UF1: Introducció a les xarxes locals

De WikiCat IT
Dreceres ràpides: navegació, cerca

social_network_abstract.png

Contingut

Definició i característiques de la LAN

Definició IEEE (LAN)

Una xarxa d'àrea local és una xarxa de dades on les comunicacions estan confinades a una àrea geogràfica limitada com per exemple un edifici o oficina i que utilitzen un canal de comunicació de velocitat moderada/alta i una tassa d'error baixa

Característiques de la LAN

  • Àmbit geogràfic limitat: una casa o una empresa, per exemple.
  • Tassa d'error baixa.
  • Velocitat moderadament alta

Conceptes bàsics de xarxes

Comunicació

comunicacio.gif

Elements de la comuniació:

  • Emissor: on s'origina la comunicació.
  • Receptor: on es rep la comunicació.
  • Canal de comunicació: per on cirucla el senyal.

La transmissió de dades és la transferència d'informació codificada des d'un punt a un altre (o altres) mitjançant senyals elèctrics, electroòptics o electromagnètics.

Una comunicació està basada en una transmissió de dades.

La comunicació és el procés amb el qual es transporta informació; aquesta informació viatja en un senyal que es transmet des de l’emissor fins al receptor. L’emissor i el receptor coneixen el mateix codi, per això són capaços d’interpretar els senyals per obtenir la informació.

Elements bàsics de la comunicació:

  • Emissor/receptor: com a mínim, hi ha d'haver un de cada, però podem tenir altres casos:
    • Diversos emissors i un receptor: Per exemple, una agència de notícies.
    • Un emissor i diversos receptors: Per exemple, la televisió.
    • Diversos emissor i diversos receptors: Per exemple, una xarxa d'ordinadors.
  • Transductors: Elements capaços de transformar la naturalesa del senyal. Exemples: micròfon, altaveu, telèfon, fax...
  • Canal: Element per on passa el senyal des de l'emissor fins al receptor. Exemples: coure, fibra, aire. Cada canal tindrà les seves pròpies propietats físiques, com:
    • Naturalesa del senyal (elèctric, electrmagnètic, òptic)
    • Velocitat de transmissió.
    • Capacitat de transmissió (ample de banda).
    • Nivell de soroll que genera.
    • longitud.
    • Mode d'enllaç entre emissor i receptor.
  • Moduladors i codificadors: Els ordinadors emeten senyals digitals, mentre que la línia telefònica commutada (RTC) és analògica. Per tant, cal passar el senyal de digital a analògic en l'emissor, i d'analògic a digital en el receptor. Aquesta feina la fa el MÒDEM

ic10m5u1_02.png

Origen i evolució

Les xarxes d'ordinadors deuen el seu origen a la necessitat d'economitzar recursos. D'aquesta manera es va evitar la duplicació d'equips; es van poder centralitzar les bases de dades, etc.

Components bàsics d'una xarxa

Una xarxa local inclou tot el programari i el maquinari necessaris per a la interconnexió dels diferents dispositius de xarxa. Aquests components es poden agrupar en:

  • Hosts.
  • Perifèrics compartits.
  • Dispositius de xarxa.
  • Medis de xarxa.
  • Protocols i regles.

networkelements2.jpg

Els símbols genèrics són els següents:

  • Switch: el dispositiu més utilitzat per interconnectar xarxes d’àrea local.
  • Firewall: proporciona seguretat a les xarxes.
  • Router: ajuda a dirigir els missatges que viatgen per la xarxa.
  • Router sense fil: un tipus específic de router que generalment es troba en xarxes domèstiques.
  • Núvol: s’utilitza per resumir un grup de dispositius de xarxa.
  • Enllaç serial: una forma d’interconnexió WAN (xarxa d’àrea estesa), representada per una línia en forma de llamp.

Host

Els hosts envien i reben tràfic dels usuaris. Host és un nom genèric per la majoria els dispositius d’usuari final. Un host ha de tenir una adreça IP de xarxa. Els ordinadors personals i les impressores connectades a la xarxa són alguns exemples de hosts.

Perifèrics compartits

Els dispositius perifèrics compartits no es comuniquen directament a través de la xarxa. Els perifèrics utilitzen al host al que estan connectats per realitzar totes les operacions de xarxa. Alguns exemples de perifèrics compartits poden ser les càmeres, els escàners i les impressores connectades localment.

Dispositius de xarxa

Els dispositius de xarxa es connecten a altres dispositius, principalment hosts. Aquests dispositius mouen o controlen el tràfic de la xarxa. Els hubs, switches o routers són alguns exemples de dispositius de xarxa.

A més a més dels dispositius finals, les xarxes depenen de dispositius intermedis per proporcionar connectivitat i per garantir que les dades flueixin a través de la xarxa. Aquest dispositius connecten els hosts individuals a la xarxa i poden connectar varies xarxes individuals per formar una xarxa de xarxes. Els següents són exemples de dispositius de xarxa intermediaris:

  • Dispositius d’accés a la xarxa (hubs, switches i punts d’accés sense fil).
  • Dispositius d’internetworking (routers).
  • Servidors de comunicació i mòdems, i dispositius de seguretat (firewalls).

Els processos que s’executen als dispositius de xarxa intermediaris poden realitza, depenent del dispositiu, les següents funcions:

  • Regenerar i retransmetre senyals de dades.
  • Mantenir la informació sobre quines rutes existeixen a través de la xarxa i de la internetwork.
  • Notificar a altres dispositius els errors i les errades de comunicació.
  • Encaminar dades per rutes alternatives quan existeixen errades en un enllaç.
  • Classificar i encaminar missatges segons les prioritats de QoS (qualitat del servei).
  • Permetre o denegar el flux de dades en base a configuracions de seguretat.

Medis de xarxa

Els medis de xarxa proporcionen la connexió entre els hosts i els dispositius de xarxa. Els medis de xarxa poden ser tecnologies de connexió per cable, com cable de coure o fibra òptica, o tecnologies sense fil.

La comunicació a través d’una xarxa és transportada per un medi. El medi proporciona el canal pels qual viatja el missatge des de l’origen fins a la destinació.

Els mesdis que utilitzen les xarxes modernes són:

  • Fils metàl·lics dintre dels cables.
  • Fibres de vidre o plàstiques (cable de fibra òptica).
  • Transmissió sense fil.

La codificació del senyal que s’ha de realitzar perquè el missatge sigui transmès és diferent per cada tipus de medi. Als fils metàl·lics, les dades es codifiquen dintre d’impulsos elèctrics que coincideixen amb patrons especifiquis. Les transmissions per fibra òptica depenen de polsos de llum, dintre d’intervals de llum visible o infraroja. En les transmissions sense fil, els patrons d’ones electromagnètiques mostren els diferents valores de bits.

Cada medi de xarxa té les seves característiques. Els criteris per escollir un medi de xarxa són:

  • La distància en la qual el medi pot transportar exitosament un senyal.
  • L’ambient en el qual s’instal·larà el medi
  • la quantitat de dades
  • la velocitat a la que es vol transmetre
  • el cost del medi i de la instal·lació

Serveis i protocols

Les persones generalment busquen enviar i rebre diferents tipus de missatges a través d’aplicacions informàtiques; aquestes aplicacions necessiten serveis per funcionar en la xarxa. Alguns d’aquests serveis engloben World Wide Web, correu electrònic, missatgeria instantània i telefonia IP. Els dispositius interconnectats a través de medis per proporcionar serveis han de estar governats per regles o protocols.

Actualment l’estàndard de xarxes és TCP/IP (protocol de control de transmissió/protocol d’Internet). TCP/IP s’utilitza en xarxes comercials i domèstiques. Són els protocols TCP/IP els que especifiquen els mecanismes de formateig, d’encaminament que garanteixen que els nostres missatges siguin entregats als destinataris correctes.

Serveis i protocols
Servei Protocol (o regla)
World Wide Web (WWW) HTTP (Hypertext Transport Protocol)
email SMTP (Simple mail transport protocol)

POP (post office protocol)

Missatge instantani(Jabber, AIM) XMPP (extensible messaging and presence protocol)

OSCAR (sistema obert per a la comunicació en temps real)

Telefonia IP SIP (session initiation protocol)

Exemple de connexió d’elements d’una xarxa

Anem a veure tots els passos que cal fer des que creem i enviem un missatge de text i fins que es mostra en el dispositiu de destinació.

ic10m5u1_06.png


1. Missatges. En la primera etapa del viatge el missatge instantani es converteix en un format que es pot transmetre a la xarxa. Tots els tipus de missatges s’han de convertir a bits, senyals digitals codificats en binari, abans de ser enviats a les destinacions. Això és així independentment del format del missatge original: text, vídeo, veu o dades informàtiques. Una vegada que el missatge instantani es converteix en bits, està llest per ser enviat a la xarxa per emetre’l.

2. Dispositius. Si, per exemple, enviem un missatge de text amb un programa de missatgeria instantània des d'un ordinador, l'ordinador només pot enviar i rebre missatges per una xarxa. Calen molts altres tipus de dispositius connectats en aquesta xarxa per donar serveis de xarxa, com poden ser telèfons, càmeres, sistemes de música, impressores, consoles de jocs, etc. Per unir dues o més xarxes (per exemple, entre una LAN i Internet) calen els routers (o encaminadors).

ic10m5u1_07.png

3. Medi. Per enviar el missatge instantani a la destinació, l’ordinador ha d’estar connectat a una xarxa local sense fil o amb cables. Les xarxes locals, normalment, a part de compartir informació, tenen una connexió comuna a Internet i es comuniquen entre si a través d’un router.

Moltes de les xarxes instal·lades utilitzen cables per proporcionar connectivitat. Ethernet és la tecnologia de xarxa amb cable més comuna avui dia. Els fils connecten les computadores a altres dispositius que formen les xarxes. Les xarxes amb cables són millors per transmetre grans quantitats de dades a alta velocitat i són necessàries per donar suport a multimèdia de qualitat professional. Les xarxes sense fils s'utilitzen per comoditat (no cal instal·lació)

ic10m5u1_08.png

4. Serveis. Els serveis de xarxa són programes de computació que recolzen la xarxa humana. Distribuïts per tota la xarxa, aquests serveis faciliten les eines de comunicació en línia com el correu electrònic, els fòrums de discussió i els butlletins, les sales de xat i la missatgeria instantània.

ic10m5u1_09.png

5. Les regles. Les regles o protocols especifiquen la manera com s’envien els missatges, com s’encaminen a través de la xarxa i com s’interpreten en els dispositius de destinació. Per exemple: en el cas de la missatgeria instantània Jabber, els protocols XMPP, TCP i IP són conjunts importants de regles que permeten que es faci la comunicació entre el emissor i el receptor.

ic10m5u1_10.png

Classificació de les xarxes

Les xarxes es creen per administrar les necessitats informàtiques de les persones i de les organitzacions. Existeixen diferents tipus de xarxes depenen del criteri que s’utilitzi per diferenciar-les. El criteri principal es basa en la classificació per l’extensió geogràfica, encara que també n'hi ha d'altres.

  • Extensió geogràfica.
  • La titularitat de la xarxa.
  • Client-servidor o d’igual a igual.
  • La topologia de la xarxa.

Extensió geogràfica

Depenen de la extensió geogràfica podem trobar-nos diferents tipus de xarxes.

Xarxes d’àrea local (LAN)

Les xarxes d’àrea local o LAN van néixer per solucionar els problemes de connexió d’equips amb diferents tecnologies o especificacions. Van permetre connectar totes les estacions de treball, perifèrics, terminal i altre dispositius ubicats dins d’un mateix edifici, facilitant que les empreses utilitzessin la tecnologia informàtica per compartir de manera eficient diferents recursos.

Les LAN estan dissenyades per al següent:

  • Operar en una àrea geogràfica limitada (un edifici).
  • Permetre als seus usuaris accedir a serveis de banda ampla.
  • Proporcionar connectivitat amb els serveis locals.
  • Connectar dispositius adjacents.

Dins d’una LAN hi pot haver xarxes més petites i especialitzades. Aquestes xarxes s’utilitzen per accedir a sistemes d’emmagatzemament, dispositius i sistemes amb tecnologia de centres de dades, intranets o extranets i VPN.

1. Xarxes d’emmagatzemament o SAN. Una xarxa d’àrea d’emmagatzemament (SAN) és una xarxa d’alt rendiment dedicada a tasques molt concretes, com ara moure dades entre servidors i oferir recursos d’emmagatzemament. Aquest tipus de xarxes SAN s’instal·len fora de la LAN per evitar el trànsit que ocasionen les connexions entre clients i servidors.

ic10m5u1_11.png

Les SAN tenen les característiques següents:

  • Alt rendiment: les SAN permeten l’accés concurrent de matrius de disc o cinta per dos o més servidors a alta velocitat, proporcionant un millor rendiment del sistema.
  • Disponibilitat: les SAN tenen una tolerància incorporada als desastres, ja que es pot fer una còpia exacta de les dades mitjançant una SAN fins a una distància de10 km o 6,2 milles.
  • Escalabilitat: igual que una LAN/WAN, pot usar una gamma àmplia de

tecnologies. Això permet una reubicació fàcil de dades de còpia de seguretat, operacions, migració d’arxius, i duplicació de dades entre sistemes.

2. Xarxes privades virtuals. Les xarxes privades virtuals (VPN o virtual private networking en anglès) es creen dins de la infraestructura d’una xarxa pública però no són xarxes físiques, sinó una organització d’una xarxa física, amb la finalitat de donar accés a determinats usuaris, grups de treball, etc. per la seguretat de les dades.

ic10m5u1_12.png

Amb una VPN una persona pot accedir a la xarxa de l’empresa a través d’Internet, fent una tunelització segura entre el seu ordinador personal i un encaminador VPN situat a la seu de l’empresa; l’ordinador personal pot estar ubicat en qualsevol lloc amb connexió a Internet, com per exemple l’oficina de treball, la residència habitual, la segona residència, un hotel, etc.

Tipus de VPN
VPN d’accés Donen accés remot a un treballador a la seu de la xarxa interna o externa, a través de xarxes publiques (RTC, XDSI, ADSL, etc.).
Xarxes internes VPN intranet Els servidors web de xarxa interna són diferents dels servidors web públics. El servidor web s’instal·la dins de la xarxa.

Connecten les diferents oficines i treballadors mòbils amb la xarxa interna de l’empresa, a través de xarxes públiques, tot i que solament hi poden accedir els treballadors autoritzats amb privilegis d’accés.

Xarxes externes VPN extranet Igual que les internes, però permeten l’accés a usuaris que no pertanyen a l’empresa, utilitzen aplicacions i serveis de la xarxa interna.

Xarxes d’àrea metropolitana (MAN) Va arribar un moment en què empreses amb diverses seus en una mateixa ciutat tenien la necessitat de compartir informació de manera segura i ràpida.

Les MAN estan dissenyades per proporcionar als seus usuaris la distribució de dades interconnectant les diferents LAN.

Xarxes d’àrea estesa o WAN

Les xarxes d’àrea estesa WAN normalment utilitzen línies de transmissió publiques, propietat en molts casos de companyies telefòniques.

Les WAN estan dissenyades per donar connexió a equips en una àreageogràfica molt extensa.

Exemples de xarxes de transmissió públiques són:

  • XDSI –xarxa digital de serveis integrats-: és una xarxa de dades totalment digital d’extrem a extrem. Permet connexions de fins a 2 Mbps.

Les característiques principals d’aquesta tecnologia són la qualitat, la flexibilitat, i la velocitat de comunicació.

  • Xarxes FDDI –fiber distributed data interface–: interfície de dades distribuïda per fibra òptica. Aquesta tecnologia es basa en una estructura de xarxa de doble anell de fibra òptica, que permet alta velocitat, i grans distàncies. Quan la fibra òptica se substitueix per cables de parells trenats es parla d’IPDDI (twisted pair distributed data interface).
  • Xarxes Frame Relay: és un xarxa de commutació de paquets que es considera l’evolució de l’X25. Es caracteritza per transmetre dades a alta velocitat, la transparència en els protocols de comunicació, i la integració de veu i dades. Els usuaris la contracten mitjançant una tarifa plana de baix cost.
  • Xarxes ATM –asynchronous transfer mode (mode de transferència asíncrona)–: les característiques principals són que integra veu, dades i imatge, sense restricció d’espais, és transparent als protocols, integra molt bé LAN i WAN, té una amplada de banda gran, fins a 2 Gbps, i té suport internacional.
  • Una tecnologia lligada a l’ATM és l’xDSL (digital subscriber line), que dóna accés a Internet de banda ampla utilitzant les línies analògiques de les companyies telefòniques.
  • Xarxes de satèl·lits: són satèl·lits artificials de comunicacions, que resolen problemes de distribució massiva de dades. El senyal electromagnètic va fins al satèl·lit i baixa de nou a la Terra.

