Pomiń nawigację
Materiał edukacyjny · Informatyka

MODUŁ 03

Media, normy i montaż okablowania

PPrezentacja dla nauczyciela

Egzamin praktyczny zaczyna się od fizyki: skrętka, wtyk, gniazdo, pomiar. Zła kolejność żył to najtańszy sposób na oblanie pomiarów.

Kabel koncentryczny — wspólna żyła w ekranie

Normy: 10BASE5 (gruby ethernet, odcinek do 500 m) i 10BASE2 (cienki, do 185 m) — obie 10 Mb/s po impedancji 50 Ω. Złącza BNC, trójniki T i terminatory 50 Ω na końcach. To medium magistrali z modułu 1.

Złącze BNC do kabla koncentrycznego
Złącze BNC do kabla koncentrycznego (fot. Jonas Bergsten, domena publiczna)

Dziś: telewizja kablowa i monitoring (75 Ω, inne złącza), w LAN-ie wyparty przez skrętkę. Na egzaminie wraca w pytaniach o terminatory i o to, dlaczego przerwanie kabla dzieli sieć.

1. Jaką maksymalną długość mają odcinki 10BASE5 i 10BASE2?
1. Jaką maksymalną długość mają odcinki 10BASE5 i 10BASE2?
2. Jakie złącza i elementy występują na końcach magistrali koncentrycznej?
2. Jakie złącza i elementy występują na końcach magistrali koncentrycznej?
3. Do czego stosuje się dziś kabel koncentryczny i jaka jest jego impedancja?
3. Do czego stosuje się dziś kabel koncentryczny i jaka jest jego impedancja?

Skrętka — cztery pary znoszące zakłócenia

Normy: TIA/EIA-568 (kolejność żył T568A/B z tabeli niżej), kategorie: Cat5e (1 Gb/s, 100 MHz), Cat6 (10 Gb/s do 55 m, 250 MHz), Cat6A (10 Gb/s na 100 m, 500 MHz). Oznaczenia ekranu: U/UTP (bez ekranu), F/UTP (folia na całości), S/FTP (oplot + folie na parach).

Limit kanału transmisyjnego: 100 m (90 m kabla instalacyjnego + 10 m patchcordów). Zasilanie po kablu: PoE 802.3af/at/bt — switch zasila kamerę albo punkt dostępowy.

Rozpleciona skrętka — widać skręcenie par
Rozpleciona skrętka — widać skręcenie par (fot. Johan Braeken, CC BY 3.0)
KolejnośćT568B (najczęstszy)T568A
1biało-pomarańczowybiało-zielony
2pomarańczowyzielony
3biało-zielonybiało-pomarańczowy
4niebieskiniebieski
5biało-niebieskibiało-niebieski
6zielonypomarańczowy
7biało-brązowybiało-brązowy
8brązowybrązowy
Zasada jednego standardu. Obie końcówki tego samego kabla w jednej normie (zwykle T568B). Kabel krosowy (crossover) to dziś ciekawostka — nowoczesne porty same wykrywają typ połączenia (Auto-MDIX).
4. Jak dzieli się limit 100 m kanału transmisyjnego dla skrętki?
4. Jak dzieli się limit 100 m kanału transmisyjnego dla skrętki?
5. Jakie parametry przypisano kategorii Cat5e?
5. Jakie parametry przypisano kategorii Cat5e?
6. Jak prawidłowo opisuje się ekranowanie skrętki F/UTP i S/FTP?
6. Jak prawidłowo opisuje się ekranowanie skrętki F/UTP i S/FTP?

Narzędzia i pomiary

Zaciskarka do wtyków RJ-45, nóż uderzeniowy (krona) do gniazd i patchpaneli, ściągacz izolacji. Tester pokazuje mapę żył (ciągłość i kolejność), a certyfikator mierzy parametry łącza: tłumienie, przesłuchy (NEXT), długość.

Pomiar robisz po montażu, przed oddaniem — wynik wpisujesz do protokołu.

Narzędzia: ściągacz, tester, nóż LSA i zaciskarka
Narzędzia: ściągacz, tester, nóż LSA i zaciskarka (fot. heimnetzwerke.net, CC BY 4.0)
7. Do czego służy nóż uderzeniowy, nazywany też kroną?
7. Do czego służy nóż uderzeniowy, nazywany też kroną?
8. Które parametry mierzy certyfikator, a prosty tester ich nie sprawdza?
8. Które parametry mierzy certyfikator, a prosty tester ich nie sprawdza?
9. Kiedy wykonuje się pomiar i co robi się z jego wynikiem?
9. Kiedy wykonuje się pomiar i co robi się z jego wynikiem?

