CABLEADO ESTRUCTURADO

CABLEADO ESTRUCTURADO Premisas del Cableado Actualización de los Estándares Norberto Julián Cura Ingeniero Electricista Electrónico CCNA - CCAI

Actualizacion de Estándares Categoria 5E Gigabit Ethernet Nivel 6 Categoria 5 Nivel 7 CategorÍa 7 Nivel 5 Categoria 6

Cableado Estructurado Sub-Sistema Horizontal Cableado Horizontal

Cat 5 - Donde Comenzó Todo Cat 5 cable requirimientos de TIA/EIA-568-A (1995) Diámetro del Conductor Diámetro del Cable Resistencia a la rotura Radio de Curvatura Resistencia DC (Continua) Capacitancia Mutua Desajuste de Capacitancias Impedancia Característica Pérdida de retorno estructural Atenuación Interferencia entre canales cercanos (NEXT Near end crosstalk) Retardo de Propagación

Cat 5 - Donde Comenzó Todo Cat 5 cable requirimientos de TIA/EIA-568-A (1995) Ambiente Solidez de Terminación Diseño Confiabilidad Atenuation NEXT Perdida de Retorno (Loss Return) Resistencia DC

Cat 5 - Donde Comenzó Todo 1ra Definición de necesidad del test de campo 3 Años después después definición de los componentes de la Cat 5 Se definen enlaces y canales link Se definen los parámetros de los test Mapa de Cableado Longitud Atenuación NEXT TSB 67-10/95 Se definen los requirimientos para los equipos de test

Características de Funcionamiento Sistema Pair-to-Pair (Revisión) Parámetros Claves de Funcionamiento Near End Crosstalk (NEXT) Atenuación Tasa de Atenuación Cruzada (ACR: Attenuation to Crosstalk Ratio) Par 1 XCVR Par 2 XCVR NIC HUB

Características de Funcionamiento NEXT, Atenuación y ACR NIC Transmisor Ruido NEXT Acoplado HUB Receptor Receptor Señal Atenuada Señal Transmitida TransmIsor ACR Señal Atenuada Ruido NEXT

Junio de 1996 IEEE 802.3 comenzó a trabajar en Gigabit Ethernet Relevaron cuestiones acerca de los parámetros sin especificar de la Categoria 5 También necesitaron estandarizar los reclamos de performance de los fabricantes respecto de la Categoría 5

Septiembre de 1997 TIA/EIA-568-A-1: Agregó al Cable Categoría 5 Retardo de Propagación Condiciones de Asimetría

Especificaciones Efectos de la Asimetría (Skew) T1 Par 1 Par 2 Par 3 Par 4 T2 Rápido NIC Lento HUB Skew es la diferencia en el retardo de propagación entre los pares rápidos y lentos en el cable Las condiciones propuestas: <45 ns @ 100 MHz (Canal)

Más Especificaciones TIA tiene dos proyectos suplementarios a consideración SP-4194 Suplemento Propuesto No. 4 para 568-A Especificaciones Adicionales para Performance de Additional Transmisión para Cableado de 100 Ohm, 4Pares Cat 5 SP-4195 SuplementoPropuest o No. 5 para 568-A Especificaciones Adicionales para Performance de Transmisión Para Cableado de 4 Pair 100 Ohm Cat 5e

SP-4194 Especificaciones Adicionales para la Cat 5 El desarrollo de ciertas aplicaciones de alta velocidad llamó la atención de la TIA en cuanto a las necesidades de requisitos adicionales de transmisión, tales como Pérdida por Retorno y Acoplamiento en el Extremo Remoto (Far End Crosstalk FEXT). Esos parámetros son necesarios para los diseñadores de sistemas en aplicaciones que utilizan los cuatro pares de cables para transmsión full dúplex Aunque estas son nuevas especificaciones, (el peor caso existente es la topología de dos conectores, contemporizada según TIA/EIA-568-A), se espera que contenga estas demandas. La otras topologías están soportadas siempre y cuando encuentren las condiciones de ELFEXT y Pérdida por Retorno en este documento

