CAP 4. Comprobación del Cable

Antecedentes para el estudio de medios de red

• El equipo que se emplea para comprobar la calidad de la medida y del rendimiento de medios involucra conceptos como:– Ondas– Señal– Frecuencia – Ruido

Ondas

• Una onda es energía que viaja de un lugar a otro.• Pensar en ondas como Perturbaciones• Ondas se describen en términos de período,

frecuencia y amplitud• Período: tiempo para completar un ciclo (seg).• Frecuencia: número de ciclos completos por

segundo, medido en Hertz (hz)• Amplitud: representa la altura medida en

voltios.

Ondas

Ondas

• Pulso: Disturbio generado deliberadamente con una duración fija y predecible.

• Los pulsos son parte importante de las señales eléctricas porque son la base de la transmisión digital

• El patrón de los pulsos representa el valor de los datos que están siendo transmitidos.

Ondas Sinuosas o sinusoides

• Son gráficas de funciones matemáticas.

• Características:– Periódicas: repiten

mismo patrón a intervalos regulares

– Varían continuamente: dos puntos adyacentes de la gráfica no tienen el mismo valor

• Representaciones gráficas de eventos naturales que cambian regularmente con el tiempo.

Ondas Rectangulares

• Características:– Periódicas: repiten

mismo patrón en intervalos regulares.

– No varían continuamente en el tiempo: mantiene un valor por un tiempo y luego cambia instantáneamente de valor

• Representan señales digitales y pulsos.

• Descritas en términos de A, F y P

Decibeles

• El decibel (dB) es una unidad de medida importante en la descripción de señales en redes.

• dB: medida de la pérdida (-) o ganancia (+) de potencia de una onda.

• Fórmulas para calcular decibeles: dB = 10 log10 (Pfinal/Pref): Ondas de luz y de radio dB = 20 log10 (Vfinal/Vref): Ondas electromagnéticas en

cobre

• Pfinal: potencia suministrada, medido en vatios• Pref: potencia original, medido en vatios• Vfinal: voltaje entregado medido en Voltios• Vref: voltaje original, medido en Voltios

Analizando señales en tiempo y frecuencia

• Datos (cualquier tipo) pueden ser representados eléctricamente por patrones de voltaje .

• Los voltajes pueden ser convertidos a ondas y luego nuevamente a patrones de voltaje.

• Osciloscopio: dispositivo electrónico usado para ver señales eléctricas como ondas de voltaje y pulsos en función del tiempo.

• Eje X representa el tiempo y eje Y el voltaje.• Análisis de señales con el osciloscopio: llamado

análisis de dominio en el tiempo.

Analizando señales en tiempo y frecuencia

Analizando señales en tiempo y frecuencia

• El domino de frecuencia también se usa para el análisis de señales.

• Eje X representa la frecuencia y eje Y el voltaje.

• El analizador de espectros, crea gráficas de análisis de dominio en la frecuencia.

• Eje X o dominio de la función matemática representa la frecuencia.

• Señales electromagnéticas usan diferentes frecuencias para la transmisión, para que diferentes señales no interfieran entre sí.

Ruido en tiempo y frecuencia

• El ruido se refiere a señales indeseables que se añaden a señales de datos en sistemas de comunicaciones

• Se originan en fuentes naturales o tecnológicas• Todos los sistemas de comunicaciones tienen algún tipo

de ruido

Ruido en tiempo y frecuencia

• El ruido no puede ser eliminado. Puede ser minimizado.

• Posibles fuentes de ruido:– Cables cercanos portadores de señales de datos– Interferencia de Radio Frecuencia (RFI): Ruidos de

otras señales que se están transmitiendo cerca– Interferencia electromagnética (EMI): motores y luces– Ruido láser en la recepción o transmisión de señales

ópticas.

Ruido en tiempo y frecuencia

• Ruido que afecta igualmente todas las frecuencias de transmisión es llamado Ruido Blanco

• Ruido que solo afecta pequeños rangos de frecuencia es llamado interferencia de banda estrecha

• En una LAN, el ruido blanco afecta todas las transmisiones de datos, mientras que la interferencia de banda estrecha puede interrumpir solo ciertas señales.