Światłowód — światło zamiast prądu

Normy: jednomodowy OS2 (rdzeń 9/125 µm, fale 1310/1550 nm, kilometry — między budynkami i do operatora) oraz wielomodowy OM3/OM4 (50/125 µm, 850 nm, setki metrów — serwerownia, kampus). Ethernet: 1000BASE-SX (wielomodowy) / LX (jednomodowy), 10GBASE-SR / LR.

Złącza: LC (małe, najczęstsze), SC, ST. Łączenie: spawanie (trwałe, małe tłumienie) albo złącza mechaniczne i pigtaile w przełącznicach.

Włókno wielomodowe OM4
Włókno wielomodowe OM4 (fot. Christophe Finot, CC BY-SA 3.0)
Światłowód w jednym zdaniu. Większe odległości i odporność na zakłócenia niż skrętka, ale droższy montaż i wrażliwość na zgięcia (promień gięcia z karty katalogowej). W LAN-ie łączy budynki i piętra — do biurek prowadzi skrętka.
10. Jakie parametry ma światłowód wielomodowy OM3/OM4?
10. Jakie parametry ma światłowód wielomodowy OM3/OM4?
11. Które złącze światłowodowe ma najmniejszą obudowę?
11. Które złącze światłowodowe ma najmniejszą obudowę?
12. Jak łączy się na stałe włókna światłowodowe?
12. Jak łączy się na stałe włókna światłowodowe?

Bluetooth — kabel zastąpiony na metry

Normy: IEEE 802.15.1 (sieć osobista PAN), pasmo 2,4 GHz jak Wi-Fi. Klasa 2 (telefony, słuchawki): do ~10 m; klasa 1: do ~100 m.

Wersje 5.x i BLE (energooszczędny — opaski, czujniki). Parowanie z PIN-em albo potwierdzeniem — „otwarta widoczność” tylko na czas parowania.

Słuchawka Bluetooth — sieć osobista PAN
Słuchawka Bluetooth — sieć osobista PAN (fot. Ed g2s, CC BY-SA 3.0)
13. Jaką normę i pasmo przypisano Bluetooth?
13. Jaką normę i pasmo przypisano Bluetooth?
14. Jaki zasięg ma klasa 2 Bluetooth (telefony, słuchawki)?
14. Jaki zasięg ma klasa 2 Bluetooth (telefony, słuchawki)?
15. Czym charakteryzuje się tryb BLE i kiedy urządzenie Bluetooth jest widoczne?
15. Czym charakteryzuje się tryb BLE i kiedy urządzenie Bluetooth jest widoczne?

Wi-Fi — LAN bez kabla

Normy: rodzina IEEE 802.11. Najważniejsze: b (2,4 GHz, 11 Mb/s), g (2,4 GHz, 54 Mb/s), n (2,4 i 5 GHz, do 600 Mb/s), ac / Wi-Fi 5 (5 GHz, do ~7 Gb/s), ax / Wi-Fi 6 (2,4 i 5 GHz, do ~9,6 Gb/s).

Przepustowości z tabel to maksima teoretyczne — realnie licz połowę albo mniej. Kanały 2,4 GHz: tylko 1/6/11 się nie nakładają. Bezpieczeństwo: WPA2 (802.11i), WPA3; WEP złamany, WPS z PIN-em wyłączasz.

Router Wi-Fi z antenami zewnętrznymi
Router Wi-Fi z antenami zewnętrznymi (fot. Evan Amos, domena publiczna)
Szerzej o Wi-Fi jest w module 10 (monitoring, kanały, VPN). Tu zapamiętaj tabelę standardów — to pytanie pisemne jak się patrzy.
16. Które kanały w paśmie 2,4 GHz nie nakładają się na siebie?
16. Które kanały w paśmie 2,4 GHz nie nakładają się na siebie?
17. Jaki standard odpowiada oznaczeniu Wi-Fi 6?
17. Jaki standard odpowiada oznaczeniu Wi-Fi 6?
18. Które z wymienionych zabezpieczeń szyfrowania uznaje się za złamane?
18. Które z wymienionych zabezpieczeń szyfrowania uznaje się za złamane?

Inne media — jednym zdaniem każde

Podczerwień IrDA: centymetry, zasięg wzroku (piloty, stare drukarki) — tania, ale wymaga „widzenia się” urządzeń. FSO (laser w wolnej przestrzeni): most optyczny między budynkami na setki metrów bez kabla, ale mgła i drgania budynku go kładą.