Topología de Dos Conectores Otras Topologías (p.e. con cross-connect y/o punto de transición)

Tecnologías de LAN Gigabit Ethernet XCVR Par 1 Par 2 Par 3 Par 4 XCVR NIC HUB Código de Línea: TX/T2 Mejorado (Igual que 100BASE-T2) Tasa de los Datos: 250 Mbps en cada par en cada dirección simultáneamente (Dual Duplex) Tasa de Símbolos: 2 bits/símbolo @ 125 Msímbolos/segundo (Igual que en 100BASE-Tx) Esquema de Codificación: Modulación por Pulso Codificado de 5 niveles (Pulse Amplitude Modulation 5-level PAM-5) Rendimiento Total: 250 Mbps x 4 pares = 1000 Mbps = 1 Gbps

Especificaciones de Funcionamiento Sistema de 4 Pares Parámetros Adicionales de Funcionamiento: Cantidad de Energía NEXT (Power Sum NEXT) Cantidad de Energía ELFEXT (Power Sum ELFEXT) Perdida por Retorno (Return Loss) Asimetría (Skew) Par 1 100 o 1000 Mbps Par 2 Par 3 Par 4 100 o 1000 Mbps NIC HUB

Sistema de 4 Pares 1000BASE-T Fuentes de Ruido 250 Mb/s Full Duplex 1000 Mb/s PS NEXT PS FEXT 1000 Mb/s NIC EMI Return Loss HUB NEXT - Cancelable por DSP Pérdida por Retorno (Return Loss) FEXT No Cancelable por DSP EMI No cancelable por DSP

Fuentes de Ruido para 1000BASE-T PS NEXT EMI 1000 Mb/s PS FEXT 1000 Mb/s NIC Señal Recibida ECO Fuentes de Ruido HUB PS (Power Sum) NEXT y PSFEXT son nuevos parámetros del cableado La cantidad de eco depende de la pérdida de retorno del cableado La mejora del balance del cableado lo hace menos susceptible al EMI

SP-4195 Cat 5 Mejorada El desarrollo de ciertas aplicaciones de alta velocidad ha llamado la atención de TIA en cuanto a necesidades de exigencias adicionales de trasnmisión, tales como multidisturbios por NEXT (Near End Crosstalk), pérdidas por retorno (return loss) y multidisturbios por FEXT (Far End Crosstalk). Estos parámetros son esenciales para los dieseñadores de aplicaciones que utilizan los cuatro pares de cables en transmisiones bidireccionales simultáneas Las cláusulas adicionales para cableado Categoría 5e proporcionan alto rendimiento sobre un canal Categoría 5 e identifica los avances en la tecnología de cableado

Comparación de Categorías 5 Categoría 5 Original Atenuación (componentes, enlaces, canales) NEXT (Componentes, enlaces, canales) Categoría 5 Actual Igual Igual SKEW (enlaces, canales) Return Loss (cable, enlaces, canales) ELFEX (cables, enlaces, canales) PSELFEX (enlaces, canales) Categoria 5e Igual Mejor Igual Mejor Mejor Mejor PSNEXT (cable, enlaces, canales) FEXT (Conectores)

Cat 5 vs. Cat 5e db 70 60 50 40 30 20 10 0 Cat 5e PSNEXT = Cat 5 NEXT 1 10 100 Frequency, MHz Attenuation Cat 5e NEXT Cat 5 NEXT Cat 5e PSNEXT

Que pasa por el lado de leee Anteproyecto IEEE P802.3ab/D2.0 Es una especificación de Capa Física para operación a 1000 Mbps sobre cuatro pares de cable de pares trenzados balanceados, Categoría 5 o mejor (1000BASE-T) Caracterísiticas del Segmento de Enlace 40.8 1000BASE-T usa un sistema de transmisión dúplex. Son necesarios cuatro canales full dúplex para transportar datos entre dos PMD. Cada canal dúplex channel soporta una tasa efectiva de datos de 250 Mbps en cada direción simultáneamente. El término segmento de enlace (link segment) usado en esta cláusula se refiere a cuatro canales dúplex y el término canal dúplex (duplex channel) puede ser usado para refereirse a un único canal con capacidad full dúplex. Las especificaciones para un segmento de enlace se aplica igualmente a cada uno de los cuatro canales dúplex 1000BASE-T está diseñado para operar sobreun sistema de cableado de 4 pares Category 5