Ancho de Banda

– En análisis de cables, el ancho de banda analógico se usa para determinar el ancho de banda digital de un alambre de cobre.

– Frecuencias análogas se transmiten de un extremo a otro del cable

– Luego, ambas señales se comparan y se calcula la atenuación de la señal.

– En general, los medios capaces de admitir anchos de banda analógicos más altos sin niveles elevados de atenuación, también admiten anchos de banda digitales más altos.

Señales y Ruido en los Medios de Red

• El medio de cobre es el más suceptible a fuentes de ruido

• La fibra óptica menos susceptible• Ruido es inevitable, pero debe mantenerse un nivel lo

más bajo posible• Técnicas de instalación de cable adecuadas y conexión

correcta de los conectores en ambos extremos del cable son vitales.

• Una vez instalado el cable, debe probarse y reunir los requisitos de las normas TIA/EIA-568-B

• Deben identificarse y corregirse problemas antes de continuar con la instalación del hardware de red.

Señales sobre cables de Cobre

• Datos representados por cambios en niveles de voltaje (1,0)

• Voltaje medidos con respecto a un nivel de referencia CERO en ambos extremos

• La Señal Tierra proporciona un nivel de referencia CERO.

• Dispositivos de ambos extremos deben referenciar al mismo punto de referencia de voltaje cero

• Operación correcta LAN: Dispositivos receptores deben interpretar correctamente 1 y 0 transmitidos como niveles de voltaje.

Señales sobre cables de Cobre

• Cada bit debe ser reconocido aunque duración sea corta:– Nivel voltaje no puede amplificarse en el receptor, ni

puede ampliarse la duración del bit para reconocer los datos.

– La fuerza de la señal original debe retenerse todo lo que se pueda, mientras la seál se mueve a través del cable y pasa a través de los conectores.

– Anticipándose a protocolos siempre mas rápidos de Ethernet, nuevas instalaciones de cable deben hacerse con los mejores cables UTP, conectadores, y dispositivos disponibles de interconexión tales como patch panels y push-down

Señales sobre cables de Cobre

• Tipos de alambre de Cobre:– Blindado:

•Cable coaxial•STP

– Sin Blindaje:•UTP

Señales sobre Fibra Óptica• Datos se transmiten por incrementos y decrementos

de la intensidad de la luz (1, 0)• Señal con poca atenuación, no afectadas por ruido

eléctrico y no requieren instalación tierra• Usada para conexiones entre edificaciones y entre

pisos de edificaciones.• Como el costo disminuye y la demanda por velocidad

aumenta, tiende a ser el medio más común LAN

Atenuación y Pérdida de Inserción en medios de

cobre

Atenuación y Pérdida de Inserción en medios de

cobre• Atenuación: Decremento amplitud señal sobre la

longitud del enlace.– Longitud grandes del cable– Altas frecuencias de la señal– Medido por analizadores de cable usando las más altas

frecuencias que el cable pueda soportar– Expresada en dB, con valores Negativos– Valores negativos menores, indican mejor desempeño enlace

• Factores que contribuyen a la atenuación:– Resistencia del cable de cobre convierte energía eléctrica en

calor– Escape de la señal a través del aislamiento del cable– Por impedancia causada por los conectadores defectuosos

(impedencia discontinua)

Atenuación y Pérdida de Inserción en medios de

cobre• Impedancia: mide la resistencia del cable a la corriente

alterna y se mide en Ohmios• Impedancia discontinua: valores diferentes de

impedancia en el cable (Por ejemplo: Conectores mal instalados)– También llamada Impedancia por mala conexión o desigualdad de

impedancia.– Causa atenuación por reflexión de la señal (efecto eco)– Los ecos hacen que el receptor no detecte exactamente valores de

los datos en la señal. Llamado jitter o fluctuación de fase y ocasiona errores en los datos.

• Combinación de efectos de atenuación de señal e impedancia discontinua es llamado Pérdida de Inserción

Fuentes de Ruido en medios de cobre

Fuentes de Ruido en medios de cobre

• Actualmente la certificación TIA/EIA-568-B de un cable exige pruebas para variedad tipos de ruido.