Titularitat de la xarxa

Segons les propietats de la xarxa, podem classificar les xarxes en:

  • Xarxes dedicades o privades. Les línies de comunicacions de les xarxes dedicades són dissenyades i instal·lades per l’usuari o administrador del sistema, o bé llogades a les companyies de comunicacions que es dediquen a oferir aquests serveis.
  • Xarxes compartides o públiques. En aquestes xarxes les línies de comunicació suporten informació de diferents usuaris. Es tracta de xarxes de servei públic ofertes per companyies de telecomunicacions, per les quals s’ha de pagar una quota depenent de la utilització que se’n fa. Un exemple és la xarxa de telefonia fixa, la xarxa de telefonia mòbil, XDSI, ADSL, xarxes de fibra òptica, etc.

Topologia de la xarxa

Quan s’instal·la una xarxa, es crea un mapa de la topologia física per enregistrar on està ubicat cada ordinador i com està connectat a la xarxa. El mapa de la topologia física també mostra per on passen els cables i les ubicacions dels dispositius de la xarxa que connecten els ordinadors. En aquests mapes, s’utilitzen icones per representar els dispositius físics reals. És molt important mantenir i actualitzar els mapes de la topologia física per facilitar futures tasques d’instal·lacions i resolucions de problemes.

A més del mapa de la topologia física, a vegades és necessari tenir també una representació lògica de la topologia de xarxa.

Un mapa de la topologia lògica agrupa els ordinadors segons l’ús que fan de la xarxa, independentment de la ubicació física que tinguin. Al mapa de la topologia lògica es poden registrar els noms dels ordinadors, les adreces, la informació dels grups i les aplicacions.

ic10m5u1_13.png

ic10m5u1_14.png

  • La topologia física ens diu com és la distribució del cablatge.
  • La topologia lògica ens diu com accedeixen al medi els diferents dispositius.
Característiques de les diferents topologies
Topologia física

Organització del cablatge

Estrella

Bus

Jeràrquica

Anell

Malla

Topologia lògica

Accés al medi

Transmissió per difusió: Cada element de la xarxa emet les seves dades al medi, sense cap ordre establert

Transmissió de testimonis: Controla l’accés a la xarxa passant seqüencialment un testimoni elèctric a cada ordinador

Topologia física

El cablatge determina el disseny físic d’una xarxa. Segons l’estructura física del cablatge i la seva distribució geogràfica, tindrem una topologia diferent de xarxa.

1. Xarxa en anell: És una topologia de xarxa en què cada node té una única connexió d’entrada i una altra de sortida. Cada node es connecta amb el següent fins a l’últim, que s’ha de connectar amb el primer. Un exemple de topologia en anell és la xarxa en anell de testimoni (token ring).

El dispositiu encarregat de fer la connexió física a l’anell s’anomena MAU (multistation access unit).

Xarxa_en_anell.png

2. Xarxa en bus: És una topologia de xarxa en què els nodes estan connectats a un medi de comunicació comú, el bus. Ethernet amb cable coaxial és un exemple d’aquesta topologia.

foto_capacitacion_33.jpg

3. Xarxa jeràrquica: És una extensió de la topologia d’extrella, en què cada node pot estar connectat a un node superior i del qual poden penjar diversos nodes inferiors que formen un arbre.

topologia-jerarquica%5B1%5D.png

4. Xarxa en estrella: és una topologia de xarxa en què els nodes estan connectats a un node central o commutador que actua d’encaminador per transmetre els missatges entre nodes.

300px-Topolox%C3%ADa_en_estrela.png


El node és l’extrem final d’una connexió de xarxa o unió de dues o més línies de la xarxa. Els nodes poden ser processadors, controladors i estacions de treball. Els nodes s’interconnecten per mitjà d’enllaços i actuen com a punts de control a la xarxa.

5. Xarxa en malla: És una topologia de xarxa en què cada node està interconnectat amb un o més nodes. D’aquesta manera, quan s’ha d’enviar un missatge entre dos nodes es buscarà la ruta més adient. Aquesta ruta pot dependre dels costos econòmics, la càrrega de les altres rutes, la velocitat o qualsevol altre paràmetre.

El node és l’extrem final d’una connexió de xarxa o unió de dues o més línies de la xarxa. Els nodes poden ser processadors, controladors i estacions de treball. Els nodes s’interconnecten per mitjà d’enllaços i actuen com a punts de control a la xarxa.

Avantatges i desavantatges dels diferents tipus de xarxes
Avantatges Desavantatges
Xarxa jeràrquica Senzilla d’implementar i estendre.

Normalment és econòmica.

Difícil d’administrar

La fallada d’un node deshabilita tot el que en penja.

Xarxa en bus Senzilla d’implementar i estendre.

Normalment és la més econòmica.

Longitud de cable i nombre d’estacions limitats.

Cost d’administració car a llarg termini.

El rendiment disminueix en afegir-hi nodes.

Si falla algun enllaç, tots els nodes queden aïllats.

Xarxa en estrella És senzilla d’implementar i estendre, fins i tot en grans xarxes.

Econòmica.

La fallada d’un node no afecta la resta.

Fàcil d’administrar.

Longitud de cable i nombre d’estacions limitats.

Cost d’administració car a llarg termini.

El rendiment disminueix en afegir-hi nodes.

La fallada del node central deshabilita tota la xarxa.

Xarxa en malla Alta disponibilitat.

Si falla un node, hi pot haver rutes alternatives

És més cara que altres topologies.

Topologia lògica

Una topologia lògica de xarxa es refereix a la manera com els elements de la xarxa es comuniquen amb el medi. Els dos tipus més comuns de topologies lògiques són difusió i transmissió de testimoni.

Els dos mètodes bàsics de control d’accés al medi per a medis compartits són:

  • Transmissió de testimoni o controlat: Cada node té el seu temps propi per utilitzar el medi.
  • Difusió o basat en la contenció: Tots els nodes competeixen per l’ús del medi.

Explicació detallada:

1. Transmissió de testimoni o controlat. En utilitzar aquest mètode els dispositius de xarxa agafen torns, en seqüència, per accedir al medi. Aquest mètode també s’anomena determinista. Si un dispositiu no necessita accedir al medi, l’oportunitat d’utilitzar el medi passa al dispositiu en línia següent. Quan un dispositiu col·loca una trama en els medis, cap altre dispositiu no ho pot fer fins que la trama no hagi arribat a la destinació i hagi estat processada per la destinació.

Encara que l’accés controlat està ben ordenat, els mètodes deterministes poden ser ineficients perquè un dispositiu ha d’esperar el seu torn abans de poder utilitzar el medi.

ic10m5u1_19.png

2. Transmissió per difusió o basada en la contenció. Aquest mètode per difusió o no determinista permet que qualsevol dispositiu intenti accedir al medi sempre que hi hagi dades per enviar. Per evitar el caos complet en els medis, aquest mètodes usen un procés d’accés múltiple per detecció de portador (CSMA) per detectar primer si els medis estan transportant un senyal. Si es detecta un senyal portador al medi des d’un altre node, vol dir que un altre dispositiu està transmetent. Quan un dispositiu està intentant transmetre i nota que el medi està ocupat, esperarà i ho intentarà després d’un període de temps curt. Si no es detecta un senyal portador, el dispositiu transmet les seves dades. Les xarxes Ethernet i sense fil utilitzen control d’accés al medi per contenció. És possible que el procés CSMA falli si dos dispositius transmeten al mateix temps. Això s’anomena col·lisió de dades. Si ocorre, les dades enviades per tots dos dispositius es faran malbé i s’haurien d’enviar novament.

El mètodes de control d’accés al medi per difusió no tenen la sobrecàrrega dels mètodes d’accés controlat. No es requereix un mecanisme per analitzar qui posseeix el torn per accedir al medi. Però a mesura que l’ús i el nombre de nodes augmenta, la probabilitat d’accedir als medis amb èxit sense col·lisió disminueix.

ic10m5u1_20.png

Els dos mètodes més comuns de CSMA són:

  • CSMA/detecció de col·lisió. En CSMA/detecció de col·lisió (CSMA/CD), el dispositiu monitora els medis per detectar la presència d’un senyal de dades. Si no hi ha un senyal de dades, cosa que indica que el medi està lliure, el dispositiu transmet les dades. Si després es detecten senyals que mostren que un altre dispositiu estava transmetent al mateix temps, tots els dispositius deixen d’enviar i ho intenten després. Les formes tradicionals d’Ethernet usen aquest mètode.
  • CSMA/prevenció de col·lisions. En CSMA/prevenció de col·lisions (CSMA/CA), el dispositiu examina els medis per detectar la presencia d’un senyal de dades. Si el medi està lliure, el dispositiu envia una notificació, a través del medi, sobre la seva intenció d’utilitzar-lo. El dispositiu després envia les dades. Aquest mètode és utilitzat per tecnologies de xarxes sense fil 802.11.

Client-servidor o d’igual a igual

Mocel client-servidor

Una xarxa client-servidor és aquella on tots els clients estan connectats a un servidor on es centralitzen els diferents recursos. Aquests recursos estan a disposició dels clients cada cop que els sol·liciten. Això fa que totes les gestions que es realitzen es concentren en el servidor.

En el model client/servidor, el dispositiu que sol·licita informació es denomina client i el dispositiu que respon la sol·licitud es denomina servidor. Els processos de client i servidor es consideren una part de la capa d’aplicació. El client comença l’intercanvi sol·licitant les dades al servidor, que respon enviant un o més blocs de dades al client.

Un exemple d’una xarxa client/servidor és un entorn corporatiu en què els empleats utilitzen un servidor de correu electrònic de l’empresa per enviar, rebre i emmagatzemar correu. El client de correu electrònic en l’ordinador d’un empleat emet una sol·licitud al servidor de correu per un missatge no llegit. El servidor respon enviant el correu sol·licitat al client.

La transferència de dades d’un client a un servidor es coneix com a pujada i la de les dades d’un servidor a un client, baixada.

ic10m5u1_22.png

ic10m5u1_23.png

Xarxes d'igual a igual

En una xarxa entre iguals, dos o més ordinadors estan connectats per mitjà d’una xarxa i poden compartir recursos (per exemple, impressora i arxius) sense tenir un servidor dedicat. Cada dispositiu final connectat (conegut com a punt) pot funcionar com un servidor o com un client. Un ordinador pot assumir el paper de servidor per a una transacció mentre funciona de manera simultània com a client per a una altra transacció. Els papers del client i del servidor es configuren segons les sol·licituds.

Un exemple d’una xarxa entre iguals és una simple xarxa domèstica amb dos ordinadors connectats que comparteixen una impressora. Cada persona pot configurar el seu ordinador per compartir arxius, habilitar jocs en xarxa o compartir una connexió d’Internet. Un altre exemple sobre la funcionalitat de la xarxa punt a punt són dos ordinadors connectats a una gran xarxa que utilitzen aplicacions de programari per compartir recursos a través de la Xarxa.

A diferència del model client/servidor, que utilitza servidors dedicats, les xarxes punt a punt descentralitzen els recursos en una xarxa. Cal establir comptes d’usuari i drets d’accés de manera individual per a cada dispositiu.

ic10m5u1_24.png

Organismes reguladors en matèria de telecomunicacions

Les primeres xarxes que es van construir van utilitzar les seves pròpies normes de disseny i funcionament. Fins i tot, l’empresa IBM va arribar a utilitzar normes de comunicacions diferents per als seus productes.

Quan les empreses volien interconnectar sucursals o edificis, es trobaven amb incompatibilitats i l’única solució passava per desfer-se de les xarxes actuals i crear-ne una de nova que fos capaç d’enllaçar les sucursals o edificis. A partir d’aquí, neix la necessitat de definir un conjunt de normes que estandarditzin tot aquest món. Aquests estàndards van possibilitat la comunicació entre ordinadors, elements de xarxa, i cables.

Les normes es divideixen en dues categories:

  • Estàndards de facto (de fet). Són estàndards que s’imposen en el mercat perquè s’utilitzen àmpliament. Un exemple el tenim en l’ordinador PC d’IBM, a partir del qual van néixer els clònics, ja que altres marques van canviar les normes de fabricació per ser compatibles amb el PC d’IBM. el camp del programari va passar el mateix amb Unix, que es va convertir en un estàndard en ser copiat per Linux i altres fabricants.
  • Estàndards de lliure (per llei). Són els estàndards formals i legals, acordats per algun organisme internacional d’estàndards autoritzat.

Normatives d’ús general

Les normes i els estàndards referents al cablatge estructurat són els següents:

  • Internacionals - Estàndard EIA/TIA-568
  • Europees - Norma Europea CEN/CENELEC
  • Espanyoles - Estàndard UNE-EN 50173

Estàndards de xarxa

Les xarxes, igual que els carrers i les carreteres, necessiten establir un ordre per assegurar-se que tothom té la possibilitat de comunicar-se correctament. Si els carrers i les carreteres tenen unes normes de circulació, el món de les comunicacions té uns estàndards.

Els estàndards de xarxes proporcionen la base per a la transmissió de dades, per a la fabricació d’equips de xarxa compatibles, i per al disseny de sistemes operatius de xarxa.

Aquests estàndards defineixen el següent:

  • Com han de ser els mitjans de comunicació i les seves especificacions.
  • Com s’han d’establir i mantenir les comunicacions entre nodes.
  • Com es determina quan es produeix una fallada en la comunicació.
  • Com cal actuar davant una fallada de comunicació.
  • Com s’ha de dissenyar una xarxa per poder garantir les comunicacions.
  • Etc.

Per a una comprensió correcta de la totalitat d’un sistema de comunicació, cal dividir-lo en un conjunt de parts o capes, de tal manera que cada una d’aquestes parts estigui centrada en un aspecte concret de la comunicació per xarxa. Cada una de les capes és responsable d’un segment del procés total i només interactua amb les capes immediatament adjacents, és a dir, amb la capa immediata anterior i amb la capa immediatament posterior. En aquesta interacció hi ha els límits de la seva responsabilitat.

Hi ha dos models de comunicació principals que utilitzen capes: el model de referència OSI (Open System Interconnection, ‘interconnexió de sistemes oberts’) i el model de protocol TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol,’ protocol de control de transport/protocol d’Internet’) o model d’Internet.

Els dos models utilitzen un sistema d’especificacions obert, és a dir, públic.

Protocols

L’arquitectura d’una xarxa es fonamenta en la seva topologia física i lògica i en els protocols de comunicacions. Els protocols de comunicació són conjunts de normes i procediments emprats per fer una comunicació. Controlen tots els aspectes de la comunicació de dades:

  • Com es construeix la xarxa física.
  • Com es connecten els ordinadors a la xarxa.
  • Com es dóna format a les dades per transmetre-les.
  • Com es controlen els errors.
  • Etc.

Classifiquem els protocols en els tipus següents:

  • Protocols d’alt nivell, que defineixen com es comuniquen els hosts.
  • Protocols de nivell intermedi, que estableixen i mantenen sessions de comunicacions.
  • Protocols de baix nivell, que defineixen com es transmeten els senyals per cable.


Models de xarxa OSI, TPC/IP (el model Internet)

Model OSI

El model de referència OSI, llançat el 1984, és l’esquema descriptiu que va crear l’ISO. Aquest model proporciona als fabricants un conjunt de normes que faciliten més compatibilitat i operabilitat entre els diferents tipus de tecnologies de xarxa produïdes per diferents empreses de tot el món.

ic10m7u1_13.png

El model de referència OSI defineix les funcions de xarxa de cada capa i configura l’esquelet que ajuda a entendre com viatja i es comporta la informació per la xarxa.

A més, ajuda a visualitzar com la informació i els paquets de dades viatgen des de les aplicacions origen (fulls de càlcul, documents...) pels dispositius i els medis de xarxa fins a un altre sistema ubicat en la xarxa que els utilitza, encara que aquest altre sistema tingui diferents tipus de medis d’accés a la xarxa.

El model de referència OSI es defineix en set capes numerades, i cada una defineix una funció especifica de la xarxa:

  • Capa 7: capa d’aplicació.
  • Capa 6: capa de presentació.
  • Capa 5: capa de sessió.
  • Capa 4: capa de transport.
  • Capa 3: capa de xarxa.
  • Capa 2: capa d’enllaç de dades.
  • Capa 1: capa física.

Breu descripció de la tasca que fa cada capa:


Definició de cada capa OSI
Número de capa Nom de la capa Tasca que desenvolupa
Capa 7 Aplicació Processos de xarxa en aplicacions
Capa 6 Presentació Representació de dades
Capa 5 Sessió Comunicació entre ordinadors
Capa 4 Transport Connexió d’extrem a extrem
Capa 3 Xarxa Encaminament i recerca de la millor ruta
Capa 2 Enllaç de dades Accés al medi
Capa 1 Física Transmissió binària

A continuació definirem cada capa amb les seves funcions:

  • Capa 7. Aplicació. La capa d’aplicació és la capa del model OSI més pròxima a l’usuari, ja que proveeix de serveis de xarxa les seves aplicacions. És l’única capa que no proporciona serveis a cap altra capa OSI, sinó només a aplicacions que es troben fora del model OSI. Són exemples d’aplicacions els programes de client de correu, navegador web, client FTP, aplicacions de videoconferència, etc.
  • Capa 6. Presentació. La capa de presentació garanteix que la informació que envia la capa d’aplicació d’un sistema la pugui llegir la capa d’aplicació d’un altre. La capa de presentació també pot traduir entre diversos formats de dades, utilitzant un format comú.
  • Capa 5. Sessió. Les missions principals de la capa de sessió són:
    • Iniciar, administrar i finalitzar les sessions entre dos ordinadors que es comuniquen.
    • Proporcionar els seus serveis a la capa de presentació.
    • Sincronitzar el diàleg entre les capes de presentació dels dos ordinadors.
    • Regular la sessió.
  • Capa 4. Transport. La capa de transport segmenta les dades originals en l’ordinador emissor i les assembla dins del sistema de l’ordinador receptor.
  • Capa 3. Xarxa. La capa de xarxa proporciona connectivitat i selecció de ruta entre dos sistemes d’ordinadors, que poden estar ubicats en xarxes geogràficament diferents.
  • Capa 2. Enllaç. La capa d’enllaç de dades proporciona trànsit de dades de confiança a través d’un enllaç físic. Aquesta capa s’ocupa de l’encaminament físic, la topologia de xarxa, l’accés a la xarxa, la notificació d’errors, el lliurament ordenat de trames i el control de flux.
  • Capa 1. Física. La capa física defineix les especificacions elèctriques, mecàniques, de procediment i funcionals per activar, mantenir i desactivar l’enllaç físic entre sistemes finals.