Diseñado para Operar Sobre Cat 5, pero... NEXO 40A Directivas Adicionales para el Diseño de Cableado A pesar de que la especificación de 1 Gbps describe en la Cláusula 40, que fue diseñada para operar sobre 4 pares del Sistema de Cableado Categoría 5 tal cual está detallado en ANSI/TIA/EIA-568-A e ISO/IEC 11801, existe este elemnto adicional que puede ser tomado por los diseñadores de red como un margen adicional de operación que asegura que puedan lograrse los objetivos del BER 10-10 EnergÍa adicionada NEXT (Power Sum NEXT) Definido pero no especificado más alto que la Categoría 5 EnergÍa adicionada ELFEXT (Power Sum ELFEXT) Especificciones en Suplemento 4 (Cat 5) No usa 25 pares No usa conexión cruzada (crossconnect) opunto de transición

Mientras tanto... La falta de estándares para la Cat 5e y la aparición de próximas generaciones de cables (Gigaspeed, MediaTwist, etc.) nos da la oportunidad de volver a los Niveles del programa Q3 de 1997 Inicialmente aplicado solo a cables Expandido ahora para incluir el hardware de conexión y los canales (Anixter Levels Channel o ALC)

Niveles del Programa Están definidos tres niveles de performance de cableado: Nivel 5: Similar a la Cat 5 con especificaciones adicionales de 10 db entre pares (pair-to-pair) ACR a 100 MHz y 10 db para ACR a 80 MHz Nivel 6: Un nuevo nivel que especifica cables con 10 db pair-to-pair ACR a 155 MHz y 10 db para ACR a 100 MHz Nivel 7: Otro nuevo nivel que especifica un cable con 10 db pair-to-pair ACR a 200 MHz y 10 db para ACR a 160 MHz

Categorías y Niveles de Cables db 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 300 Frequency, MHz Level 5,6 Att Level 5 NEXT Level 6 NEXT Cat 5 Att Cat 5 NEXT Cat 5e NEXT

Categorías y Niveles de Cables Cuál es la diferencia? Nivel 5: el rango del test de frecuencias es 200 MHz El rango de frecuencia para Cat 5 es 100 MHz Nivel 6: el rango del test de frecuencias es 300 MHz El rango de frecuencia para Cat 5e es 100 MHz Nivel 5: los criterios son básicamente los mismos que en Cat 5 Nivel 6: el cable es 2 db mejor que la Cat 5e Pero el número de canales son aproximadamente los mismos

300 MHz es mejor que 100 MHz? El ancho de banda útil del sistema de cableado es el punto en el cual el canal ACR asegura alrededor de 8 db Esto significa que para cableado Cat 5 el ancho de banda útil es aproximadamente 80 MHz. La Cat 5e extiende el ancho de banda utilizable a alrededor de los 90 MHz. Mientras esto representa algún beneficio para la experimentación de un sistema con un ancho de banda operativo levemente más alto, probar mayores frecuencias para nada cambia o mejorar la performance del sistema.

El Canal La característica de funcionamiento más importante corresponden al canal. El número de canales representa la performance de todo el sistema de cableado.

