Analisi delle reti: indicatori e valori base

 

Massimiliano Cassinelli
Ingegnere
Progettista reti TLC

Nei numeri scorsi abbiamo più volte ricordato l'importanza di eseguire una verifica puntuale - oltre che supportata da strumenti adeguati - del cablaggio destinato a trasportare le immagini riprese dalle telecamere.
Una verifica necessaria, sia per rispettare alcune norme tecniche, sia per avere la sicurezza che tutto funzioni correttamente.
Questo perché, oltre ai possibili errori, i componenti installati possono risultare difettosi, ma anche essersi danneggiati in corso di trasporto, stoccaggio o installazione.
Così come non si può escludere che una tratta di cavo sia stata strappata o intaccata dagli operatori di un'altra azienda, magari durante interventi che richiedevano la necessità di forare i muri.
Il test finale, che fornisce un'adeguata certificazione al cliente, inoltre, mette al riparo da eventuali contestazioni, in quanto “fotografa” lo stato di fatto e le prestazioni della Lan (Local Area Network) appena realizzata.
Il consiglio, inoltre, è quello di effettuare tali verifiche anche in corso d'opera, individuando così eventuali situazioni critiche che richiedono un intervento tempestivo.
Una modalità che evita anche di dover operare poi a ritroso su tutto il lavoro fatto, con una notevole perdita in termini economici, oltre che di tempo e di immagine.

I valori fondamentali
Gli moderni strumenti di test, proposti dai principali Vendor di mercato, supportano al meglio l'attività dell'installatore, in quanto non si limitano a certificare il superamento del test di conformità, ma forniscono anche una serie di indicazioni su come affrontare le situazioni critiche.
Una “facilità” che induce ad affrontare questa fase anche senza un'adeguata competenza.
Malgrado questo, chi si occupa di installare una rete - ma anche chi interviene su un'installazione esistente - deve possedere una reale conoscenza dei principali parametri di una Lan, ma anche del significato degli indicatori.
Alcuni valori, infatti, sono relativamente simili al settore elettrico, mentre altri sono decisamente più specifici.
Anche senza scendere eccessivamente nei dettagli, un breve richiamo ad alcuni dei valori fondamentali può rivelarsi utile.

• Impedenza
L'impedenza di un cavo (detta anche impedenza caratteristica) è l'opposizione virtuale al passaggio di un segnale in corrente alternata su un cavo di trasmissione. II suo valore è misurato in Ohm (Ω) ed è l'effetto combinato delle componenti capacitive, induttive e resistite di un cavo. In un buon cablaggio è essenziale conservare l'impedenza nominale, perché in questo modo si ottiene il massimo trasferimento di energia e sono minimizzate le perdite indotte dalla riflessione, aumentando così la distanza alla quale un segnale può essere trasmesso con successo. In particolare, se l'impedenza complessiva è nettamente diversa da quella nominale, è possibile che la rete cessi di funzionare. Inoltre, la riflessione del segnale induce un aumento dell'attenuazione che, a sua volta, provoca una riduzione nell'ampiezza del segnale stesso. La misurazione è eseguita, tipicamente, con uno scanner o con uno strumento da laboratorio.

• Resistenza di loop
La resistenza di loop è la resistenza totale indotta da due conduttori di un cavo, twistato o coassiale, quando sono messi in cortocircuito a un'estremità. Questa misura include cavo e il connecting hardware. Consente, quindi, di verificare se qualche alterazione del cavo, come ad esempio una cattiva aggraffatura dei connettori, provoca un aumento della resistenza maggiore rispetto al limite stabilito dalle specifiche. Permette, inoltre, di determinare se c'è continuità nel cavo. Per effettuare questa misura, si utilizza, in genere, un multimetro digitale o uno scanner.

• Velocità di propagazione (Vp)
La velocità di propagazione è la velocità alla quale un segnale viaggia attraverso un cavo. Tale valore si misura come percentuale della velocità della luce. Ad esempio, per un vecchio cavo Cat. 5 Utp, tale valore è comunemente pari a O, 66 Vp. Questo significa che il segnale viaggia al 66% della velocità della luce (dove la velocità della luce è pari a 300.000 km al secondo). La velocità di propagazione è determinata dal tipo di conduttore, dal suo trattamento galvanico e dal materiale dielettrico con cui è realizzato. Tale velocità, ovviamente, deve essere indicata dal produttore dei cavi ed è fissa. Permette quindi di determinare, in modo preciso, la lunghezza di una tratta. La maggior parte degli strumenti di test non sono in grado di valutare, in modo diretto, la velocità di propagazione. Volendo calcolare tale valore, è quindi necessario misurare il ritardo di propagazione di un cavo dalla lunghezza conosciuta. Per ottenere questo risultato, si utilizza uno strumento chiamato Tdm (Time Domain Reflectometer, riflettometro a dominio del tempo) che si comporta come se fosse un radar. In pratica, invia un segnale sul cavo ed esamina quello che torna verso di lui. In questo modo è in grado di individuare anche la presenza di cortocircuiti, rotture o riflessioni dovute a cattivi connettori o variazioni di impedenza.