Les comunicacions d’una xarxa parteixen d’un emissor, i s’envien a un receptor. La informació que s’envia a través d’una xarxa es denominen dades o paquet de dades. Si un ordinador envia dades a un altre, s’hauran d’empaquetar mitjançant un procés denominat encapsulació de dades.

L’encapsulació embolcalla les dades amb la informació de protocol necessària abans que circuli per la xarxa. A mesura que les dades es desplacen a través de les capes del model OSI, reben diferents tipus d’informació complementària.

Les xarxes han de fer cinc passos de conversió a fi d’encapsular les dades:

  • Crear les dades.
  • Empaquetar les dades per transportar-les d’extrem a extrem.
  • Agregar l’adreça de xarxa a l’encapçalament.
  • Agregar l’adreça local a l’encapçalament d’enllaç de dades.
  • Fer la conversió a bits per transmetre’ls.

ic10m5u1_27.png

El conjunt d’informació composta per l’encapçalament més les dades rep noms diferents segons el nivell on està situada:

  • En la capa de transport es denomina segment.
  • En el nivell de capa de xarxa es denomina paquet.
  • En el nivell de capa d’enllaç, trama.
  • En el nivell de capa física, bit.

ic10m5u1_28.png

El model OSI defineix dos tipus de serveis:

1. Serveis orientats a la connexió. L’usuari estableix inicialment la connexió, intercanviant la informació i finalment, en acabar, allibera el circuit. Un exemple d’aquest servei és la xarxa telefònica i la comunicació de dades per mitjà de l’RTC.

2. Serveis sense connexió. No cal establir cap circuit abans d’enviar la informació. Cada paquet porta informació de l’adreça de destinació i segueix la millor ruta, els paquets poden arribar en ordre diferent i és necessari reorganitzarlos. Hi ha diversos tipus de serveis sense connexió:

  • Servei de datagrama sense confirmació. L’emissor no necessita que el receptor li confirmi que els paquets de dades li arriben correctament com en el protocol IP (Internet protocol).
  • Servei de datagrama amb confirmació. El receptor envia confirmacions a l’emissor. Per exemple, el correu electrònic amb acusament de recepció.
  • Servei de petició i resposta. És un servei propi de la gestió interactiva, en què a cada petició segueix una resposta. Per exemple, en fer una petició a una base de dades, la segueix un missatge de resposta que conté les dades sol·licitades.

Per estudiar el model OSI, el podem dividir en tres parts: les capes orientades a la xarxa, les capes orientades al transport i les capes orientades a l’aplicació.

Capes de xarxa 1, 2 i 3 orientades a la xarxa

El primer grup, que comprèn les tres primeres capes –física, enllaç i xarxa– es denomina entorn de la xarxa o subxarxa de comunicacions, perquè aquestes capes són les que interactuen amb les xarxes de comunicacions, o amb la part de la xarxa que té la finalitat de transmetre la informació fins a l’equip receptor.

1. Capa 1: física. La capa física és la capa que defineix les especificacions elèctriques, mecàniques, de procediment i funcionals per activar, mantenir i desactivar l’enllaç físic i per transmetre bits entre sistemes.

La missió bàsica d’aquesta capa és transmetre bits per un canal de comunicació, de manera que quan l’emissor n’enviï arribin sense canvis al receptor.

Aquest nivell inclou cables, connectors, els medis de transmissió, ordinadors i equips de comunicacions. Per tant, cal definir:

  • El tipus de sistema de cables que utilitzarà la xarxa.
  • Si hi ha procés de modulació o no.
  • Tipus de connectors, característiques i funcions de cadascun.
  • Tipus de transmissió.

2. Capa 2: enllaç de dades. La funció principal d’aquest nivell és vetllar per la transmissió de dades d’un node a un altre. La seva missió és establir una línia de comunicació lliure d’errors que pugui ser utilitzada per la capa immediatament superior, la capa de xarxa.

La capa d’enllaç de dades administra la notificació d’errors, la topologia de xarxa i el control de flux.

Amb el nivell físic opera amb bits, sense comprovar-ne el significat. Aquests bits viatgen en forma de blocs de dades, trames. Els protocols s’encarreguen del format de les trames, dels codis d’adreça de la detecció i recuperació d’errors i de l’ordre de transmissió de les dades.

Aquestes trames s’envien per la línia de transmissió de manera seqüencial a través dels serveis que ofereix el nivell físic, mentre que la resta de nivells superiors treballen sense tenir en compte el tipus de medi físic.

Aquest nivell es divideix en dos subnivells:

  • Control d’accés al medi (MAC, media access control)
  • Control d’enllaç lògic (LLC, logical link control)

3. Capa 3: xarxa. La capa de xarxa és la que permet encaminar el trànsit de paquets des de l’emissor fins al receptor. Mitjançant mecanismes de commutació, estableix el camí que han de seguir els paquets.

La capa de xarxa controla la de subxarxa, la funció principal de la qual és triar la ruta millor perquè el paquet arribi a la seva destinació.

Una altra funció d’aquesta capa és el tractament de la saturació del trànsit: si hi ha molts paquets a la xarxa, uns obstrueixen el pas a altres i es generen embussos als punts més crítics.

Aquesta capa és també l’encarregada d’ajustar la mida dels paquets i la velocitat de transmissió perquè compleixi els requisits de la xarxa de recepció. A més a més, com que és la responsable de les funcions de commutació i encaminament de la informació –proporciona els procediments precisos i necessaris per a l’intercanvi de dades entre l’emissor i el receptor–, ha de conèixer la topologia de la xarxa per determinar la ruta més adequada.

Capa orientada al transport

La capa de transport és la primera capa que comunica els equips terminals de punt a punt i actua com a enllaç de les capes orientades a la xarxa (capes física, d’enllaç i xarxa) i les capes orientades a l’aplicació (capes de sessió, presentació i aplicació).

Aquesta capa fa de pont entre les capes 1, 2 i 3, que treballen en xarxa, i les capes 5, 6 i 7, que treballen les aplicacions per a l’usuari. Accepta les dades de la capa de sessió i les parteix a bocins que siguin comprensibles per a la capa de xarxa i les inferiors, i s’assegura que arribin correctament a la capa de transport de l’ordinador receptor, encara que el receptor no sigui a la mateixa xarxa.

La capa de transport fa les comunicacions entre ordinadors d’igual a igual (peer to peer) en la qual un programa emissor pot conversar amb un programa receptor. En les capes inferiors això no existeix.

La finalitat de la capa 4 és optimitzar els serveis del nivell de xarxa i corregir les possibles deficiències en la qualitat del servei amb l’ajuda de mecanismes de recuperació.

Aquest nivell o capa està molt relacionat amb la qualitat del servei ofert per la capa de xarxa, ja que és l’encarregat d’establir el pont entre les mancances de la xarxa i les necessitats de l’usuari.

Un encaminador pot decidir de manera intel·ligent quina és la millor ruta per al lliurament de dades a través d’una xarxa, cosa que es basa en un esquema d’encaminament de capa 3 o capa de xarxa. L’encaminador usa aquesta informació per prendre decisions de tramesa. Una vegada que els paquets de dades passen a través de la capa de xarxa, la capa de transport –la capa 4– dóna per fet que pot usar la xarxa per enviar paquets de dades des de l’origen cap a la destinació.

Capes de xarxa 5, 6 i 7 orientades a l’aplicació

Grup format per les capes de sessió, presentació i transport, que rep el nom genèric'd’entorn de l’aplicació, perquè aquestes tres capes es processen en els equips terminals que intervenen en la comunicació.

Un ordinador pot executar múltiples aplicacions simultànies que sol·liciten serveis de comunicació a la capa de transport. Al seu torn, la capa de transport sol·licita serveis a l’entorn de xarxa amb la finalitat de triar la millor ruta i el fraccionament de dades adequat. Moltes comunicacions d’alt nivell poden ser executades per múltiples transmissions de baix nivell, però hi ha un nivell comú –ja que l’emissor i el receptor són únics– en què el transport es realça d’extrem a extrem: aquest nivell és la capa de transport.

Les capes situades per damunt del nivell de transport estan orientades a les aplicacions, i especialitzades en funcions d’aplicació.

1. Capa 5: sessió. Quan els paquets arriben a la capa de sessió, són transformats en sessions pel protocol de capa 5 o capa de sessió del model OSI, cosa que s’aconsegueix implementant diversos mecanismes de control. La capa de sessió coordina les peticions i les respostes de servei quan les aplicacions es comuniquen entre diferents ordinadors.

La capa de sessió millora el servei de la capa de transport. La capa de sessió s’encarrega de resincronitzar una transferència tallada, de manera que en la connexió següent es transmetin les dades a partir de l’últim bloc transmès sense error.

En l’establiment d’una sessió es distingeixen dues fases:

  • Establiment de la sessió i creació d’un espai on s’emmagatzemaran els missatges de la capa de transport i de l’entorn de xarxa.
  • Intercanvi de dades entre els espais creats per l’emissor i el receptor seguint unes regles per al control del diàleg.

2. Capa 6: presentació. Aquesta capa és generalment un protocol de transferència de la informació des de capes adjacents. Permet la comunicació entre aplicacions en diversos sistemes informàtics, de tal manera que siguin transparents per a les aplicacions.

La capa de presentació s’ocupa del format i de la representació de dades. Aquesta capa pot servir d’intermediari entre diferents formats de dades.

La capa de presentació proporciona el format i la conversió de codis, que s’utilitza per assegurar-se que les aplicacions tenen informació comprensible per processar.

La capa 6 també abraça les estructures de dades que utilitzen les aplicacions i és responsable del xifratge de dades que protegeix la informació durant la transmissió.

Les transaccions financeres (per exemple, les dades de les targetes de crèdit) utilitzen el xifratge per protegir la informació confidencial que s’envia a través d’Internet. S’utilitza una clau de xifratge per xifrar les dades al lloc d’origen i després desxifrar-les al lloc de destinació.

La capa de presentació també s’ocupa de la compressió dels arxius

3. Capa 7: aplicació. La capa d’aplicació és la capa més pròxima a l’usuari: és la que funciona quan interactua amb aplicacions de programari, com per exemple, enviar i rebre correu electrònic a través d’una xarxa.

La seva funció és proporcionar els procediments necessaris que permetin als usuaris executar les ordres relatives a les seves aplicacions pròpies. Els processos de les aplicacions es comuniquen internament per mitjà d’aplicacions controlades per protocols d’aplicació i utilitzant els serveis del nivell de presentació.

Model TCP/IP

La precursora de moltes de les xarxes que s’usen avui dia és la xarxa ARPANET, que és una xarxa de caràcter militar creada pel Departament de Defensa dels Estats Units al final dels anys seixanta del segle passat, i que va acabar connectant moltes universitats i instal·lacions governamentals utilitzant línies telefòniques convencionals. Més endavant, quan es van afegir enllaços per satèl·lit o ràdio, els sistemes van començar a tenir problemes per interactuar amb aquestes noves xarxes. Es va fer palès que calia una nova arquitectura de referència per poder connectar diferents models de xarxes. Aquesta arquitectura es va popularitzar com el model de referència TCP/IP (inicials dels seus dos principals protocols), que és el model d’Internet.

La xarxa Internet va començar l’1 de gener de 1983, amb la primera xarxa de llarg abast WAN basada en tecnologia TCP/IP, posada en marxa per l’NSF (National Science Foundation) dels Estats Units. Internet es va obrir públicament als interessos comercials l’any 1995.

Comparativa_tcp-ip_osi.gif

Capa 4: aplicació

La capa d’aplicació TCP/IP es correspon amb les capes d’aplicació, presentació i sessió del model OSI.

La capa d’aplicació és la capa que els programes utilitzen per comunicar-se a través de la xarxa amb altres programes.

Alguns programes que proporcionen serveis que treballen directament amb les aplicacions d’usuari i els seus corresponents protocols de la capa d’aplicació són, per exemple, HTTP (hypertext transfer protocol), FTP (file transfer protocol), SMTP (simple mail transfer protocol), SSH (secure shell), entre d’altres.

Capa 3: transport

La capa de transport TCP/IP es correspon amb la capa de transport del model OSI.

Els protocols de la capa de transport solucionen problemes com la fiabilitat i la seguretat que les dades arriben a la destinació i ho fan en l’ordre correcte. Hi ha dos protocols bàsics en la capa de transport:

  • TCP. És un protocol fiable orientat a la connexió, que fa que un flux de bytes de l’aplicació de la màquina origen sigui lliurat sense errors a l’aplicació de qualsevol màquina destinació de la xarxa. Aquest protocol fragmenta el flux procedent de la capa d’aplicació en missatges més petits i després d’encapsular-los els transmet a la capa d’interxarxa. En la màquina destinació, el procés que els rep els reassembla per obtenir el flux original que envia cap a la capa d’aplicació.
  • UDP. És un protocol no fiable, sense connexió, per a aplicacions que no necessiten ni l’assignació d’una seqüència ni el control de flux de TCP, o que volen utilitzar els seus mitjans de control propis. Aquest protocol és molt utilitzat en consultes de petició i resposta d’un sol cop i en aplicacions en què la rapidesa del lliurament és més important que l’exactitud de les dades, com per exemple en la transmissions de veu o de vídeo.

Capa 2: Internet (o interxarxa)

La capa d’Internet del model TCP/IP és equivalent a la capa de xarxa del model OSI.

La missió fonamental d’aquesta capa és fer que els nodes implicats en la comunicació enviïn els paquets per qualsevol xarxa i els facin viatjar independentment cap a la seva destinació. Els paquets fins i tot podrien arribar a la seva destinació cada un per un camí diferent, i fins i tot en diferent ordre de com van sortir de l’emissor. En qualsevol cas, la seva reorganització correspon a la capa de transport.

La capa d’Internet defineix el protocol IP (Internet Protocol, ‘protocol d’Internet’). La feina encarregada a la capa d’Internet és fer que els paquets arribin a la seva destinació. La consideració més important d’aquesta capa és, doncs, l’encaminament dels paquets.

Capa 1: accés a la xarxa

La capa d’accés a la xarxa del model TCP/IP és equivalent a les capes d’enllaç i física del model OSI.

En el model TCP/IP només s’indica que el node s’ha de connectar a la xarxa fent ús dels protocols que hi ha a la xarxa física en qüestió, de manera que es puguin enviar paquets IP. Aquests protocols varien segons quines siguin les tecnologies de transmissió i els medis de xarxa que s’utilitzin.

Capa física

El propòsit de la capa física és transportar un corrent de bits en brut d’una màquina a una altra.

La capa física és la capa més baixa de la jerarquia de comunicacions. En la capa física hi ha definits els senyals i els medis utilitzats per transmetre aquests senyals.

Ethernet

Gran part del tràfic d’Internet s’origina i finalitza en connexions d’Ethernet. De fet, la tecnologia Ethernet ha esdevingut la tecnologia LAN amb més presència arreu del món. Per explicar l’èxit de la tecnologia Ethernet s’han de citar els principals factors d’influència:

  • La seva senzillesa i facilitat de manteniment.
  • La capacitat per incorporar noves tecnologies.
  • L’alt grau de confiança que proporciona.
  • El baix cost d’instal·lació i actualització.

Configuració i conceptes bàsics de commutació

El reconeixement a escala mundial de la norma Ethernet va arribar l’any 1985 quan el Comitè de Normalització per les Xarxes Locals i Metropolitanes de l’Institut d’Enginyers Elèctrics i Electrònics (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers) va publicar i estandarditzar la norma.

Cal destacar que les normes IEEE per les xarxes d’àrea local tenien com a nomenclatura el número 802. A les normes basades en l’Ethernet se’ls va assignar la nomenclatura 802.3.

Regles per als noms Ethernet IEEE

Quan citem el terme Ethernet ens estem referint a tota una família de tecnologies de xarxa que inclouen l’Ethernet: el Fast Ethernet (o Ethernet ràpid), el Gigabit Ethernet (o Gig-E) i l’Ethernet a 10 GB (o 10G).