Łączność komórkowa (LTE/5G): WAN przez modem w routerze — backup łącza albo filia bez kabla; limity danych z abonamentu.

Na egzaminie. Medium dobierasz do dystansu i zakłóceń: biurko — skrętka Cat6, budynek–budynek — światłowód jednomodowy, sala bez kabli — Wi-Fi 5 GHz, słuchawki — Bluetooth. I pytanie odwrotne: „dlaczego tu nie skrętka” (za daleko, za dużo zakłóceń od maszyn).
19. Które zjawiska potrafią przerwać działanie łącza FSO (laser w wolnej przestrzeni)?
19. Które zjawiska potrafią przerwać działanie łącza FSO (laser w wolnej przestrzeni)?
20. Czym różni się sposób działania IrDA od FSO?
20. Czym różni się sposób działania IrDA od FSO?
21. Jakie medium stosuje się do połączenia budynku z budynkiem?
21. Jakie medium stosuje się do połączenia budynku z budynkiem?

Światłowody jednomodowe i wielomodowe

Kable światłowodowe dzielimy na dwa rodzaje, różniące się średnicą rdzenia i sposobem rozchodzenia się światła:

  • MMF (multimode fiber, światłowód wielomodowy) — rdzeń ok. 50 lub 62,5 µm. Światło biegnie wieloma modami, co powoduje rozmywanie impulsu (dyspersję modową). Źródłem światła są zwykle tanie diody LED. Zasięg: kilkaset metrów, stosowany w budynkach.
  • SMF (single-mode fiber, światłowód jednomodowy) — rdzeń ok. 9 µm. Biegnie tylko jeden mod, więc nie ma dyspersji modowej; źródłem jest laser. Zasięg: dziesiątki kilometrów bez regeneracji — to rozwiązanie do łączenia budynków.
22. Jaką średnicę rdzenia ma światłowód wielomodowy MMF?
22. Jaką średnicę rdzenia ma światłowód wielomodowy MMF?
23. Jakie źródło światła i jaki zasięg ma światłowód jednomodowy SMF?
23. Jakie źródło światła i jaki zasięg ma światłowód jednomodowy SMF?
24. Które zjawisko jest charakterystyczne dla światłowodu wielomodowego i ogranicza jego zasięg?
24. Które zjawisko jest charakterystyczne dla światłowodu wielomodowego i ogranicza jego zasięg?

Pomiary okablowania: parametry i przyrządy

Certyfikacja toru miedzianego sprawdza między innymi przesłuchy. NEXT (Near-End Crosstalk) to przesłuch mierzony na tym samym końcu kabla, z którego nadajemy, a FEXT (Far-End Crosstalk) — na przeciwnym końcu.

Im wyższa wartość w decybelach, tym lepiej, bo oznacza mniejszy przesłuch. Typowe przyczyny zbyt niskiego NEXT to rozplecenie par przed wtykiem i złe zarobienie złącza.

Przyrządy pomiarowe, o które pytają arkusze:

  • tester okablowania (certyfikator) — mierzy NEXT/FEXT, tłumienność, długość, mapę połączeń;
  • TDR (reflektometr impulsowy) — wysyła impuls w kabel miedziany i po odbiciu znajduje miejsce przerwy lub zwarcia;
  • OTDR (reflektometr optyczny) — to samo dla światłowodu; wykorzystuje rozpraszanie Rayleigha, pokazuje tłumienność i miejsca uszkodzeń na całej długości włókna;
  • VFL (visual fault locator, „laserowy wskaźnik”) — czerwone światło, którym sprawdza się, czy włókno nie jest złamane i czy polaryzacja jest zgodna.
25. Na którym końcu kabla mierzy się NEXT, a na którym FEXT?
25. Na którym końcu kabla mierzy się NEXT, a na którym FEXT?
26. Do czego służy przyrząd VFL?
26. Do czego służy przyrząd VFL?
27. Co powoduje zbyt niski poziom NEXT?
27. Co powoduje zbyt niski poziom NEXT?

Złącza IDC, patch panel i szafa RACK

Na ścianie lub w szafie kable nie są zarabiane we wtyki, tylko wciskane w złącza IDC (Insulation Displacement Connector, złącze z przemieszczeniem izolacji). Żyła nie wymaga zdejmowania izolacji — nóż zacisku przecina ją i łączy się z miedzią.