• La diafonía implica transmisión de señales desde un par de hilos de un cable a uno próximo.– Cuando el voltaje cambia en un cable, se genera una

energía electromagnética.– La energía se irradia hacia fuera del cable como una

transmisión de radio.– Cables próximos actúan como antenas y reciben la señal,

interfiriendo con los datos de estos cables.

Fuentes de Ruido en medios de cobre

• Diafonía se ocasiona también por señales en cables separados, próximos. (Diafonía alien).

• Diafonía es más destructivo en frecuencias altas de transmisión

• Instrumentos de prueba miden la interferencia aplicando una señal de prueba en un par del cable.

• Analizador de cable mide la amplitud de señales de interferencia indeseadas inducidas en otros pares del cable.

Fuentes de Ruido en medios de cobre

• Entre mayor es la frecuencia de transmisión, mayor es la diafonía, y más destructiva resulta para las señales de datos.

• Trenzado de cables: toma ventajas de efectos de interferencia para reducir ruido de modo que cada alambre experimente interferencia similar y se detecte y se filtre fácilmente

Tipos de Diafonía

• Paradiafonía (NEXT) (Diafonía cerca del extremo)

• Telediafonía (FEXT) (Far-end Crosstalk) (Diafonía lejos del extremo)

• Paradiafonía de suma de potencia (PSNEXT) (Suma de energía de la diafonía cerca del extremo)

Paradiafonía

Paradiafonía

• Cálculo Amplitud de Voltaje– Se calcula como la relación entre la amplitud de voltaje

de la señal de prueba y la señal diafónica, medida en el mismo extremo del enlace.

– Medido en el extremo del enlace cercano al transmisor– Diferencia expresada en dB negativos– Probadores de cable no muestran signo (-)– Debe ser medido de cada par a cada otro par y desde

ambos extremos del enlace– Un cable con –30 dB tiene menos ruido NEXT que uno

con –10dB

Telediafonía (FEXT)

Telediafonía (FEXT)

• Debido a la atenuación, la interferencia causada mas lejos del transmisor crea menos ruido en el cable que NEXT FEXTFEXT

• No es un problema significativo como NEXT

Paradiafonía de Suma de Potencia (PSNEXT)

PSNEXT

• Mide los efectos acumulativos de NEXT de todos los pares del cable

• PSNEXT de un par del cable = Suma de NEXT sobre los otros tres pares del cable

• En la actualidad, la certificación TIA/EIA-568-B exige esta prueba de PSNEXT

• Algunos estándares Ethernet:– 10BASE-T y 100BASE-TX reciben datos de solo un par de

hilos en cada dirección: No es muy importante PSNEXT– 1000BASE-T recibe datos simultáneamente de múltiples

pares en la misma dirección, PSNEXT es una prueba importante.

Estándares de Pruebas de Cable

• TIA/EIA-568-B especifica 10 pruebas que un cable de cobre debe pasar si va a ser usado para una LAN Eth moderna y de alta velocidad.– Mapa de cableado– Pérdida de Inserción– Paradiafonía - NEXT– Paradiafonía de suma de Potencia - PSNEXT– Telediafonía del mismo nivel - ELFEXT– Telediafonía del mismo nivel de suma de potencia - PSELFEX– Pérdida de retorno– Retardo de Propagación– Longitud de cable– Sesgo de retardo

Estándares de Pruebas de Cable

• Mapa de Cableado.– Verifica:

• Circuitos abiertos: ocurre cuando un hilo no está correctamente unido al conector

• Corto circuitos: ocurre cuando dos hilos están conectados entre sí.

• Pares invertidos: par conectado bien en un extremos, pero mal en el otro

• Pares divididos: ocurre cuando un hilo de un par se cruza con un hilo de un par diferente. Se entorpece el proceso de cancelación cruzada y hace el cable más susceptible a la diafonía y la interferencia.

• Pares transpuestos: cuando un par de alambres está conectado completamente a diferentes pines en ambos extremos.