Arribats a aquest punt, és important destacar el volum d’informació que proporciona la nomenclatura de les diferents tipologies de l’Ethernet. Per exemple, prenent com a base la nomenclatura de l’Ethernet original (10BASE-T), podem veure tota la informació que proporciona. En aquest cas, la paraula BASE fa referència a la modulació del senyal utilitzat (banda base) i la lletra indica el tipus de medi utilitzat, en què T vol dir cable de parell trenat sense pantalla protectora i el valor numèric 10 indica la velocitat de transferència, 10 Mbps (10 megabits per segon).

ic10m5u1_32.png

Tal com mostra l’exemple de dalt, les diferents tipologies de l’Ethernet tenen una doble nomenclatura, això és, una de descriptiva i una altra que és assignada per part de l’IEEE.

Cal destacar que les diferents tipologies d’Ethernet ajuden a entendre la capacitat d’adaptabilitat d’aquesta tecnologia, atès que s’adapta força bé als canvis en la quantitat d’ordinadors, en els medis físics i en l’amplada de banda. Així per exemple, un paquet d’informació Ethernet pot sortir des d’una targeta d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) de 10 Mbps de cable coaxial d’un ordinador, accedir a un enllaç de fibra òptica de 10 Gbps i acabar passant per un cable parell trenat i arribar a una targeta d’interfície de xarxa de 100 Mbps.

IEEE 802.3/Ethernet i el model de referència OSI

Tant en l’Ethernet com en l’IEEE 802.3 la capa d’enllaç de dades del model de referència OSI es divideix en dues subcapes:

  • Control d’accés al medi (MAC, media access control). Aquesta capa defineix el mode en què es transmeten les trames pel fil físic. Manipula l’adreçament físic associat a cadascun dels dispositius, la definició de la topologia de la xarxa i la disciplina de la línia.
  • Control d’enllaç lògic (LLC, logical link control). Defineix el mode en què les dades són transferides pel medi físic i proporciona serveis a les capes superiors. Aquesta subcapa s’encarrega del control d’errors, el control de flux i com s’encapsula la informació.

IEEE 802.3 és, actualment, la implementació Ethernet més freqüent.

Adreçament MAC

Per permetre la distribució local de trames a l’Ethernet, hi ha d’haver un sistema d’adreçament, això és, una modalitat per anomenar els ordinadors i les interfícies. De fet, cadascun dels ordinadors té un únic mode d’identificar-se i, pel que fa a la xarxa, té una adreça física. És important, doncs, recordar que en l’àmbit de la xarxa no hi pot haver dues adreces físiques iguals. De fet, l’adreça física s’ubica en la targeta d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) amb el nom control d’accés al medi (MAC, media access control).

L’Ethernet utilitza les adreces MAC per identificar únicament els dispositius a títol individual. De fet, cadascun dels dispositius presents en una xarxa d’àrea local amb una targeta d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) ha de tenir assignada una adreça MAC. En cas contrari, els altres dispositius no es podrien comunicar amb aquests dispositius.

ic10m7u1_22.png

Si ens centrem en l’estructura de l’adreça MAC (figura 2.9), veurem que té una longitud de 48 bits, on els sis primers dígits estan administrats per l’IEEE, això identifica el fabricant i distribuïdor i s’anomena identificador únic de l’organització (OUI, organizationally unique identifier). La resta dels dígits comprenen el número de sèrie de la interfície o bé qualsevol altre valor administratiu d’un distribuïdor específic. A grans trets, podem identificar l’adreça MAC com el número de bastidor present en un cotxe. Amb tot, cal destacar que l’adreça MAC és única a tot el món.

Mentre els paquets d’informació circulen per la xarxa, les targetes d’interfície de xarxa (NIC, network interface card) verifiquen si l’adreça MAC inserida en la trama d’informació es correspon amb la seva adreça MAC.

En cas que es doni aquesta coincidència, la NIC verifica l’adreça de destinació present en la capçalera de la trama i decideix si accepta o no aquesta trama.

Quan les dades són lliurades al destinatari, la NIC corresponent treu les dades de “l’embolcall” i les lliura a l’ordinador perquè les processi mitjançant els protocols de capa superior com, per exemple, l’IP i el TCP.

Trames Ethernet

L’acció d’embolcallar la informació per transmetre en trames es basa en la inclusió d’un ventall d’afegits que ajuden a reafirmar els paràmetres de seguretat i d’integritat necessaris per a la comunicació. Aquest ventall d’afegits proporciona informació tan rellevant com el reconeixement dels errors apareguts durant la comunicació, on estan situades les dades dins de la trama o bé quins són els dispositius que s’estan comunicant.

L’acció d’embolcallar la informació en forma de trames es produeix en la capa 2 del model de referència OSI.

El concepte de trama com a seqüència d’informació implica imaginar una llarga cadena de dígits en què cadascun d’aquests dígits té una funció preestablerta. Val a dir que aquestes funcions s’assignen a grups predefinits de bytes dins de la trama en seccions seqüencials anomenades camps.

ic10m5u1_40.png

Per al funcionament correcte de la transmissió dels paquets d’informació, cadascun dels camps que formen la trama té una funció concreta que l’ordinador emissor sap com definir i que el receptor sap com interpretar.

  • Camp d’inici de trama (A). Quan els ordinadors estan connectats a un medi físic necessiten un mecanisme que els ajudi a difondre els seus missatges o, a grans trets, avisar de l’enviament d’una trama. És per això que, prenent el símil de les banderes que hi ha en el frontal d’un cotxe diplomàtic, totes les trames tenen una seqüència inicial de bytes de senyalització que avisa de la seva arribada.
  • Camp d’adreça (B). Totes les trames contenen informació que permet identificar-les, com, per exemple, l’adreça de l’ordinador que envia la informació, això és, l’adreça MAC i l’adreça MAC de l’ordinador de destinació.
  • Camps de longitud i tipologia (C). Les trames tenen camps especialitzats amb diferents finalitats en funció de la tecnologia utilitzada. Per exemple, aquest camp es pot utilitzar per indicar quin protocol de la capa 3 del model de referència OSI s’ha utilitzat o bé per especificar-hi la longitud exacta de la trama.
  • Camp de dades (D). El principal motiu pel qual s’envien trames és per obtenir les dades de la capa superior, això és, les dades de l’aplicació de l’usuari i enviar-les d’un ordinador a un altre. Com si d’una carta es tractés, dins del sobre, en aquest cas l’embolcall que ha esdevingut la trama, hi ha el missatge que es vol enviar (les dades).
  • Camp de seqüència de verificació de trama (FCS, frame check sequence) (E). Considerant en quin grau són susceptibles als errors les trames i els camps continguts, és necessari establir un paràmetre que verifiqui la integritat de la trama. De fet, el camp de seqüència de verificació de trama conté un número que és el resultat d’un càlcul realitzat per l’ordinador que envia la trama. Quan l’ordinador destinatari rep la trama, torna a calcular el número FCS i el compara amb el número FCS inserit dins de la trama. En cas que ambdós números no coincideixin, s’assumeix l’error i la trama és descartada.

L’esquema més senzill per detectar errors es basa en la paritat, això és, afegir un bit que indica si el nombre de bits de valor 1 en les dades que el precedeixen és parell o imparell.

Si un sol bit canvia per error durant la transmissió, el missatge canvia de paritat i l’error es pot detectar (sempre que l’error no es produeixi en el bit de paritat). Un valor de paritat d’1 indica que hi ha un nombre imparell d’uns dins de les dades. Un valor de paritat 0 indica que hi ha un nombre parell d’uns dins de les dades.

Trames Ethernet IEEE 802.3

És important tractar el tipus de trama que hi ha en les xarxes Ethernet actuals, això és, la trama bàsica Ethernet IEEE 802.3. A diferència d’una trama genèrica, la trama bàsica Ethernet IEEE 802.3 presenta un nombre de camps distribuïts més elevat, en aquest cas, en octets.

Els diferents camps que formen la trama bàsica Ethernet IEEE 802.3 tenen una missió definida per part de l’ordinador emissor perquè siguin interpretats per l’ordinador receptor. Qualsevol canvi en el contingut d’aquests camps pot variar la interpretació correcta de la trama.

ic10m7u1_24.png

1. Preàmbul. Amb la intenció de presentar tot tipus de compatibilitat, aquest camp conté un patró de set octets de longitud on s’alternen l’1 i el 0 per indicar l’inici de la trama.

2. Delimitador de trama d’inici (SFD). Aquest camp marca el punt final de la informació de sincronització de temps.

3. Adreça de destinació. Aquest camp conté els sis octets de l’adreça MAC destinació. En aquest cas, és important destacar que hi ha tres tipus d’adreces, això és, d’unidifusió (per enviar d’un punt a un altre punt), multidifusió (per enviar d’un punt a grups de punts) i, per últim, adreça de difusió (d’un punt a tots els altres).

4. Adreça d’origen. Aquest camp conté els sis octets de l’adreça MAC d’origen.

5. Longitud/tipus. En cas que el valor inserit sigui més petit que el valor decimal 1536, el valor fa referència a la longitud. En cas contrari, el valor especifica el protocol de la capa superior que rep les dades un cop que s’hagi completat el processament Ethernet.

6. Dades i farcit. Aquest camp pot esdevenir de qualsevol longitud que no provoqui que la trama excedeixi la seva grandària màxima. De fet, la unitat màxima de transmissió (MTU, maximum transmission unit) per l’Ethernet és de 1.500 octets, és a dir, la grandària que no poden excedir les dades. De fet, en cas de necessitat, s’acostuma a aplicar la tècnica del farcit de bits (bit stuffing) quan no hi ha prou dades de l’usuari perquè la trama assoleixi la seva longitud màxima.

7. Seqüència de verificació (FCS, frame check sequence). Aquesta seqüència conté el codi de redundància cíclica (CRC, cyclic redundancy check), això és, el valor resultant d’un càlcul per la detecció d’errors en la trama realitzat per part del dispositiu emissor. És en el moment de la recepció quan el dispositiu receptor torna a fer aquest càlcul de verificació per comprovar la integritat de la trama i la inexistència de possibles errors. En el cas que el càlcul realitzat coincideixi amb el valor inserit en la trama, la trama seria acceptada. En cas contrari, el dispositiu receptor la rebutjaria.

Control d'Accés al medi

El control d’accés al medi (MAC, media access control) fa referència als protocols que decideixen a quin ordinador es permet transmetre dades.

A l’hora de parlar del control d’accés al medi (MAC, media access control) és important citar les dues categories existents, això és, les deterministes (per torns) i les no deterministes (a grans trets, “el primer que arriba esdevé el primer a ser servit”).

Protocols MAC deterministes

Els protocols MAC deterministes utilitzen una modalitat basada en la creació de torns. Un exemple d’aquests torns es fonamenta en la transmissió de testimonis (tokens).

La tècnica de la transmissió de testimonis es fonamenta en un costum propi de les tribus d’indis nadius americans que, durant les seves reunions, es passaven el testimoni. De fet, aquell que tenia a les mans el “bastó” era escoltat per tothom fins que finalitzava el seu parlament, moment en què el testimoni es passava a una altra persona.

Hi ha un protocol d’enllaç de dades, que rep el nom d’anell de testimoni (token ring), en què els ordinadors que estan connectats a la xarxa es distribueixen en forma d’anell. És per aquest anell per on circula un testimoni (token) de dades especials que és pres temporalment per l’ordinador que vol transmetre dades. Un cop ha finalitzat la transmissió de dades, l’ordinador deixa lliure el testimoni perquè torni a circular per l’anell i pugui ser pres per un altre ordinador.

ic10m5u1_43.png

Protocols MAC no deterministes

Els protocols MAC no deterministes utilitzen la premissa “el primer que arriba esdevé el primer a ser servit” (FCFS, first-come, first-served) com, per exemple, l’accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions (CSMA/CD, carrier sense multiple access/collision detect).

Aquest tipus de protocol és el que fa servir Ethernet, atès que permet que els dispositius de xarxa esdevinguin els responsables d’administrar el seu dret a transmetre. De fet, la mecànica es fonamenta en el fet que les estacions d’una xarxa CSMA/CD escoltin quin és el millor moment per transmetre. Malgrat tot, en cas que dues estacions transmetin alhora es produeix una col·lisió i cap de les transmissions de les estacions té éxit.

En el moment en què les estacions de la xarxa senten que hi ha hagut una col·lisió, esperen en silenci, és a dir, a partir d’una ordre per torns, les estacions transmissores esperen un període de temps aleatori abans de transmetre. Aquesta espera per part de les estacions permet que no hi hagi una segona col·lisió.

Ethernet MAC

L’Ethernet és una tecnologia de difusió basada en la compartició del medi en què el mètode d’accés utilitzat és l’accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions (CSMA/CD, carrier sense multiple access/collision detect). Val a dir que aquesta tecnologia de difusió du a terme tres funcions fonamentals:

1. Transmetre i rebre paquets de dades.

2. Descodificar paquets de dades i comprovar la validesa de les adreces abans de passar-los a les capes superiors del model de referència OSI.

3. Detectar els errors que hi puguin haver en la xarxa o en els mateixos paquets que es transmeten.

En el mètode d’accés múltiple amb detecció de portadora i detecció de col·lisions (CSMA/CD, carrier sense multiple access/collision detect), els dispositius de la xarxa treballen “escoltant abans de transmetre” (CS, carrier sense), és a dir, quan un dispositiu vol enviar dades, en primer lloc comprova si el medi està ocupat. En cas que estigui lliure, el dispositiu comença a transmetre les dades, tot i que mentrestant el dispositiu continua escoltant per confirmar que cap altra estació també estigui transmetent dades. En cas que es doni aquesta situació, es podria produir una col·lisió. En cas contrari, el dispositiu finalitza la transmissió i torna a la modalitat d’oient.

ic10m5u1_44.png

Ethernet 10, 100 i GigabitEthernet

L’Ethernet és una norma de xarxa que, juntament amb els seus protocols associats IEEE 802.3, ha esdevingut una de les normes més importants del món. Això va comportar una important evolució pel que fa a les xarxes d’àrea local actuals.

Dins del gran ventall d’especificacions pròpies de l’Ethernet és força interessant centrar l’atenció (i descriure) les tipologies més rellevants. A mode introductiu, cal destacar que la popularitat de l’Ethernet va començar mitjançant el cable coaxial gruixut (10Base5), tot i que, davant les dificultats a l’hora de manipularlo, es va tendir a treballar amb el cable coaxial prim (10Base2), atès que la seva manipulació era molt més senzilla.

ee10m4u1_57.png

Aprofitant aquesta tendència cap a la senzillesa d’instal·lació i manipulació (sense oblidar la reducció corresponent de les despeses econòmiques), es va acabar introduint el 10BaseT basat en els cables parells trenats sense apantallar (UTP, unshielded twisted pair).

La potència, la versatilitat i el baix cost del 10BaseT va coincidir amb una explosió en el nombre d’usuaris de xarxa i d’Internet, i en la complexitat de les aplicacions. De fet, l’augment de la sol·licitud d’amples de banda més grans es va traduir en l’aparició de l’Ethernet ràpid (Fast Ethernet), això és, un conjunt d’estàndards de l’IEEE per a xarxes Ethernet de 100 Mbps.

Versions de l’Ethernet a 10 Mbps

Les implementacions 10Base5, 10Base2 i 10BaseT de l’Ethernet es poden considerar implementacions heretades de l’Ethernet. De fet, malgrat aquesta evolució, cal destacar que hi ha algunes coses que no han variat, com ara les següents:

  • Els paràmetres de temporització.
  • El format de la trama.
  • El procés de transmissió.
  • Una regla de disseny bàsica.

El format de la trama és comú en les tres tipologies (10Base5, 10Base2 i 10BaseT) i, a més, el procés de transmissió Ethernet és idèntic fins a la part inferior de la capa física del model de referència OSI (open system interconnection).

Versions de l’Ethernet a 100 Mbps

L’Ethernet ràpid o d’alta velocitat és el nom que s’atorga a una sèrie d’estàndards de l’IEEE de les xarxes Ethernet a 100 Mbps. Aquesta tecnologia va sorgir davant la necessitat de tenir una velocitat més elevada en les xarxes, atès que la important grandària dels arxius transmesos provocava importants problemes de retràs en les xarxes.

Alguns dels factors que van esdevenir bàsics a l’hora d’implementar l’Ethernet ràpid van ser els següents:

  • L’increment de les velocitats dels processadors.
  • L’important augment dels usuaris de les xarxes.
  • La necessitat de tenir alts nivells d’amplada de banda per part de les noves aplicacions.

Gigabit Ethernet

Tot i que la tecnologia Ethernet ràpid va esdevenir una de les millores més importants de la tecnologia Ethernet, va haver-hi una important progressió amb la instauració de la tecnologia Gigabit Ethernet. De fet, la Gigaethernet és la principal representant dels avenços de l’enginyeria i de la capacitat del mercat, atès que és una xarxa 100 vegades més ràpida que, per exemple, una xarxa basada en la tecnologia 10BaseT.

Cal destacar que la tecnologia Gigaethernet és deu vegades més ràpida que la tecnologia ràpida, això és l’Ethernet ràpid (Fast Ethernet). Amb tot, aquest increment de la velocitat implica una sèrie de requeriments com, per exemple, la duració més curta del temps d’enviament dels bits (1 na nosegon) i una major vigilància davant la seva alta susceptibilitat envers el soroll.