Canales - Categorías y Niveles db 70 60 50 40 30 20 10 0 1 10 100 Frequency, MHz Level 5 Attn Level 5 NEXT Level 5 PSNEXT Level 6 Attn Level 6 NEXT Level 6 PSNEXT Cat 5 Attn Cat 5e NEXT Cat 5 NEXT Cat 5e PSNEXT

Nivel 5/6 y Cat 5/5e Características principales El número de componentes del Nivel 5 es el número de Cat 5 extendido a 200 MHz Un canal Nivle 5 no necesariamente es tan bueno como un canal Cat 5 Cat 5: ACR a 80 MHz = 7.7 db Nivel 5: ACR a 80 MHz = 6 db El cable Nivel 6 es un poco mejor que el de Cat 5e El conector de Nivel 6 es un poco más deficiente que el de Cat 5e A Level 6 channel has the same ACR as Cat 5e

En ISO La Cat 6 fue originalmente un estándar DIN alemán identificado como un istema de cableado con malla de protección con intenciones de funcionamiento a 600 MHz La Categoría 6/Clase E ha sido actualmente reprocesada por ISO/IEC 11801-A como un canal positivo a 200 MHz La Cat 6 DIN alemana es ahora la Cat 7, también bajo desarrollo de la ISO

Actual Definición de la Industria Categoría 6/Class E Especificaciones y performance de Enlaces y Canales CANAL CC (db) CANAL IC (db) ENLACE (db) 100 MHz 200 MHz 100 MHz 200 MHz 100 MHz 200 MHz Atenuación 21.6 31.8 21.6 31.8 18.6 27.3 P-P NEXT 39.9 34.8 21.6 31.8 41.8 36.9 PS NEXT 37.1 31.9 39.3 34.3 39.3 34.3 ELFEXT 23.2 17.2 25.2 19.2 25.2 19.2 PSELFEXT 20.2 14.2 22.2 16.2 22.2 16.2 ACR 18.3 3.0 20.2 5.1 23.2 9.6 PSACR 15.4 0.0 17.7 2.5 20.7 7.0 Perdida por Retorno 12.0 9.0 12.0 9.0 14.1 12.0

Categorías y Niveles de Cables db 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 300 Frequency, MHz Level 7 Attn Level 7 PS NEXT Cat 6 Attn Cat 6 PS NEXT

Categorías y Niveles de Conectores Cat 6 Nivel 7 100 MHz 200 MHz 100 MHz 200 MHz Atenuación 0.2 0.3 0.2? NEXT 54 47.9 54? PS NEXT 50 43.9 50? Return Loss 22 14 20?

Categorías y Niveles de Channel db 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 100 120 140 160 180 200 Frequency, MHz Level 7 Atten Level 7 NEXT Cat 6 Atten Cat 6 NEXT

Características principales de la Categoría 6 y Nivel 7 El cable Cat 6 es mejor que el Nivel 7 0.5 db mejora la atenuación a 200 MHz 2 db mejor NEXT a 200 MHz Aunque el Nivel 7 tiene mejor asimetría (skew) La conección del hardware es identica Las características de los Canales son básicamente idénticas

Velocidad de Datos Gigabit Tendencias/Drivers La demanda de LANs se está incrementando Los usarios desean la última tecnología Aplicaciones cada vez más complejas requieren más memoria El poder de procesamiento de las PC se duplica cada 1.5-2 años La computación cliente/servidor incrementa las aplicaciones compartidas El resultado final es el stress de las redes El cableado debiera ser parte de la solución, no parte del problema!

Cableado, Tecnologías de LAN y Estándares La historia de huevo y la gallina Estándar de LAN ATM Forum IEEE 802.3 Tendencias de Cableados Cantidad de energía E-DIN 44312-5 Categoria 6 Niveles de Programas Tecnologías de LAN 622 Mbps ATM Gigabit Ethernet Estándares de Cableados Cat 5 mejorada Cat 6/Clase E Cat 7/Clase F

Gigabit Ethernet sobre cobre Capa Física El objetivo es un eventual despliegue sobre el cableado Categoría 5 existente para Transmitir y recibir simultáneamente a 250 Mbps en los cuatro pares 5 Niveles PAM (Pulse Amplitude Modulation) y la configuración del espectro del pulso igual a 100BASE-TX Requiere alta Relación Señal/Ruido (SNR: signal to noise ratio) para tener el mismo BER (Bit Error Rate) que 100BASE-TX debido a la señalización multinivel El Procesamiento Digital de la Señal (DSP: Digital Signal Processing) Es usado para cancelas algunos de los ruidos Debido al DSP un transceiver 1000BASE-T Xcvr puede tener la complejidad de un procesador 486 e inicialmente costar 5 veces más que un 100BASE-TX X