• Ritardo di propagazione
II ritardo di propagazione è il tempo necessario a un dato per raggiungere la propria destinazione. Si misura in nanosecondi (ns) e dipende, ovviamente, dalla lunghezza del cavo e dalla velocità di propagazione. Tale ritardo ha un intuibile effetto sulle lunghezze massime dei segmenti di cavo utilizzabili. In alcune architetture di rete questo parametro è determinante per l'utilizzo corretto di specifici protocolli. Alcuni di questi, infatti, devono sapere quanto tempo impiegherà un pacchetto di dati per viaggiare lungo tutta lunghezza del cavo e tornare indietro. Ad esempio, nel caso di Ethernet 10Base T, Ieee fissa un ritardo massimo accettabile, fra due stazioni, pari a 1.000 ns. Se il ritardo della rete installata è maggiore di quello fissato dalla specifica, la stazione trasmittente non è in grado di sapere se il suo pacchetto ha incontrato una collisione. Potrebbe quindi ritenere che tale pacchetto sia stato corrotto e non sia arrivato correttamente a destinazione. La stazione ricevente, a sua volta, non ricevendo il pacchetto nel tempo stabilito, chiederà una ritrasmissione, provocando quindi una riduzione delle prestazioni. Per misurare il ritardo di propagazione è possibile utilizzare un Tdr. Cortocircuitando il cavo, infatti, è sufficiente misurare il tempo impiegato per far viaggiare il dato sul cavo e farlo ritornare allo strumento.

• Propagation Delay Skew
II Propagation Delay Skew è la differenza nel ritardo di propagazione tra due coppie presenti nello stesso cavo. A causa di questo fenomeno, quando si misura la lunghezza dei cavi con lo scanner, il risultato può variare in funzione delle coppie prese in considerazione. L'effetto è dovuto a due ragioni principali: i diversi passi di twistatura al metro utilizzati dal costruttore per minimizzare il Next e la differenza nel materiale del rivestimento esterno.

• Decibel
Il decibel (dB) è un'unità di misura standard utilizzata per indicare delle proporzioni, come, ad esempio, la perdita di segnale o il guadagno. Esprime i valori di attenuazione, Next e perdita di inserzione. È importante ricordare che proprio i decibel sono utilizzati per esprimere misure relative e non riferite ai valori assoluti: 10 log10
II valore di riferimento è chiamato O dB. In pratica, questo significa che se 0,1 W è assunto come valore di riferimento, 1 W corrisponde a un guadagno di 10 dB. Allo stesso modo, se 10 W è il valore di riferimento, 1 W rappresenta un'attenuazione di 10 dB o un guadagno di -10 dB. Proprio per questa particolarità è importante prestare attenzione ai valori medi espressi dB. Infatti, se volessimo calcolare la media corretta tra 10 dB e 20 dB, il suo valore non sarebbe 15 dB (come ci indurrebbe a ritenere una comune media matematica), ma 17, 4 dB, come risulta convertendo in numeri naturali e individuando il valore corrispondente sulla scala dei dB.

• Crosstalk
II Crosstalk (in italiano diafonia) è la quantità di segnale che si propaga in una coppia a causa delle altre coppie, che inducono accoppiamenti capacitivi e induttivi. L'energia indotta, se particolarmente elevata, può provocare effetti indesiderati.
In particolare, nei cablaggi destinati alla trasmissione dei dati, è importante fare attenzione a due tipi di diafonia:

- Near End Crosstalk (Next)
- paradiafonia
- Far End Crosstalk (Fext) - telediafonia

• Fext
II Fext (chiamato anche telediafonia) rappresenta la differenza tra il segnale immesso a un'estremità di una coppia in trasmissione e il segnale indotto su un'altra coppia all'estremità opposta. È importante ricordare come, generalmente, il circuito trasmittente induce i propri effetti in prossimità dell'altro capo del cavo e, per questa ragione, il segnale viene indotto sulla coppia di trasmissione remota. Quest'ultima, quindi, non è particolarmente disturbata da fenomeni di Fext, mentre è molto più dannoso il Next. In molti casi, alcuni strumenti che effettuano il dual Next confondono Fext e Next. Per tale ragione, è importante che l'operatore sappia valutare i valori mutuati della strumentazione.