Amb l’arribada de la Gigaethernet, allò que va començar com una tecnologia pròpia de les xarxes d’àrea local (LAN, local area network), es va estendre a grans distàncies que van fer que la tecnologia Ethernet esdevingués un estàndard de xarxa pròpia d’àrees metropolitanes (MAN, metropolitan area network) i d’àrees molt més àmplies (WAN, wide area network).

Regla 5-4-3

Davant la necessitat que té un ordinador d’escoltar si les trames Ethernet que ha anat enviant han patit algun tipus de col·lisió abans de finalitzar la transmissió, es van establir uns límits de grandària per a les xarxes Ethernet a 10 Mbps. Per dictar els principals paràmetres d’aquesta limitació es va establir una regla que els englobés tots, això és, la regla 5-4-3.

Bàsicament, la regla 5-4-3 limita la utilització dels repetidors mitjançant l’establiment de la premissa “entre dos equips de xarxa no hi pot haver més de quatre repetidors i cinc segments de cable”. Amb tot, solament tres segments poden tenir connectats dispositius que no siguin aquests repetidors mateixos, és a dir, solament dos dels cinc segments utilitzats es poden dedicar a la interconnexió entre repetidors. De fet, tal com mostra la figura següent, un dels camins traçats des dels ordinadors menys allunyats passa per tres segments de cable i dos repetidors i, per tant, compleix la regla 5-4-3.

ic10m5u1_47.png

Un exemple de xarxa mal dissenyada és la que es mostra en la figura següent, on trobem cinc repetidors que actuen com a concentradors connectats amb una topologia d’arbre. De fet, es mostra com una de les rutes traçades entre els dos ordinadors més allunyats passa per cinc repetidors i sis segments de cable. Aquesta xarxa, però, no funcionaria de manera adient, ja que el retard introduït per part dels repetidors seria massa alt.

ic10m5u1_48.png

Tipus d’enllaç (símplex, semidúplex i dúplex)

Les modalitats en què es transmeten les dades per un medi físic són tres. La modalitat símplex es basa en la transmissió de les dades en un únic sentit. En el cas de les modalitats semidúplex i dúplex, les dades es poden transmetre en tots dos sentits, però, en el cas de la modalitat semidúplex, la transmissió en dos sentits s’ha de fer per torns.

Prenent l’exemple de la transmissió de la ràdio o la televisió, és possible comprendre la modalitat de transmissió de dades símplex en què les dades solament viatgen en un únic sentit.

En el cas de la modalitat de transmissió de dades semidúplex, el tràfic de dades pot viatjar en tots dos sentits, però complint la condició que les transmissions no es facin alhora. En aquest cas, un exemple molt clar per explicar aquesta modalitat de transmissió són els transceptors de ràdio portàtils, és a dir, els transceptors portàtils.

La modalitat de transmissió de dades dúplex es fonamenta en la possibilitat de transmetre el trànsit de dades en tots dos sentits i al mateix temps.

Des del punt de vista de l’Ethernet dúplex, no hi ha cap mena de col·lisió, atès que la tecnologia de commutació crea un circuit virtual de dues estacions punt a punt, o bé mitjançant petits segments quan dos dispositius s’han de comunicar. A tall d’exemple, podem destacar la comunicació mitjançant el telèfon com un clar exemple d’una transmissió de dades en modalitat dúplex.

Dispositius de xarxa

Targetes de xarxa

La targeta de xarxa és un dispositiu bàsic per a la instal·lació d’una lan, anomenada també NIC (targeta d’interfície de xarxa o network interface card). La targeta du a terme les funcions d’intermediària entre l’element que s’ha de connectar a la xarxa (ordinador, impressora, etc.) i la xarxa de comunicacions.

La targeta de xarxa porta gravats els protocols de comunicacions necessaris per comunicar les capes física, d’enllaç de dades i de xarxa.

La connexió de la targeta o placa a l’ordinador es fa per una ranura d’expansió clavada a la placa base de l’ordinador. Aquestes ranures poden ser ISA, PCI o PCMCIA, encara que actualment hi ha plaques base que ja porten incorporada la placa de xarxa.

Les funcions d’una targeta per transmetre informació al medi són:

  • Mirar la configuració del sistema, per saber la velocitat de transmissió, i la grandària de la memòria intermèdia (buffer).
  • Convertir el flux de bits que li arriba en paral·lel del bus de l’ordinador en una seqüència sèrie.
  • Codificar la seqüència de bits en sèrie en un senyal elèctric adequat.

La instal·lació i configuració d’una placa de xarxa depèn del sistema operatiu. És un dispositiu de capa 2 –enllaç de dades–, ja que fa un control d’accés al medi. Per poder enviar localment trames en una Ethernet, hi ha un sistema d’adreçament que identificarà les plaques de xarxa i els ordinadors de manera única.

Cada placa de xarxa té una adreça o codi únic anomenada MAC de 48 bits de llargada que s’escriuen hexadecimalment, i per això solament té dotze dígits. Dels dotze dígits hexadecimals, els sis primers els assigna l’IEEE i identifiquen el fabricant. Aquest tros d’adreça MAC s’anomena identificador exclusiu organitzacional (OUI).

Els sis dígits hexadecimals següents representen i identifiquen de manera única la targeta: és un número de sèrie que posa el fabricant de la xarxa. Aquesta adreça, que és única a tot el món, està gravada a la ROM de la targeta, però es copia a la RAM quan posem en marxa l’ordinador i s’inicialitza la placa.

Hi ha diversos tipus de targetes, depenent del tipus de xarxa on la volem instal·lar i el tipus de cablatge que emprarem. Normalment no són compatibles les targetes per a xarxes Ethernet i les targetes per a xarxes en anell de testimoni.

Veurem les característiques bàsiques d’algunes xarxes Ethernet:

  • Targetes 10 base 5: utilitzen cable coaxial gruixut. També es denomina Thick Ethernet.
  • Targetes 10 base 2: utilitzen cable coaxial fi, normalment l’R6-58 o R6-59.
  • Targetes 10 Broad 36: utilitzen cable coaxial de banda ampla.
  • Targetes 10 base T: accepten l’RJ-45 a 10. Cable de quatre parell de fils. Configura l’Ethernet com una estrella.
  • Targetes 100 base T: arriben als 100 Mb, i utilitzen també l’RJ-45 i UTP

categoria 5.

  • Targetes 1000 base T: per arribar a 1.000 Mbps necessiten cables superiors als de categoria 5, per exemple els de categoria 5 millorada (categoria 5e). A més, les distancies de cables han de ser molt més reduïdes. És la base de la tecnologia Gigabit Ethernet.

Les targetes de xarxes, un cop instal·lades, cal configurar-les. La majoria de targetes utilitzen tecnologia d’integració automàtica o plug and play (el sistema operatiu les detecta i ja funcionen). Si no queden correctament instal·lades, o no tenen aquesta tecnologia, cal instal·lar-les manualment amb els programes de control –controladors– específics de la targeta que facilita el fabricant de la xarxa.

targeta+de+xarxa111.jpg

Repetidors

Els repetidors són dispositius de xarxa de capa 1 –física– en el model de referència OSI.

ic10m5u1_59.png

Quan les dades es transmeten pel mitjà, s’anomenen senyals i poden ser elèctriques, polsos de llum o microones. A mesura que avancen pel medi, es deterioren i es debiliten, i el repetidor regenera i reenvia els senyals de xarxa a nivell de bits amb la finalitat de recórrer distàncies més llargues. Normalment només tenen dos ports (connexions per al cablatge).

Concentradors (Hub)

Quan els concentradors –hubs– o repetidors multiport reben un senyal en un port, es copia a tots el ports del concentrador, de manera que tots els elements de la xarxa reben els senyals. Regeneren i reenvien els senyals de xarxa com un repetidor, són el punt de connexió per als diversos elements de la xarxa. Són elements de capa 1 (física). Normalment tenen vuit, setze o vint-i-quatre ports.

ic10m5u1_60.png

Un concentrador pot portar endollats elements de xarxa (ordinadors, impressores, etc.) i altres concentradors, dels quals penjaran ordinadors i més concentradors.

Com que tots els elements de la xarxa estan connectats al mateix medi físic, i els senyals que envia un element arriben a tots els altres, de vegades es produeixen col·lisions. Una col·lisió es produeix quan dos bits es propaguen al mateix temps per la mateixa xarxa. L’àrea de la xarxa en què es produeix la col·lisió s’anomena domini de col·lisió o domini d’amplada de banda. Si tenim una xarxa formada per ordinadors, concentradors i repetidors, tots els elements són al mateix domini de col·lisió.

Aquests dispositius no reconeixen informació als senyals, ni adreces ni dades.

Quan tenim una xarxa sense fils, el perifèric que fa les funcions de concentrador s’anomena punt d’accés.

El punt d’accés actua com un concentrador en transmetre la informació rebuda a tots els dispositius sense fils i al troncal –backbone– de la xarxa.

Es pot instal·lar més d’un punt d’accés en una àrea on hi ha més traspàs de dades, o per cobrir zones més àmplies. Un punt d’accés pot transmetre i rebre senyals en un radi de cent a tres-cents metres dins d’un edifici segons els model, i fins a 9,6 km utilitzant antenes externes amb una línia directa de visió.

Un pont Ethernet sense fils pot ubicar lliurement qualsevol recurs a la xarxa, pràcticament en qualsevol lloc.

Quan la distància entre dos concentradors és massa gran, o volem evitar dominis de col·lisió, es pot instal·lar un pont (bridge).

Un pont és un dispositiu de capa 2 –enllaç de dades– que crea dos segments de xarxa. Cada segment tindrà un domini de col·lisions diferents, cosa que fa que s’aprofiti més l’amplada de banda.

Els ponts també s’utilitzen per interconnectar xarxes de diferents topologies i diferents protocols a escala de MAC, per exemple una Ethernet i una xarxa en anell de testimoni: en aquest cas, el pont tindrà connectors diferents a cada costat de la xarxa. El pont controla quines adreces MAC pertanyen a cada segment de xarxa i crea unes taules d’adreces MAC, a partir de les quals pren decisions. La figura mostra dos segments de xarxa interconnectats per un pont.

La funció principal d’un pont és filtrar les trames de capa 2, sense haver-se d’ocupar dels protocols de xarxa, fent els passos següents:

  • Quan li arriben les dades compara l’adreça MAC de destinació amb les adreces MAC de la seves taules.
  • Si decideix que l’adreça MAC de destinació és del mateix segment de xarxa, no envia les dades a la resta de segments, procés que s’anomena filtratge. Així es redueix el trànsit entre la resta de segments.
  • Si decideix que l’adreça MAC és d’un altre segment, l’envia al segment al qual pertany.
  • Si decideix que és desconeguda, l’envia i la difon a tots els segments, procés que s’anomena inundació –flooding.

Una difusió és un paquet enviat a tots els elements dels diferents segments de la xarxa. Són al mateix domini de difusió els elements de la xarxa al voltant d’un pont que reben el paquet.

ic10m5u1_63.png

Commutadors (switchs)

Els commutadors són elements de capa 2 –enllaç de dades– que regeneren el senyal i el difonen basant-se en les adreces MAC, similar als ponts. Actualment substitueixen els concentradors. La commutació es fa al maquinari, com si fes un pont entre els dos ports commutats, de manera que aprofita tota l’amplada de banda. Això s’anomena microsegmentació.

Els commutadors amb tecnologia dúplex (full-duplex) no tenen col·lisions, però tots els elements són al mateix domini de difusió. Actualment hi ha commutadors de gamma alta que funcionen amb mode multicapa i són capaços d’executar funcions de capa 3.

Encaminadors (routers)

Els encaminadors són uns dispositius de capa 3 –xarxa– que s’utilitzen per interconnectar xarxes que treballen en xarxes diferents. Els protocols de comunicació de les diferents xarxes han de ser iguals i compatibles; a les capes superiors, els nivells inferiors 1 i 2 poden diferir sense afectar l’encaminament.

La seva funció bàsica és dirigir els paquets que rep fins a la seva destinació després d’haver trobat la millor ruta. Quan rep un paquet, extreu l’adreça del destinari i decideix la millor ruta a partir de l’algorisme i la taula d’encaminament que utilitzi. Un encaminador disposa de les seves adreces pròpies a escala de xarxa.

Altres elements

La tecnologia cada vegada ofereix més prestacions i serveis, és per això que el mercat té nous dispositius per instal·lar als ordinadors o a la xarxa. Tot seguit en veurem algun:

  • Veu: telefonia sobre IP. Els telèfons es connecten a la xarxa, i es poden comunicar entre ells i amb l’exterior per mitjà d’una operadora. La comunicació entre els telèfons de la xarxa és de cost zero.
  • Mòdem cable: s’utilitza per connectar l’equip a les xarxes de cable coaxial. Es pot tractar també d’un dispositiu que funciona com a pont o encaminador.
  • Mòdem: és un dispositiu que permet a un ordinador enviar i rebre informació per mitjà de la xarxa telefònica commutada, que transmet senyals analògics. Un mòdem pot ser intern –connectat a les ranures d’expansió de la placa base– o extern –connectat per mitjà del port en sèrie o USB. Per a la transmissió de la informació a través de mòdem, hi ha gran quantitat d’estàndards, a causa dels avenços que han permès l’augment de la velocitat de transmissió.

Transmissió de dades

El senyal que transporta les dades entre un emissor i un receptor sempre es propaga a través d’un medi de transmissió

Els medis de transmissió es poden classificar com a guiats i no guiats. Els medis guiats són els medis per on els senyals que transporten la informació circulen confinats dins el medi, per exemple els senyals elèctrics en els cables o els senyals òptics en la fibra òptica. Contràriament, els medis no guiats són el medis en què els senyals es propaguen sense estar limitats, per exemple les ones electromagnètiques de ràdio en la propagació per l’aire o pel buit, en les xarxes sense fils.

Un senyal elèctric és una variació de corrent elèctric o tensió elèctrica que s’utilitza per transmetre informació.

Es diu que un medi de transmissió guiat és punt a punt si proporciona un enllaç directe entre els dos únics dispositius que comparteixen el medi. Si el mateix medi guiat és compartit per més d’un dispositiu es diu que és multipunt.


El terme senyal de transmissió de dades fa referència a una informació que es trasllada per un medi de transmissió transformat en un senyal conformat per polsos elèctrics, lluminosos o electromagnètics o en forma de modulacions, sobre senyals elèctrics, lluminosos o electromagnètics.

Tipus de senyals

Un senyal digital és un senyal en què les magnituds es representen mitjançant valors discrets en lloc de variables contínues.

Un valor discret és aquell que es pot representar per un conjunt de valors de dos estats, per exemple, l’interruptor de la llum només pot prendre dos valors o estats: obert o tancat, o el mateix llum: encès o apagat. Un senyal digital es transmet habitualment com un senyal per polsos.

Un senyal analògic és qualsevol senyal continu en temps i amplitud, les variacions dels valors del senyal són les variacions de la informació del senyal. Un senyal analògic es transmet habitualment en forma de modulació.

Amplada de banda digital

L’amplada de banda és la quantitat d’informació que circula des d’un emissor fins a un receptor en un temps determinat.

Amplada de banda
NUnitat d’amplada de banda Unitat de mesura Equivalència
Bit per segon bps 1 bps = unitat d’amplada de banda
kilobit per segon kbps 1 kbps = 1.000 bps
Megabit per segon Mbps 1 Mbps = 1.000.000 bps
Gigabit per segon Gbps 1 GBps = 1.000.000.000 bps


Un bit és la unitat mínima per mesurar la quantitat d’informació, i un segon és la unitat mínima per mesurar el temps. Per tant, si volem mesurar la quantitat d’informació que circula en un període determinat de temps, utilitzarem bits per segon (bps), que és la unitat d’amplada de banda.

L’amplada de banda és un element molt important a les xarxes, molt semblant a la importància de l’amplada d’una canonada d’aigua, o a la quantitat de carrils d’una carretera. En els tres casos, l’amplada és finita: una canonada té l’amplada del tub i si no canviem el tub, no tenim més amplada. Si una carretera té dos carrils, només poden passar dos cotxes a la vegada, i si es vol que passin tres cotxes, cal fer-hi obres i construir-ne un altre. L’amplada de banda també és finita.

Quan es parla de rendiment d’una xarxa ens referim a l’amplada de banda, calculada en un moment determinat i utilitzant una ruta concreta en baixar un arxiu específic. El rendiment sempre té un valor més petit que l’amplada de banda digital, cosa que és deguda als tipus de dispositius de xarxes emprats, als tipus de dades que es transfereixen, a la topologia de la xarxa, a la quantitat d’usuaris, als tipus d’ordinadors i servidors i als factors elèctrics i climàtics.

En dissenyar una xarxa, és molt important tenir en compte l’amplada de banda de cada medi físic (que es detallen a continuació), ja que la rapidesa màxima d’una xarxa depèn del mitjà utilitzat.

