mide el tiempo requerido para que el pulso regrese por el mismo par de hilos. 21 4.5 Parámetros Basados en el Tiempo

22. El retardo de la propagación de diferentes pares de hilos en un mismo cable pueden variar debido al número de trenzados y propiedades eléctricas de cada par de hilos. La diferencia entre pares es llamado oblicuidad de retardo. Es un parámetro crítico en redes de alta velocidad en las que los datos son trasmitidos por múltiples pares a la vez (1000BASE-T) Ethernet. El test TDR es utilizado para determinar la longitud además de la distancia de las fallas como ser circuitos abiertos ó corto circuitos. Cuando detecta circuito abierto, corto circuito o conexiones pobres, los pulsos retornan al tester indicando aproximadamente donde se produce el error. Los enlaces deben pasar todos los tests para que la conexión sea certificada por los estándares TIA/EIA-568-B. Los tests pueden hacerse luego periódicamente para asegurar el cumplimiento con dichos estándares. 22 4.5.1 TDR (Time DomainReflectometry)

23. Un enlace de fibra consiste en dos fibras de cristal separadas que funcionan como caminos independientes de datos. Una fibra lleva señales transmitidas en una dirección, mientras el segundo lleva señales en la dirección de enfrente. Cada fibra de cristal es rodeada por una vaina por la cual la luz no puede pasar, así no hay ningún problema de interferencia sobre la fibra óptica. La atenuación realmente ocurre sobre eslabones de fibra, pero a un grado menor que sobre el cable de cobre. Los enlaces de fibra son sujetos al equivalente óptico de discontinuidades de impedancia UTP. Cuando la luz encuentra una discontinuidad óptica, como una impureza en el cristal o una microfractura, un poco de la señal es reflejada atrás en la dirección de enfrente. Esto quiere decir sólo una fracción de la señal original seguirá hacia el receptor. Esto causa una cantidad reducida de energía que llega al receptor. Tal como con el cable UTP, los conectores incorrectamente instalados son la causa principal de reflexión. 23 En fibra óptica, los 1s y 0s se representan como: luz-no luz ó incremento-decremento de la intensidad de la luz. 4.6 Testeando Fibra Óptica

24. Como el ruido no es un problema sobre la fibra óptica, la preocupación principal es la fuerza de la señal que llega al receptor. Si la atenuación debilita la señal de luz en el receptor, se pueden presentar errores. Probar la fibra principalmente implica el reflejar una luz hacia un extremo y medir si es una cantidad suficiente de luz a ser alcanzada por el receptor. Este cálculo se menciona como el presupuesto de pérdida del enlace óptico. El instrumento es el TDR óptico, el que será capaz de localizar las discontinuidades (normalmente el problema es un conector incorrectamente instalado). 24 4.6.1 OTDR (Optical Time DomainReflectometry)

25. En junio de 2002, la Categoría 6 se adicionó al estándar TIA-568. Los cables certificados como la Categoría 6 deben pasar las diez pruebas vistas. Las pruebas de la Categoría son esencialmente las mismas como aquellas especificadas por la Categoría 5. La Categoría 6 debe pasar las pruebas con scores más altos. La categoría 6 debe ser capaz de llevar frecuencias hasta de 250 MHz y debe tener los niveles más inferiores de pérdida de señales de vuelta e interferencia. Probadores de cable: Serie FlukeDSP-4000. Serie Fluke OMNIScanner2. Pueden realizar todas las medidas de prueba requeridas para la Categoría 5, la Categoría 5e, y la Categoría 6, tanto de enlaces permanentes como en el canal. 25 4.7 Un Nuevo Estándar “Testeador” de Cables