• Next
II Next - o paradiafonia - è la differenza fra il segnale iniettato nella coppia di trasmissione e quello indotto nelle altre coppie. Per questo la sua misura deve essere effettuata in prossimità del punto di trasmissione stesso, dove l'intensità è chiaramente maggiore. L'effetto è un rumore indotto, che distorcere il segnale ricevuto. In particolare, quando questo disturbo risulta eccessivamente elevato, il ricevitore può trovarsi nell'impossibilità di funzionare correttamente.
Negli standard è indicato come "Next Loss". Quindi più alto è il valore indicato in dB, migliore è il Next. È importante ricordare che tale misura rende conto della differenza tra il segnale iniettato e quello accoppiato. Il disturbo indotto cresce all'aumentare della frequenza, facendo così diminuire il Next loss.
Tra i fattori che determinano il Next:

- twistatura del cavo
- caratteristiche del connettore
- metodo di aggraffatur

È fondamentale ricordare che, nel calcolare il valore dovuto all'accoppiamento fra il cavo e il connecting hardware, non si possono sommare direttamente i singoli Next riportati dai costruttori. Bisogna invece convertire i dB in un valore di potenza e in numeri naturali. Per misurare il Next sul campo, esistono una serie di strumenti. Questi sono dotati di una sonda remota, più o meno intelligente, che consente di valutare in modo automatico i valori di Next fra tutte le coppie coinvolte.

• Attenuazione
L'attenuazione, misurata in dB, è la perdita totale di segnale tra un circuito di trasmissione e uno di ricezione. Tale fenomeno può essere dovuto a:
- disadattamenti di impedenza
- resistenza dei conduttori
- Next
-fibre disallineate
-perdite di inserzione
È fondamentale ricordare che, se l'attenuazione totale del link installato è maggiore delle specifiche per quel particolare sistema di rete, il link non funzionerà correttamente.
L'attenuazione è misurata iniettando un segnale di ampiezza nota e misurando, all'altra estremità, quanta energia arriva.

• Perdita di inserzione
Si definisce perdita di inserzione la differenza fra l'energia ricevuta prima e dopo l'inserzione, in un determinato link, di giunti connettori o altri dispositivi passivi. Le principali cause di questo fenomeno sono variazioni di impedenza sul cavo e Return Loss. In particolare, per i cavi in rame, la perdita è dovuta all'energia riflessa a causa delle variazioni di impedenza indotte dai componenti. Nei cavi in fibra, invece, la causa è da ricercare nel disallineamento dei connettori che riflettono la luce verso l'emettitore.

• Attenuazione/diafonia (Acr)
L'Acr (Attenuation to Crosstalk Ratio) è la differenza fra l'ampiezza del segnale ricevuto (attenuato) e il Next. Il valore rilevato, misurato in dB, deve essere compreso all'interno dei parametri stabiliti per le applicazioni specifiche. Maggiore è il suo valore, migliore sarà l'Acr. Per effettuare tale misura, è necessario utilizzare uno scanner. Un segnale è inviato in trasmissione su una coppia remota e un secondo segnale è iniettato su un'altra coppia locale. A questo punto si misura il Next e si calcola la differenza fra il Next e il segnale stesso. A volte gli strumenti indicano il cosiddetto Hub Margin, dove Active Hub Margin è l'Acr fra il concentratore e la scheda e Passive Hub Margin è l'Acr fra la scheda attraverso un hub passivo e dietro la scheda.

• Jitter
II Jitter si verifica quando una sequenza di bit e i loro clock sono fuori fase rispetto al clock originale. È importante sottolineare che tutti i componenti del cablaggio (cavi, bretelle, connettori e schede) distorcono il segnale sino a renderlo completamente sfalsato e, quindi, non più interpretabile.

• Return Loss
Il Return Loss si verifica quando vengono aggiunti ulteriori componenti hardware. In particolare, per i cavi in rame la perdita è dovuta all'energia riflessa da variazioni indotte dai componenti presenti lungo la rete. Nei cavi in fibra, invece, la causa è da imputare al disallineamento dei connettori, che riflettono la luce verso l'emettitore.

• Power Sum
II concetto di Power Sum si identifica con l'induzione elettromagnetica di tutte le coppie di un cavo verso una sola coppia.