Amplada de banda de diferents medis físics
Medis típics Amplada de banda màxim teòric Distancia màxima teòrica
Cable coaxial de 50 ohms (Ethernet 10BASE2, Thinnet) 10 Mbps 185 m 10 Mbps 185 m
Cable coaxial de 50 ohms (Ethernet 10BASE5, Thicknet) 10 Mbps 500 m 10 Mbps 500 m
Cable de parells trenats no blindats de categoria 5 (UTP) (Ethernet 10BASE-T) 10 Mbps 100 m 10 Mbps 100 m
Cable de parells trenats no blindats de categoria 5 (UTP) (Ethernet 100BASE-TX) 100 Mbps 100 m
Cable de parells trenats no blindats de categoria 5 (UTP) (Ethernet 1000BASE-TX Ethernet) 1.000 Mbps 100 m
Fibra òptica multimode (62,5/125 um) (100BASE-FX Ethernet) 100 Mbps 2.000 m
Fibra òptica multimode (62,5/125 um) (1000BASE-SX Ethernet) 1.000 Mbps 220 m
Fibra òptica multimode (50/125 um) (1000BASE-SX Ethernet) 1.000 Mbps 550 m
Fibra òptica monomode (9/125 um) (1000BASE-LX Ethernet) 1.000 Mbps 5.000 m

Mitjans físics de transmissió

Una vegada creats els senyals que ens permeten la transmissió de la informació, cal un mitjà físic perquè els senyals es desplacin des de l’emissor fins al receptor. Aquest mitjà físic pot ser de diferent naturalesa, i la xarxa resultant es classificarà d’acord amb aquesta.

Els materials a través dels quals flueix el corrent presenten diferents graus d’oposició –o resistència– al moviment dels electrons. El grau de resistència depèn de la composició química dels materials: aquells que presenten molt poca o cap resistència s’anomenen conductors, mentre que aquells que no deixen que el corrent flueixi o el restringeix s’anomenen aïllants. Amb la lletra R representem la resistència. La unitat que mesura la resistència és l’ohm (Ω).

Els tipus principals de medis físics són:

  • El cablatge de coure.
  • El cablatge de fibra òptica.
  • La mateixa atmosfera, usada en transmissions sense cable, mitjançant radiofreqüències, satèl·lits, etc.

Generalment, en xarxes LAN, s’usa cablatge de coure, en les seves diferents modalitats, per a la unió d’elements de xarxa, i es reserva l’ús de cablatge de fibra òptica per a la unió de nodes principals (backbone).

ic10m5u2_01.png

Cablatge de coure

El cablatge de coure és el mitjà més comú d’unió entre dispositius en xarxes locals. Tenim:

  • Cable coaxial
  • Cable de parells trenats blindats STP.
  • Cable de parells trenats blindats ScTP.
  • Cable de parells trenats no blindats UTP.

Cable coaxial

Podem trobar dues varietats de cable coaxial en el mercat: prim i gruixut. Els connectors per al cable coaxial s’anomenen BNC.

ic10m5u2_02.png

L’estructura del cable coaxial, consta d’un fil de coure central embolcallat per un aïllament de plàstic. L’aïllant està voltat per una malla trenada, i aquesta coberta per un revestiment exterior aïllant.

Les característiques generals del cable coaxial són:

  • Velocitat i taxa de transferència 10-100 Mbps.
  • Cost: econòmic.
  • Mida dels medis i dels connectors: mitjà.
  • Longitud màxima del cable: 500 metres

ic10m5u2_03.png

Per a les LAN, el cable coaxial ofereix diversos avantatges: es poden realitzar esteses entre nodes de xarxa a distàncies més grans que amb altres tipus de cables (uns cinc-cents metres), sense que calgui utilitzar tants repetidors; és més econòmic que el cable de fibra òptica; i la tecnologia és summament coneguda. Malgrat que s’ha usat durant molts anys per a tota mena de comunicacions de dades, avui en dia ha deixat pas a la fibra òptica.

El cable de diàmetre més gran cable coaxial gruixut o RG-8 es denomina 10 BASE5 i es va especificar per usar-lo com a cable de backbone d’Ethernet perquè les característiques de longitud de transmissió i limitació del soroll són millors.

A causa del seu diàmetre, aquest tipus de cable pot ser massa rígid per poder-se instal·lar amb facilitat en algunes situacions. La regla pràctica és: com més difícil és instal·lar els mitjans de xarxa, més cara resulta la instal·lació.

El cable coaxial està marcat amb les característiques tècniques del cable cada 2,5 metres: per tant, si els dispositius es connecten a una distància més petita que la indicada es poden produir errors. La impedància d’aquest cable és de 50 ohms, per la qual cosa els segments del cable han de tenir una càrrega de 50 ohms als extrems.

El cable coaxial prim o RG-58A/U anomenat 10BASE2 té una impedància de 50 ohms, pot suportar una velocitat de xarxa de 10 Mbps i pot tenir una llargada de 200 metres.

Cable de parell trenat

Podem trobar diferents models de cable de parells de fils trenats en el mercat. Els connectors s’anomenen RJ-45. Va ser aprovat per l’IEEE el 1990 per interconnectar ordinadors, i avui és el mitjà de transmissió més emprat.

L’estructura d’un cable de parell trenat és la d’un cable de comunicacions flexible, que conté parells de fils de coure aïllats per un embolcall plàstic i enrotllats entre ells per evitar les interferències electromagnètiques i recoberts per un plàstic aïllant.

Els models comercials més utilitzats i normalitzats són els següents:


1. Cable de parells trenats blindats STP. Està format per una capa exterior plàstica aïllant que recobreix una malla metàl·lica, la malla recobreix les capes interiors de paper metàl·lic, dins de les quals se situen normalment quatre parells de cables, trenats per parells, amb revestiments plàstics de diferents colors per a la seva identificació. Combina les tècniques de blindatge, cancel·lació i trenat de cables. Segons les especificacions d’ús de les instal·lacions de xarxa Ethernet, STP proporciona resistència contra la interferència electromagnètica i de la radiofreqüència sense augmentar significativament el pes o mida del cable. És un cable de 150 ohms.

ic10m7u2_02.png

A diferència del cable coaxial, el blindatge en l’STP no forma part del circuit de dades i, per tant, el cable ha d’estar connectat al terra pels dos extrems.

Normalment, els instal·ladors connecten STP a terra a l’armari per al cablatge i el concentrador, encara que això no sempre és fàcil de fer, especialment si els instal·ladors intenten usar plafons de connexió antics que no es van dissenyar per a cable STP. Si la connexió al terra no està ben realitzada, l’STP es pot transformar en una font de problemes, ja que permet que el blindatge actuï com si fos una antena, absorbint els senyals elèctrics dels altres fils del cable i de les fonts de soroll elèctric que provenen de l’exterior del cable.

No és possible realitzar esteses de cable STP tan llargues com amb altres mitjans de networking (com, per exemple, cable coaxial) sense repetir el senyal: la longitud màxima de cable recomanada és d’uns 100 metres, i el seu rendiment sol ser de 10-100 Mbps.

2. Cable de parells trenats blindats ScTP. Com es mostra a la figura 1.5 el cable ScTP consisteix bàsicament en cable UTP embolcallat en un blindatge de paper metàl·lic. També se l’anomena UTP apantallat. És un cable de 100 ohms. Al igual que el cable STP, ha d’estar connectat al terra pels dos extrems per tal d’evitar problemes de soroll, ja que el blindatge podria actuar com a antena i recollir senyals no volguts.

ic10m5u2_05.png

El blindatge evita que les ones electromagnètiques externes produeixin soroll als cables de dades i minimitza la irradiació de les ones electromagnètiques internes, que podrien fer soroll en altres dispositius.

3. Cable de parells trenats no blindats UTP. Està format per quatre parells de fils, trenats per parells, i revestits d’un aïllant plàstic de colors per identificar-los. És el cable més emprat, pel seu baix cost i facilitat d’instal·lació. Es coneix com a 10 BASE-T.

ic10m5u2_06.png

El cable UTP categoria 5 té una velocitat de transmissió de 100 Mgbs. Quan s’usa com a mitjà de networking, el cable UTP té quatre parells de fils de coure de calibre 22 o 24. L’UTP i té una impedància de 100 ohms. Quan s’instal·la el cable UTP amb un connector RJ, les fonts potencials de soroll de la xarxa es redueixen enormement i pràcticament es garanteix una connexió sòlida i de bona qualitat.

No obstant això, el cable de parells trenats no blindats UTP és més sensible al soroll elèctric i la interferència que altres tipus de medis de networking. A més, tot i que abans el cable UTP es considerava més lent per transmetre dades que altres tipus de cables, avui dia ja no és així. De fet, en l’actualitat, es considera que el cable UTP és el més ràpid entre els medis basats en coure. La distància màxima recomanada entre repetidors és de 100 m, i el seu rendiment és de 10-100 Mbps.

Connectors per cable de parells trenats

Per connectar el cable UTP als diferents dispositius de xarxa, s’usen uns connectors especials, denominats RJ-45 (registered jack - 45), molt semblants als connectors típics del cablatge telefònic casolà.

adaptador_empalmador_rj45_cat6_hembra_hembra.jpg

Aquest connector redueix el soroll, la reflexió i els problemes d’estabilitat mecànica i s’assembla a l’endoll telefònic, amb la diferència que té vuit conductors en lloc de quatre. Es considera un component de networking passiu, ja que només serveix de camí conductor entre els quatre parells de cable trenat de categoria 5 i les potes de l’endoll RJ-45. D’altra banda, s’entén com un component de la capa 1, més que no pas un dispositiu, atès que serveix només de camí conductor per a bits.

Els endolls o connectors RJ-45 s’insereixen en receptacles o jacks RJ-45. Els receptacles RJ-45 tenen vuit conductors, que s’ajusten als del connector RJ-45. A l’altre costat del receptacle RJ-45 hi ha un bloc d’inserció on els fils individuals se separen i s’introdueixen en ranures mitjançant una eina similar a una forquilla denominada eina de punció. Vulgarment se’ls anomena RJ-45 femella. Vegeu un exemple en la imatge. El mateix connector es pot instal·lar en superfície, o enracar en un armari de comunicacions.

another-patch-panel-from-another-isp.jpg

Per centralitzar els diferents connectors RJ-45, s’utilitzen uns dispositius especials, denominats taulers de connexió.

Vénen proveïts de dotze, vint-i-quatre o quaranta-vuit ports i normalment estan muntats en un bastidor. Les parts davanteres són receptacles RJ-45 i les parts del darrere són blocs de punció que proporcionen connectivitat o camins conductors. En el mercat se’n poden trobar per peces soltes. L’instal·lador els haurà de muntar endoll per endoll i connectar-hi el cable; una vegada fet això, només cal connectar-hi el cable amb l’eina de punció.

1. Connexions amb cable UTP amb els connectors RJ-45. En les xarxes LAN Ethernet 10BASET (i superiors), normalment tots els cablatges horitzontals (com el que apareix a la figura 1.8) es realitzen mitjançant cable UTP i connectors RJ-45. Ara bé, depenent de l’ús concret que es donarà al cable d’unió, aquest pot adoptar diverses configuracions que definiran les connexions entre els diferents pius dels connectors RJ-45 inicial i final del cable.

ic10m5u2_09.png

Els connectors no sempre es connecten de la mateixa manera al cable. Segons el que vulguem connectar, tindrem diferents tipus de cables:

  • Cable de connexió directa (straight through).
  • Cable de connexió encreuada (cross-over)
  • Cable de consola o transposat (roll-over)

A continuació veureu com s’ha de connectar el connector RJ-45 al fil per obtenir un tipus de cable o un altre.

Com que el que canvia són les posicions dels fils de colors, els esquemes i imatges estan fets tenint en compte que agafem el connector RJ-45 per la part davantera verticalment i amb els pins a la part superior.

ic10m5u2_10.png

  • Connexió directa (straight trough). Aquest tipus de connexió s’usa en cables que han de connectar un element (ordinador) a una xarxa Ethernet 10BASET. Generalment, un extrem del cable (terminal A) es connecta al receptacle de la targeta de xarxa de l’ordinador (host), mentre que l’altre extrem (terminal B) es connecta a un commutador, com es veu a continuació:

ic10m5u2_13.png

  • Connexió encreuada (cross-over). S’utilitza per connectar dos elements directament dos ordinadors, dos commutadors o dos concentradors– i es considera part del cablatge vertical o backbone. El cable d’interconnexió encreuada significa que el segon i el tercer parell en un extrem del cable es troben invertits a l’extrem oposat, com es representa a continuació.

ic10m5u2_14.png

  • Connexió de consola (roll-over) transposada. El cable de consola s’utilitza per connectar una estació de treball o terminal no intel·ligent al port de consola de la part posterior de l’encaminador o del commutador amb la finalitat de poder configurar. Aquest tipus de cable té els dos connectors RJ- 45: normalment cal endollar un dels connectors a un adaptador de terminal RJ-45 –a DB9 o DB25–, el qual converteix l’RJ-45 en un connector D femella de nou o vint-i-cinc pins que es pot connectar a un port en sèrie com de l’ordinador. En aquesta connexió tots els cables van invertits de posició, com si es reflectissin en un mirall, i el seu esquema és que apareix a continuaicó.

ic10m7u2_12.png

Cablatge de fibra òptica

El cable de fibra òptica pot conduir transmissions de llum modulades. Si es compara amb altres mitjans de xarxes, és més car; no obstant això, no és susceptible a la interferència electromagnètica i ofereix velocitats de dades més altes que qualsevol dels altres tipus. El cable de fibra òptica no transporta impulsos elèctrics –com fan els cables de coure–, sinó que transporta polsos de llum, originats per dispositius de díodes emissors de llum LED o per un làser.

ic10m5u2_16.png

Està compost per dues fibres embolcallades per revestiments separats. Si s’observa una secció transversal d’aquest cable, veurem que cada fibra òptica es troba envoltada per capes de material amortidor protector –normalment un material plàstic com Kevlar– i un revestiment extern.

El revestiment exterior protegeix tot el cable i generalment és de plàstic i compleix amb els codis aplicables d’incendi i construcció. El propòsit del Kevlar és brindar més amortiment i protecció a les fràgils fibres de vidre que tenen el diàmetre d’un cabell. Sempre que els codis requereixin que els cables de fibra òptica hagin d’estar sota terra, a vegades s’inclou un filferro d’acer inoxidable com a reforç.

Les parts que guien la llum en una fibra òptica es denominen nucli i revestiment. El nucli és generalment un vidre d’alta puresa amb un alt índex de refracció. Quan el vidre del nucli està recobert per una capa de revestiment de vidre o de plàstic amb un índex de refracció a sota, la llum es captura al nucli de la fibra. Aquest procés es denomina reflexió interna total i permet que la fibra òptica actuï com un “tub de llum”, guiant la llum a través d’enormes distàncies, fins i tot quan ha de travessar colzes.

La longitud màxima de cable recomanada entre nodes és de 2.000 metres i el seu rendiment és alt. Actualment s’utilitza per al troncal de la xarxa.

ic10m5u2_17.png

El cable de fibra òptica té dos modes: monomode i multimode.

La fibra monomode s’utilitza principalment per a comunicacions llargues, el diàmetre del nucli central és de 8 a 10 mm i el diàmetre del revestiment de 125 mm. El diàmetre del nucli és molt més petit que el de les fibres multimode, per la qual cosa solament es transmet una ona de llum a la vegada a cada fibra. La font lluminosa en la comunicació per fibra monomode és el làser.

ic10m7u2_17.png

La distància de transmissió no és tan gran com en les fibres monomode, ja que l’amplada de banda disponible és més petita i la font de llum, més dèbil. La font de llum de les fibres multimode és un LED.

Comunicació sense fils

Es basen en la transmissió d’ones electromagnètiques, que poden recórrer el buit de l’espai exterior i medis com l’aire, però no és necessari un medi físic, característica que fa que siguin un medi molt versàtil per al desenvolupament de xarxes.

L’aplicació més comuna de les comunicacions de dades sense fils correspon als usuaris mòbils: per exemple, és una solució per als usuaris mòbils que necessiten estar permanentment en xarxa, o per a aquells usuaris de zones geogràficament aïllades on instal·lar cable és econòmicament impossible.


Hi ha diversos medis de transmissió sense fils, capaços de transmetre paquets per la xarxa:

  • Ones de ràdio.
  • Infraroges.
  • Microones.

L’avantatge de la comunicació sense fil és que no necessita la instal·lació de cablatge, però també té una sèrie d’inconvenients: hi pot haver interferències amb altres senyals, que utilitzen el mateix medi de transmissió, i també es veuen afectades pel sol, canvis ionosfèrics i pertorbacions atmosfèriques.

Amplada de banda de diferents medis físics
Ràdio Infraroges Microones
Avantatges Bona solució per a les comunicacions mòbils. Són senyals difícils d’interceptar. Es poden enfocar Poden fer comunicacions amb satèl·lits
Desavantatges Està limitat per les interferències i els obstacles naturals. Hi ha tot tipus d’interferències: radioaficionats, comunicacions militars, i telefonia mòbil. No suporta grans velocitats. No pot traspassar objectes físics. Altres fons lluminoses provoquen interferències. No suporta grans velocitats. Té un cost elevat d’instal·lació i manteniment. Té interferències provocades pel mal temps, condicions atmosfèriques i interferències electromagnètiques. No suporta grans velocitats.