Evolución de la Plataforma de Cableado Horizontal Ancho de Banda MHz 1000 1.2 Gbps ATM? 1000BASE-T Velocidad de Datos Mbp s1000 155 Mbps ATM 100 100BASE-Tx? 100 10 10BASE-T 16 Mbps Token Ring 10 1 4 Mbps Token Ring CAT3 1984 1988 CAT4 1992 CAT5 1996 CAT X 2000 1

Características de Performance QUE ES LO IMPORTANTE? Tres configuraciones a medir Componentes Link Channel Cuatro características importantes Near End Crosstalk (NEXT) Atenuación Return Loss Skew

Configuraciones LINKS & CHANNELS / TSB 67 Link = Desde el outlet al Patch Panel o Cross Connect Channel = Desde el Hub a la NIC + +

Características EFECTOS del NEXT Network Interface Card Transmisor Receptor Señal Transmitida Ruido acoplado Hub Receptor Transmisor

NEXT PAR-A-PAR VS POWER SUM Par-to to-par: Interferencia Simple Receptor Simple Power sum: Interferencia Multiple Receptor Simple

NEXT REQUERIMIENTOS POWER SUM La performance Power sum se deriva de la performance par-a-par del componente o sistema. PS NEXT = 10 log 10 (10 -N1/10 + 10 -N2/10 +...) Donde N1, N2, etc. = NEXT desde todos los otros pares La performance del NEXT Power sum debe alcanzar o exceder los requerimientos del NEXT par-a-par de la EIA/TIA.

Características EFECTOS de la ATENUACION Señal Transmitida Señal atenuada Transmisor Receptor

Características EFECTOS del RETURN LOSS Señal Transmitida Señal Atenuada Transmisor Señal Reflejada Desadaptación n o variación n de Impedancia Receptor

Características EFECTOS DEL SKEW Skew = Diferencia en el retardo de propagación entre el par más lento y el más rápido en un cable. De importancia en la transmisión que utiliza más de un par. Requerimiento propuesto: 45 ns @ 100 MHz FutureLAN: 25 ns @ 100 MHz

Características ACR NIC Transmisor Ruido por NEXT acoplado Hub Receptor Receptor Transmisor Señal Atenuada ACR Señal Atenuada Ruido por NEXT Señal Transmitida

Testeo de la Performance BARRIDO vs FRECUENCIAS DISCRETAS El NEXT es errático. Reportando resultados solo a frecuencias discretas puede darnos un resultado engañoso. La información más útil es el margen para el peor caso a lo largo de todo el rango de frecuencias. Link Data & Spec 20 30 NEXT (db) 40 50 60 70 80 90 100 110 PA IR 1-2 PA IR 1-3 PA IR 1-4 PA IR 2-3 PA IR 2-4 PA IR 3-4 Link Spec 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Fre q (M Hz)

Testeo de la Performance BI- VS. UNI-DIRECTIONAL El testeo uni-directional testea el NEXT solo en el extremo del TESTER. Unidad remota boba El testeo Bi-directional testea el NEXT en ambos extremos. Cable tester Unidad remota inteligente Cable tester

Estándares de performance del cableado Todavía Evolucionando Estructura Básica de Cableado Especificación de Componentes Especificaciones Link/Channel Especificaciones Adicionales EIA/TIA TSB36 TIA/EIA TSB40 EIA/TIA 568 TIA/EIA TSB72 TIA/EIA TSB67 IEC 11801 TIA/EIA 568-A Patch Cord TIA/EIA TSB75 Prop Delay, Skew Enhanced Addendum E DIN 44312-5 Additional CAT 5 Specs 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999