Estándares de Pruebas de Cable – Mapa de Cableado

Estándares de Pruebas de Cable – Mapa de Cableado

Estándares de Pruebas de Cable – Otras Pruebas.

• TIA/EIA requiere que cables y conectores pasen prueba de pérdida de inserción antes de usar cable.

• Diafonía se mide con cuatro pruebas diferentes:– NEXT:aplicar señal de prueba a un par y medir crosstalk

en otros pares de cables– PSNEXT: Cálculo basado en efectos acumulativos de

NEXT– ELFEXT: Mide FEXT– PSELFEXT: Efectos combiados de ELFEXT de todos los

pares de hilos.

Estándares de Pruebas de Cable – Pruebas basadas en

el tiempo.• Retardo en la propagación: medida simple de cuánto

tiempo toma para que una señal viaje a lo largo de un cable. Depende de:– Longitud, trenzado y propiedades eléctricas. – Se miden con una precisión de centésimas de

nanosegundos. – El estándar TIA/EIA-568.B establece un límite para el

retardo de propagación para las diversas categorías de UTP.

– Son la base para las mediciones de longitud de cable. – El TIA/EIA-568-B.1 especifica que la longitud física del

enlace se calcula usando el par de hilos con el menor retardo eléctrico.

Estándares de Pruebas de Cable – Pruebas basadas en

el tiempo.• Los analizadores de cables miden la longitud

del hilo en base al retardo eléctrico según la medición de una prueba de Reflectometría en el dominio del tiempo (TDR), y no por la longitud física del revestimiento del cable.

• La prueba TDR también identifica la distancia hasta las fallas de cableado, tales como cortocircuitos y circuitos abiertos.

Estándares de Pruebas de Cable – Otras Pruebas.

• Sesgo en el retardo:– El retardo en la propagación en diferentes pares

de hilos de un mismo cable puede variar (número de trenzas, propiedades eléctricas).

– Es una medida crítica para redes de alta velocidad en donde los datos son simultáneamente transmitidos sobre múltiples pares de hilos.

– Si el sesgo en el retardo entre pares es grande, los bits arriban en diferente orden y no pueden ser apropiadamente reemsamblados.

Prueba de Fibras Ópticas.

• Una F.O consiste en dos fibras de vidrio separadas que funcionan como dos rutas de datos independientes.

• Una fibra transmite en una dirección y la otra en dirección contraria.

• Señales eléctricas externas o ruido no afectan la F.O

• Atenuación ocurre en menor medida en la F.O que en medios de cobre.

Prueba de Fibras Ópticas.

• F.O sujetas al equivalente de Impedancias discontinuas de UTP

• Cuando una luz encuentra discontinuidad:– Alguna parte de la luz se refleja– Solo una parte de la luz original llega al receptor– Dificulta el reconocimiento de señales por parte del

receptor– Principal causa son los conectores mal instalados

• Pruebas:– Enviar señal de luz y medir si una suficiente cantidad de

luz alcanza el receptor.

Prueba de Fibras Ópticas.

Probando Fibras Ópticas.

• Calcular:– Cantidad aceptable de pérdida de potencia que no afecte

al receptor: presupuesto de pérdida del enlace óptico

• Un probador de FO indica si se ha excedido el presupuesto de pérdida

• Si fibra falla la prueba, el probador de cable debe indicar donde ocurren las discontinuidades ópticas.

• Un instrumento para probar fibra, conocido como fuente de luz y medidor de potencia, verifica si el presupuesto de pérdida del enlace óptico ha sido excedido

Probando Fibras Ópticas.

Si falla la prueba, se puede usar otro instrumento para probar cables para indicar donde ocurren las discontinuidades ópticas a lo largo de la longitud del enlace de cable: OTDR

Nuevo estándar

• Junio 20 de 2002, TIA-568 adiciona la CAT 6.

• Título oficial ANSI/TIA/EIA-568-B.2-1• Cables certificados como CAT 6 deben

pasar las 10 pruebas con altos puntajes.• CAT 6 debe trabajar por encima de 250

MHz y tener bajos niveles de diafonía y pérdida por retorno.