Una comunicació sense fils consisteix en la tramesa i recepció d’electrons o fotons en forma d’ones electromagnètiques.

Ones de ràdio

Són ones fàcils de generar, capaces de cobrir llargues distàncies, travessen les parets sense dificultat, i a partir de l’emissor es propaguen a totes les direccions (depenen del tipus d’antena).

Les ones de ràdio tenen polarització, poden ser reflectides, refractades, crear interferència, etc. Cent anys després del seu descobriment, les ones de ràdio formen part essencial de la nostra societat.

Igual que podem distingir diferents tipus de llum –els colors–, hi ha diferents tipus d’ones de ràdio. Les diferents classes d’ones de ràdio es caracteritzen per la seva freqüència, mesurada en hertzs. Aquest tipus de transmissió és més adequat per a transmissions directes que per a transmissions a grans distàncies, atès que les ones tenen una longitud molt curta i baixa penetració. Un senyal d’una sola freqüència i de baixa potència d’1 a 10 watts pot transmetre d’1 a 10 Mbps.

ic10m5u2_20.png

Ones infraroges

Són ones per a distàncies curtes. Utilitzen aquest tipus d’ones els comandaments a distància de televisió o vídeo, i els ordinadors portàtils acostumen a portar un port de comunicacions infraroges. Poden emetre en una sola direcció o en totes direccions, utilitzant un díode LED per transmetre i un fotodíode per rebre.

La velocitat de transmissió de dades solament arriba fins a 16 Mbps en comunicacions unidireccionals, i fins a 1 Mbps en comunicacions omnidireccionals.

Aquestes ones no travessen cossos, cosa que es pot considerar una seguretat, i per a fer-les servir no és necessari tenir llicència.

Microones

Aquest tipus d’ones permeten fer transmissions terrestres i entre satèl·lits. Emeten en una freqüència entre 1 i 10 Ghz i generen velocitats de transmissió de 10 Mbps.

A diferència de les ones de ràdio, les microones no travessen bé els obstacles, però quan emeten a més de 1.000 Hz o ho fan en línia recta, es poden enfocar, i concentren l’energia en una antena parabòlica. Per tant, és qüestió de col·locar antenes repetidores si necessitem fer comunicacions a grans distàncies.

Quan es transmet entre satèl·lits, hi ha un retard en les aplicacions amb tramesa i recepció de dades que pot deixar de fer operativa la transmissió.

Xarxa local sense fils

Per portar fins a l’extrem la idea de la mobilitat en els terminals de xarxa, només calia deslligar-los de la connexió amb cable. Això ha comportat que molts dispositius portàtils disposin de sistemes receptors emissors que utilitzen la tecnologia sense fils i crear els enllaços adequats per a les xarxes LAN sense fils o WLAN.

Una WLAN (xarxa local sense fils) és una extensió d’una xarxa cablada estàndard LAN i complementària d’aquesta i que en determinats contextos en pot arribar a ser una alternativa.

Alguns avantatges de les xarxes WLAN són els següents:

  • Flexibilitat quant a ubicació dels terminals.
  • Mobilitat dels terminals sense perjudici de la connectivitat.
  • Estalvi en la instal·lació, en suprimir el cablatge pels terminals, juntament amb l’abaratiment progressiu del material de connectivitat sense fils.
  • Facilitat d’instal·lació.
  • Augment de l’accés; amb les xarxes sense fils es pot arribar a llocs on és

difícil o costós d’arribar amb sistemes cablats.

Els sistemes basats en la ràdio són els que permeten el concepte de les xarxes sense fils.

En la implementació de les xarxes sense fils, perquè un terminal de xarxa es pugui connectar a la resta de la xarxa, cal que hi hagi un dispositiu que connecti aquesta xarxa amb els terminals; aquest dispositiu s’anomena punt d’accés, que no és cap altra cosa que un dispositiu que, connectat a la xarxa, distribueix per difusió el senyal de ràdio.

Els punts d’accés tenen un abast limitat; per tant, per cobrir una determinada àrea és possible que calgui més d’un punt d’accés.

ic10m5u2_21.png

Aquesta tecnologia també s’utilitza per connectar com a troncals dos edificis veïns o més. La norma més utilitzada per les xarxes sense fils és la norma IEEE 802.11 en les revisions a, b, g i n. Aquesta norma va propiciar una aliança de companyies que es va anomenar “aliança Wi-Fi” coneguda àmpliament com a Wi-Fi (wireless fidelity). Actualment és la tècnica més estesa en l’ús de les xarxes locals sense fils. La norma 802.11a és un estàndard que funciona en un rang de freqüències de 5 GHz a una velocitat de dades màxima de 54 Mb/s. La norma 802.11b funciona en el rang de 2,4 GHz amb una velocitat d’11 Mb/s.

L’abast d’un punt d’accés Wi-Fi pot arribar fins als 300 metres, però les parets, les interferències i la disposició dels equips fan que l’abast amb un rendiment acceptable arribi als 100 metres.

Hi ha, però, un altre tipus de xarxes sense fils d’abast curt, les anomenades xarxes d’àrea personal (PAN, personal area network) en què es pretén facilitar les comunicacions entre equipaments fixos i mòbils, com són ara ordinadors portàtils, telèfons mòbils, ordinadors de butxaca (PDA) i altres dispositius similars, sense utilitzar cables.

Entorn d’aquesta tecnologia en què no cal un punt d’accés, atès que cada dispositiu es connecta amb altres directament amb una relació entre iguals (peer-to-peer), es creen petites xarxes sense fils que permeten, per exemple, la sincronització de dades entre dispositius.

ic10m5u2_23.png

Encara que per a aquest tipus de xarxes també s’utilitza la comunicació infraroja, la tecnologia més emprada en aquestes xarxes personals és l’anomenada Bluetooth, que és una especificació oberta de la indústria en què hi ha força companyies implicades, actualment sota l’estàndard 802.15, i que defineix tres classes de potència, de la qual depèn l’abast d’aquests tipus de dispositius. Així, el de la classe 1, el menys potent, d’1 mW, abasta fins a un metre; el de classe 2, de 2,5 mW, fins a 10 metres; i el de la classe 3, de 100 mW, pot arribar fins als 100 metres però amb un augment considerable del consum. Bluetooth treballa a 2,45 GHz i la velocitat màxima de transmissió és d’1 Mb/s, tot i que en la versió 2 pot arribar fins a 3 Mb/s.

Capa física de xarxes d’àrea extensa (WAN)

Per interconnectar una xarxa amb altres xarxes remotes, o bé dispositius remots entre si, cal utilitzar els serveis d’una xarxa d’àrea extensa WAN.

Els serveis, els mètodes de connexió i les normes de cablatge d’una xarxa WAN són diferents que els equivalents per a les LAN.

Hi ha molts models físics de transport de dades per les xarxes d’àrea extensa, depenent de la distància, la velocitat o fins i tot del tipus de servei.

Les xarxes d’àrea local s’han basat normalment en l’ús de les infraestructures pertanyents a xarxes anteriors, com pot ser la xarxa telefònica. Tot i així, en augmentar el trànsit de dades, també les xarxes de telefonia han evolucionat per adaptar els seus medis a la nova realitat.

Cablatge estructurat

Un dels mètodes de disseny per estendre el cablatge d’una xarxa d’àrea local, pensat per facilitar la instal·lació i el manteniment i concebut per permetre una ampliació, que a més cobreix les necessitats bàsiques d’interconnexió dels usuaris, és el cablatge estructurat.

Subsistemes del cablatge estructurat

El model de cablatge estructurat es divideix en subsistemes, cadascun dels quals té una funció específica. El subsistema vertical està format per tots els elements necessaris per enllaçar els distribuïdors de planta d’un edifici i el subsistema de cablatge horitzontal està format per tots els elements que permeten la connexió dels llocs de treball al distribuïdor de planta. Aquest subsistema pot existir o no, depenent de la naturalesa i les dimensions del sistema de cablatge que es vulgui instal·lar.

  • Connexió de servei de comunicacions (EF, entrance facility). Punt per on la xarxa local es connecta amb altres xarxes de comunicacions externes. Normalment és l’entrada de línies de comunicació de dades, imatge o telefonia públiques i les línies troncals d’interconnexió amb xarxes d’edificis veïns.
  • Sala d’equipaments (ER, equipment room). És el punt on hi ha els sistemes que ofereixen serveis de comunicació, centraletes, servidors de connexió, servidors centrals, encaminadors de subxarxa, és a dir, tots els equips relacionats directament amb les comunicacions.
  • Armaris o sales de telecomunicacions (TR, telecomunications room). Són els armaris (o sales) on hi ha la distribució centralitzada d’una determinada àrea. Aquests armaris acostumen a contenir les terminacions dels cables que van als sistemes terminals o bé a altres armaris de distribució secundaris o a punts de consolidació. Aquests armaris també poden contenir equips de comunicació, habitualment concentradors o commutadors. A més, els

armaris han d’estar ubicats molt a prop de l’àrea a la qual serveixen. Quan la xarxa es distribueix en diverses plantes d’un edifici o en diverses sales força poblades de terminals, es recomana un armari principal per planta o un armari per cada sala.

  • Cablatge troncal (backbone). És el cablatge que proporciona comunicació entre les diferents sales o armaris de telecomunicacions, la sala d’equipaments o la connexió de servei de comunicacions i entre edificis veïns. Està compost per les canalitzacions, els armaris de connexions intermèdies (punts de consolidació) i principals, els panells d’interconnexió i els medis instal·lats, cables, fibra òptica.
    • Enllacen sales de connexió de servei de diferents edificis.
    • Enllacen la sala de connexió de servei amb la sala d’equipaments.
    • Enllacen la sala d’equipaments amb els armaris o sales de telecomunicacions, i aquestes entre si.
    • Cablatge de distribució. El cablatge de distribució és el que proporciona comunicació des dels armaris o sales de telecomunicacions amb els diferents sistemes terminals de les àrees de treball. Està compost per les canalitzacions per les quals passen el medis de xarxa, els medis de xarxa instal·lats; en l’extrem del sistema terminal, per la connexió de xarxa fixa (roseta), i en l’extrem de l’armari de telecomunicacions, pel panell de connexions (patch panel), i també, si n’hi ha, per un punt de consolidació (connexió intermèdia). Cada una d’aquestes connexions s’anomena enllaç permanent, ja que acostuma a estar fixada a la paret.
  • Àrees de treball. S’entén per connexions de les àrees de treball el conjunt de connexions que van des del terminal fix (roseta de paret) al sistema terminal. Ha d’estar dissenyat de tal manera que la connexió sigui senzilla i flexible, de manera que els canvis es puguin fer còmodament. Normalment està compost per un cable d’interconnexió.

ic10m5u2_25.png

També formen part del cablatge estructurat els cables d’interconnexió entre dispositius i entre dispositius i panells de connexions. En el cablatge estructurat poden coexistir diferents medis de xarxa, com per exemple:

  • És habitual que el cablatge de distribució (enllaços permanents), per a les xarxes més comunes, estigui format per cables de parell trenat amb connexions RJ-45. Per als troncals és freqüent l’ús de la fibra òptica en sistemes d’amplada de banda elevada; però per a instal·lacions més aviat petites amb pocs sistemes o poc exigents en amplada de banda, els troncals poden ser també de cable de parell trenat o cable coaxial.
  • Per a troncals entre edificis, és comú l’ús de cable coaxial gruixut o de fibra òptica.
  • Per a les canalitzacions tant dels troncals com de la distribució, habitualment s’utilitzen sistemes de safates portacables o canals decoratives de distribució, on pot passar el cablatge, tant de xarxa com d’imatge i telefonia, i coexistir, amb la separació adequada, amb el cablatge de l’alimentació elèctrica, i es poden ubicar en aquestes canals els mecanismes com les rosetes de connexió de xarxa o els endolls de corrent, la qual cosa facilita la instal·lació del cablatge i l’ampliació.

Projecte de cablatge i verificació

La millor manera d’exemplificar un procés d’instal·lació és mitjançant un cas pràctic i senzill en què es pot veure tot el procés de cablatge, des de la interpretació dels esquemes i plànols fins a les proves del cablatge acabat i l’abocament de les dades a un ordinador per tal de poder-ne extreure la documentació i que el tècnic responsable pugui estendre el certificat de qualitat.

Quan ja es disposa del projecte que ha elaborat un tècnic, cal posar-lo en pràctica tenint en compte els esquemes, els plànols i la memòria tècnica.

Dels esquemes, plànols i memòria, s’extrauran les dades necessàries per determinar quins materials són necessaris per fer la instal·lació, i també es podran preveure quines seran les actuacions que s’han de fer, la col·locació de canalitzacions i armaris, l’estesa de cables, les connexions, les verificacions, des de la configuració i calibratge de l’aparell certificador fins a les proves i l’abocament de dades.

Interpretació dels plànols i els esquemes

L’esquema de la instal·lació mostra que la xarxa es compon de cinc estacions de treball que reben els serveis d’accés a Internet per mitjà d’un encaminador ADSL, una impressora de làser en xarxa i un servidor, que pot ser d’aplicacions, fitxers o altres serveis.

ic10m5u2_26.png

Es pot observar que la comunicació es fa amb una xarxa de topologia en estrella connectant els dispositius a un commutador, i que aquesta xarxa es connecta amb una altra xarxa.

També es disposa d’un plànol de distribució de tots els dispositius, en el qual es pot observar que hi ha la ubicació de l’armari de connexions.

ic10m5u2_27.png

Per acabar d’aclarir la tasca que cal fer, en la memòria del projecte hi ha la descripció dels materials i la col·locació. A continuació podeu veure un extracte de la memòria tècnica.

En un recinte de 6,80 × 4,60 m s’ha de fer la instal·lació d’una xarxa que tindrà un armari de connexions de tipus Rack 19” de 45 cm de fondària i 60 cm d’alçada fixat a la paret a una alçada d’1,50 m i que contindrà el tauler de connexions de 24 preses RJ-45, un commutador de 16 ports Ethernet RJ-45 10/100 Mbps i l’encaminador ADSL. Al tauler de connexions d’aquest armari han d’arribar els cables UTP de categoria 5 que vénen de cada una de les preses de connexió dels dispositius de xarxa (9), el cable telefònic d’accés a ADSL i el cable UTP de categoria 5 que vénen de l’armari principal de distribució. Dins d’aquest armari s’han de col·locar les preses de corrent elèctric necessàries per alimentar el commutador i l’encaminador.

La instal·lació es farà amb canal decorativa blanca de 8 cm × 15 cm fixada a la paret paral·lelament al terra i a una alçada entre 100 cm i 130 cm que, des de l’armari de connexions, recorrerà les parets dreta, fons i esquerra vistes des de la porta fent una U oberta per la paret on hi ha la porta. Les preses de connexió RJ-45 de qualitat mínima de categoria 5 estaran muntades en caixes de superfície fixades a la paret i adossades a la canalització i distribuïdes segons el que marca el plànol.

El cablatge ha de ser senyalitzat i marcat adequadament tant a les preses de connexió com a l’extrem que ha d’anar inserit al tauler de connexions.

Selecció del material per el muntatge

A partir de la memòria i el plànol, s’ha d’extreure la llista del material necessari per fer el muntatge. Per poder determinar les longituds de les canalitzacions i aproximadament la quantitat de cable necessari, cal conèixer les mides del recinte, dades que es poden consultar al plànol o a la memòria.

Llista del material necessari per al muntatge
Quantitat Descripció
1 1 Armari de connexions tipus Rack 19” de 45 cm × 60 cm d’alçada
18 m Canal blanca decorativa de 8 cm × 15 cm
50 Fixacions per a la paret
9 Caixes de superfície per a les preses
9 Preses RJ-45 de categoria 5
1 Rosera telefònica
100 m Cable UTP de categoria 5
1 Tauler de connexions de 24 preses RJ-45 de categoria 5e per a Rack 19”
1 Commutador Ethernet 10/100 Mbps 16 ports RJ-45
1 Encaminador ADSL – Ethernet RJ-45
21 Cables d’enllaç RJ-45 de categoria 5
1 Cable d'enllaç telefònic

Col·locació dels taulers i les preses de connexió

Es procedeix, en primer lloc, a fixar a la paret l’armari de connexions al lloc previst al plànol fent servir les eines adequades (trepant per a paret, tornavís, cinta mètrica, nivell, etc.), i seguidament cal fixar la canalització a la paret i enganxar les caixes que han de contenir les preses per a la xarxa. Tant la canalització a la paret com la presa per la xarxa es poden veure a la figura següent.

ic10m5u2_28.png

stesa de cables i connexió

Quan l’armari de connexions, les canalitzacions i les caixes per a les preses de xarxa estan fixades, es pot procedir a l’estesa de cables: cal anar amb molt de compte, ja que els cables són delicats. Es comença per cada presa de la paret, on es deixen uns 30 cm de cable sobrer, i l’anirem col·locant dins la canalització, subjectant-lo amb els suports de què disposa la canalització mateixa fins a arribar a la caixa de connexions, on es deixaran uns 90 cm de cable sobrer. Se senyalitza adequadament cada punta del cable per poder-la identificar posteriorment utilitzant etiquetes adhesives retolades o retolant directament sobre la funda del cable amb retolador permanent. Procedirem de la mateixa manera amb tots els cables de les preses de paret.

Una vegada s’han estès els cables, s’hi connecten les preses amb l’esquema de cablatge bàsic utilitzant l’eina d’inserció adequada, es marquen les preses per poder-les identificar després, es retira el cable sobrer cap a l’interior de la canalització i es tanquen les caixes.

ic10m5u2_29.png

Seguidament, s’igualen les longituds dels cables, procurant no perdre la senyalització, i es connecten al tauler de connexions en l’ordre preestablert començant d’esquerra a dreta utilitzant l’eina d’inserció adequada, com es pot veure a la figura de dalt, i es marca la presa per poder-la identificar després. S’hi connecta també el cable que arriba de la xarxa d’oficines.

Per comprovar que les connexions són correctes una vegada s’han connectat els cables al tauler de connexions, és convenient fer les proves de continuïtat, curtcircuit i connexió amb un comprovador de cables o un comprovador de connexió.

Després, es fixa el tauler de connexions a la caixa i es col·loquen les safates per allotjar-hi el commutador i l’encaminador. També caldrà que s’instal·lin les preses de corrent i de telèfon per a la línia ADSL dins l’armari de connexions.

Abans de finalitzar, caldrà passar la fase de verificació satisfactòriament, i ja es podran tapar les canalitzacions, es podran connectar els cables d’enllaç entre l’encaminador i el commutador, i entre el commutador i cada una de les preses actives del tauler de connexions, i també es podrà connectar l’encaminador a la presa telefònica i es podran endollar el commutador i l’encaminador al corrent elèctric.

En acabar, cal assegurar-se que s’han endreçat totes les eines, que els residus generats s’han recollit i que tot ha quedat completament net.

Instal·lació del centre de processament de dades

Moltes de les instal·lacions de naturalesa diversa (no solament de xarxa) es poden fer simultàniament, ja que se’n solen encarregar professionals diferents: electricista, instal·ladors de cables i certificadors, aire condicionat, etc. Quan ja estan fetes les canalitzacions comença la instal·lació dels servidors i dispositius de xarxa.

El centre de processament de dades (CPD) és la ubicació on es concentren tots els recursos necessaris per al processament d’informació d’una organització.

S’ha de cuidar molt l’accessibilitat als equips del CPD, de manera que s’hi pugui accedir ràpidament en cas d’avaria. A més el CPD ha d’estar ben protegit, pel perill que implica accedir als servidors que s’hi troben.

Els CPD han de ser llocs d’estada còmoda, encara que tancats sota clau. Normalment l’accés a aquests llocs es fa sota la supervisió d’algun sistema de control de presencia amb targetes magnètiques, reconeixement biomètric o altres sistemes d’identificació especialment segurs.

S’han de tenir en compte aquests factors a l’hora de dissenyar un bon CPD:

  • Doble instal·lació elèctrica.
  • Aire condicionat redundant.
  • Redundància amb les comunicacions amb l’exterior.
  • Alçada i amplada suficient per introduir les màquines que allotjarà el CPD.
  • Seguretat d’accés controlada per punts de presencia. Vigilància. Alarmes. Seguretat contra incendis.
  • Control de paràmetres ambientals: temperatura i humitat.
  • Falsos sostres i terres.
  • SAI i generadors de corrent.
  • Quadres de distribució elèctrica independent i segurs.

A més, les màquines han de ser de baix consum per generar menys calor i estalviar energia. La instal·lació ha de ser molt neta. Els equips informàtics s’han de netejar periòdicament com a part d’un pla de manteniment integral.

Procés de verificació

Una vegada s’ha acabat la instal·lació de la part d’infraestructura, cal verificar que tot és correcte i que compleix els requeriments per obtenir el certificat de qualitat; per tant, s’han de fer les proves per garantir que la funcionalitat de la xarxa correspon a l’estàndard de qualitat.

Primer de tot cal fer una inspecció visual per assegurar-se que tots els cables estan ben posats, sense llaços ni plecs molt forçats, que no estiguin aixafats o amb massa tensió o bé premuts contra arestes vives que puguin provocar avaries per ruptura o bé curtcircuit dels fils interiors, i també s’ha de revisar visualment que totes les connexions estiguin fetes adequadament, que no hi hagi fils pelats i que el marcatge dels cables sigui correcte.

Configuració del certificador

Abans de començar a fer les comprovacions, cal configurar l’analitzador de cable indicant quin tipus de cable és el que es vol verificar; normalment els aparells analitzadors porten configurats els tipus de proves més estàndards.

A partir del menú principal de la pantalla de l’analitzador, cal seleccionar el tipus de cable que es vol comprovar, que normalment serà el parell trenat bàsic.

També es pot configurar el nom que donarem a la instal·lació per tal que després, en la recollida de dades, el conjunt de mesures es pugui identificar adequadament. Es pot configurar de la mateixa manera la denominació dels cables i la numeració automàtica, amb l’objectiu que en cada lectura de prova de cable es puguin anar guardant els resultats identificats per la denominació i el número d’ordre. Per a això, des del menú principal, cal accedir al menú d’identificació i introduir la informació adequada de nom d’instal·lació, el prefix del cable, els valors inicial, final i increment automàtic.

Calibratge de l’aparell

Per assegurar-se que les mesures preses amb l’aparell són del tot correctes, és necessari calibrar periòdicament l’analitzador. Els analitzadors porten un accessori que permet calibrar la parella unitat principal - unitat remota, com es mostra a la figura següent.

ic10m5u2_30.png

Per calibrar l’analitzador, en primer lloc, s’ha de verificar que les bateries estiguin ben carregades; en segon lloc, s’han de connectar la unitat central i la unitat remota a l’accessori calibrador simultàniament, i en tercer lloc, s’ha de seleccionar des del menú principal el menú d’eines i després calibrar, amb la qual cosa s’iniciarà el procés. Al cap d’un cert temps, a la pantalla de la unitat principal surt el resultat del calibratge.

Aquesta acció és convenient dur-la a terme amb la freqüència indicada pel fabricant, normalment cada vint-i-quatre hores, ja que és la garantia que les mesures preses amb l’aparell són correctes.

Proves de cablatge

Amb l’aparell calibrat i configurat adequadament, les bateries carregades i el tipus de cable que es vol provar seleccionat, ja es pot procedir a fer els tests del cablatge. Es connecta un dels adaptadors de cable a la unitat principal, i l’altre a la unitat remota, com es veu a la figura següent.

ic10m5u2_31.png

Hem d’estar segurs que no hi ha cap equip de xarxa connectat a l’enllaç permanent que volem comprovar. Com es veu a la figura següent, es connecta el cable de la unitat principal al connector de l’enllaç, i la unitat remota a la presa de xarxa.

ic10m5u2_32.png

Al cap d’uns quants segons d’haver engegat la unitat principal, si els extrems són del mateix enllaç s’engega automàticament la unitat remota i es pot iniciar el test; en cas contrari, a la pantalla de la unitat principal surt una indicació que diu que cal connectar-hi la unitat remota; caldrà, doncs, cercar amb la unitat remota la presa de xarxa corresponent a l’enllaç que es vol provar.

Com que la unitat principal reconeix la unitat remota de l’altre extrem de l’enllaç, s’inicia el test automàticament i en uns quants segons van apareixent a la pantalla els resultats de cada una de les proves que es fan de l’enllaç.

Es repetirà el procés per cada enllaç que es vulgui provar i, si convé, es faran les correccions oportunes al cablatge i a les connexions fins que tots els enllaços instal·lats siguin correctes. Alguns models d’analitzador de cable disposen d’un sistema de comunicacions entre l’aparell principal i el remot que permet que les dues persones situades en extrems diferents de l’enllaç puguin parlar entre elles, cosa que fa més àgil el procés de verificació, sobretot si és difícil tenir un altre tipus de comunicació.

Abocament de dades a l’ordinador

Perquè el tècnic responsable de la instal·lació pugui estendre el certificat de qualitat, cal que disposi de les dades de verificació: és necessari, doncs, abocar aquestes dades a l’ordinador que disposi del programari adient per tractar-les.

Com es veu a la figura següent, es connecta amb el cable adequat, la unitat principal a l’ordinador que té instal·lat el programari adequat per al model d’analitzador que s’usa, s’engega l’analitzador i s’inicialitza el programari de baixada, se selecciona el projecte que es vol baixar i el model d’aparell, el programari detecta la connexió de l’analitzador i s’inicia la baixada. Al cap d’uns quants minuts, les dades són a l’ordinador, i es desen. Els resultats del test són ara al fitxer del projecte i ja es poden utilitzar per estendre el certificat de qualitat.

ic10m5u2_33.png

Normes de seguretat i riscos

El risc professional es defineix com “la possibilitat que un treballador sofreixi un determinat dany derivat del seu treball” ( Llei de prevenció de riscos laborals 31/1995).

S’entén com condicionis especialment perilloses aquelles que, en absència de mesures preventives específiques, originen riscos per a la salut i la seguretat dels treballadors.

Els riscos elèctrics, per exemple, existeixen en molt variades activitats industrials. Si considerem la possibilitat de contaminar-se amb productes radioactius, aleshores aquest risc només existeix per a un petit nombre d’empreses.

El la següent taula podem veure els tipus de riscos més probables que existeixen:

Tipus de riscos habituals
Riscos de tipus físic El seu origen està en diferents elements de l’entorn de treball. La humitat, la calor, el fred, el soroll... poden produir danys als treballadors
Riscos de tipus químic El seu origen està en la presència i manipulació d’agents químics.
Riscos de tipus mecànic CSón els que es produeixen amb l’ús de màquines, útils, eines, etc., com ara talls, cops, aixafades...
Riscos per caiguda Es donen quan les persones treballen en zones altes, galeries o pous profunds (sense oblidar les caigudes al mateix nivell)
Riscos d’origen elèctric Són els que es produeixen pel maneig de màquines o aparells elèctrics.
Riscos per gas Es produeixen quan es manipulen gasos o es treballa prop d’una font de gas
Riscos per incendis Es donen quan es treballa en ambients amb materials i elements inflamables.
Riscos d’elevació Són els que s’ocasionen en treballar amb equips d’elevació, transport...
Riscos de caràcter psicològic Aquells que es poden produir per excés de feina, mal clima social... i poden conduir a depressió, fatiga, etc.
Riscos biològics Es poden donar quan es treballa amb agents infecciosos.

Són molt diverses les causes que poden donar lloc a lesions: contacte del treballador amb una màquina, cops, descàrregues elèctriques, intoxicació...

La Llei general de la Seguretat Social defineix l’accident “com la lesió corporal que el treballador sofreix amb ocasió o per conseqüència del treball que executa per compte aliè”.

  • Els accidents ocorreguts durant el trajecte d’anada o de tornada del treball (in itinere).
  • Els ocorreguts en l’acompliment de les funcions sindicals.
  • Els que sofreix el treballador durant actes de salvament, sempre que tinguin connexió amb el treball.

En aquesta definició, s’inclouen:

  • Causes tècniques: són errors de les màquines i equips. Aquestes causes són relativament fàcils de conèixer i controlar. Es tracta de descobrir l’error i aplicar una tècnica per corregir-lo o reduir-lo. Per exemple: la ruptura del

cable de la grua que sosté un pes.

  • Causes humanes: l’accident es genera per errors humans que poden deure’s a diferents motius, com per exemple: falta de formació, informació, atenció, interès...

Riscos elèctrics

L’electricitat, utilitzada convenientment, és la forma d’energia més flexible, però la falta de coneixements i de precaucions adequades en el seu ús, crea riscos que poden derivar en accidents. Els accidents produïts per l’electricitat representen: el 0.3% del total dels accidents de treball amb baixa, l’1% dels accidents que provoquen incapacitats permanents, el 4% dels accidents mortals.

S’entén per risc elèctric, també dit risc d’electrocució, la possibilitat que circuli un corrent elèctric pel cos humà.

ad-08_catalan.jpg

Són molts els factors dels quals depèn la gravetat dels accidents elèctrics, encara que els considerem separadament, la seva actuació en cas d’accident ha d’entendre’s en forma conjunta, a continuació veurem alguns d’ells: 1. Intensitat del corrent. Contra la creença popular que atribueix a la tensió, el voltatge, la perillositat del corrent elèctric, és la intensitat del corrent, en combinació amb el temps, la que “mata”.

2. Temps de contacte. El temps de contacte conjuntament amb la intensitat del corrent, condiciona el grau de les lesions produïdes. El temps màxim de contacte o llindar absolut del temps en què no pot produir-se la fibril·lació del cor és de 0.03 segons. Per temps d’1 a 3 segons que duren els contactes elèctrics, la fibril·lació es produeix per a intensitats a partir de 50 mA.

3. Tensió del corrent. Per si sola no té influència decisiva, però sí amb relació a la resistència que posi el cos humà al seu pas.

4. Resistència del cos. És un factor de gran variabilitat (des de 500 a 100.000 ohms). La resistència de l’organisme al pas del corrent elèctric depèn de:

  • La resistència de contacte.
  • La resistència pròpia de la pell.
  • La resistència interna del cos.

5. Recorregut del corrent. El corrent elèctric s’estableix entre els punts de contacte de menor resistència. Els circuits de passada de corrent més perillosos en un contacte són els que afecten al capdavant, tòrax i cor. (Són els següents:

  • Mà - peu o viceversa.
  • Mà - cap.
  • Mà dreta - mà esquerra.
  • Peu dret - peu esquerre.

ic10m5u2_36.png

6. Freqüència del corrent. Si es tracta de freqüències superiors a aquesta, fan falta intensitats de corrent majors per produir els mateixos efectes. A partir d’una freqüència de 10.000 H., el corrent elèctric no produeix en l’organisme humà més efecte que escalfar els teixits que travessa (aplicació en medicina).

7. Naturalesa del accidentat. No ha d’oblidar que la capacitat de reacció de l’individu que rep una descàrrega elèctrica és un factor gens menyspreable. L’estat anímic, l’edat, el sexe, etc. són condicions a tenir en compte. La gana, la set, la son, la fatiga, l’embriaguesa i la por augmenten la sensibilitat als efectes del corrent elèctric.

Prevenció dels accidents elèctrics

Les mesures de seguretat per prevenir accidents elèctrics poden ser:

1. Mesures informatives. Les mesures informatives són de dues classes: d’una banda la informació dels riscos que comprèn les normes generals de seguretat en matèria d’instal·lacions elèctriques, amb els senyals de perill que van dirigits a tothom. D’una altra banda la formació que tots els treballadors relacionats amb l’electricitat han de rebre sobre els riscos que el seu treball comporta i de les precaucions que han d’adoptar per combatre’ls.

2. Mesures protectores:

  • Mesures protectores. Les mesures de protecció personal són les que protegeixen directament els treballadors de la indústria elèctrica. Mitjans utilitzats per a aquesta protecció poden ser: botes de goma que impedeixi la conducció elèctrica, eines, guants i cascos de material aïllants, etc.
  • Instal·lacions. Les proteccions a les instal·lacions elèctriques tenen per objecte reduir els riscos de la seva utilització. Les més emprades són les

següents:

    • Presa de terra de les parts metàl·liques que no han d’estar en tensió.
    • Aïllament amb tanques de les instal·lacions d’alta tensió.
    • Muntatge d’interruptors diferencials a les instal·lacions de baixa tensió.
    • Utilització de tensions de seguretat.


Electricitat estàtica

Aquest fenomen es produeix amb certa facilitat i freqüència, pel qual els riscos que se’n deriven són elevats.

Alguns exemples en els quals amb freqüència es produeix electricitat estàtica són: transport de fluids per canonades, fabricació de paper, pintada d’objectes a pistola per polvorització, etc.

L’efecte de les càrregues elèctriques sobre les persones té major transcendència que la molèstia que es sent en el moment de saltar l’espurna. El veritable risc és l’incendi i/o explosió que es pot presentar quan a l’ambient hi ha pols, gasos o vapors inflamables o explosius.

ic10m5u2_43.png

Per evitar aquest risc convé establir-ne unes sèrie de mesures preventives, com ara:

  • Presa de terra, per a cisternes d’emmagatzemament i transport.
  • Bona ventilació, per evitar l’acumulació de vapors inflamables.
  • Manteniment adequat del grau d’humitat dels locals. Es mantindrà la unitat relativa de l’aire sobre un 50%.

La instal·lació elèctrica i d’aire condicionat

Si la instal·lació elèctrica no està ben feta es corren riscos molt importants a més solen generar problemes intermitents molt difícils de diagnosticar i provoquen deteriorament importants als dispositius de la xarxa.

Tots els dispositius de xarxa han d’estar connectats a endolls amb terra. Les carcasses d’aquests dispositius, els armaris, les canaletes mecàniques, etc., també han d’anar connectats a terra. Tota la instal·lació ha de ser a la vegada connectada al terra de l’edifici en què haurà que cuidar que el nombre de piques que posseeix és suficient per aconseguir un terra acceptable.

Eines de l'usuari
Espais de noms

Variants
Navegació
Eines