Narzędzie do tego to nóż krosowniczy (LSA/Krone). Złącza IDC siedzą na patch panelu — pasywnym panelu, do którego schodzą się wszystkie kable z budynku i z którego krótkimi patchcordami łączy się je z przełącznikiem. Całość montuje się w szafie RACK, a wysokość urządzeń mierzy się w jednostkach 1U (1U = 44,45 mm).

28. Na czym polega montaż żyły w złączu IDC?
28. Na czym polega montaż żyły w złączu IDC?
29. Ile wynosi jednostka wysokości 1U w szafie RACK?
29. Ile wynosi jednostka wysokości 1U w szafie RACK?
30. Jaka jest rola pasywnego patch panela w szafie RACK?
30. Jaka jest rola pasywnego patch panela w szafie RACK?

Tester okablowania: co pokazują diody

Prosty tester diodowy składa się z nadajnika (wkładanego na jednym końcu kabla) i odbiornika (na drugim). Nadajnik podaje napięcie kolejno na każdą żyłę, a odbiornik zapala diody — po jednej dla każdej z ośmiu żył.

Tester bada więc wyłącznie ciągłość galwaniczną i mapę połączeń. Typowe wskazania i ich znaczenie:

Wskazanie na testerzeCo to znaczy
diody 1–8 zapalają się po kolei na obu końcach kabel zarobiony poprawnie — wszystkie żyły mają ciągłość i właściwą kolejność
jedna z diod (np. 4) się nie świeci przerwa w tej żyle albo niepoprawnie zaciśnięty pin we wtyku
świecą się dwie diody jednocześnie zwarcie — dwie żyły stykają się (np. odsłonięte przewody we wtyku)
diody świecą, ale w złej kolejności zamiana żył lub par — np. jeden koniec w normie T568A, drugi w T568B, albo rozdzielone pary (żyły 3 i 6 z różnych par)
diody palą się tylko na jednym końcu kabel przerwany w połowie albo wtyk włożony do złego gniazda
żadna dioda się nie świeci brak przejścia na wszystkich żyłach — kabel uszkodzony albo wtyk nie zaciśnięty
osobna dioda „G” / „S” (ekran) ciągłość ekranu w kablu FTP/STP — dotyczy tylko kabli ekranowanych
Czego prosty tester NIE wykryje

Tester diodowy nie mierzy niczego, co zależy od częstotliwości. Nie sprawdzi tłumienia (osłabienia sygnału na długości kabla), przesłuchów NEXT i FEXT, powrotu echa (odbicia sygnału od niedopasowania), opóźnienia i różnicy opóźnień par ani impedancji.

Kabel może więc przejść test diodowy, a mimo to nie osiągnąć wymaganej kategorii — np. mieć zbyt mocno rozplecione pary i nie spełniać normy dla 1 Gb/s. Do takich pomiarów potrzebny jest miernik certyfikacyjny.

31. Co oznacza brak świecenia jednej diody w prostym testerze okablowania?
31. Co oznacza brak świecenia jednej diody w prostym testerze okablowania?
32. Co najczęściej powoduje zamianę żył lub par wykrytą przez tester?
32. Co najczęściej powoduje zamianę żył lub par wykrytą przez tester?
33. Czego prosty tester diodowy nie wykryje?
33. Czego prosty tester diodowy nie wykryje?

Tester a certyfikator — zestawienie

Sprawdzany parametrProsty tester diodowyMiernik certyfikacyjny
ciągłość żył i mapa połączeńtaktak
przerwy, zwarcia, zamiana partaktak
długość kablanie (zwykle)tak
tłumienie (attenuation)nietak
przesłuchy NEXT i FEXTnietak
powrót echa (return loss)nietak
ocena zgodności z kategorią (5e, 6, 6A)nietak — wynik PASS/FAIL

W praktyce montażowej robi się więc tak: po zarobieniu każdego kabla przechodzi się po nim prostym testerem (szybka kontrola, czy w ogóle „jest przejście”), a na koniec wybrane tory mierzy certyfikatorem i wynik wpisuje do protokołu pomiarów, który jest częścią dokumentacji powykonawczej.

34. Który parametr transmisyjny toru mierzy wyłącznie miernik certyfikacyjny?
34. Który parametr transmisyjny toru mierzy wyłącznie miernik certyfikacyjny?
35. Jaki wynik zwraca certyfikator przy ocenie zgodności z kategorią?
35. Jaki wynik zwraca certyfikator przy ocenie zgodności z kategorią?
36. Jak wygląda praktyka pomiarów po montażu?
36. Jak wygląda praktyka pomiarów po montażu?

Złącza światłowodowe i moduły SFP

We włóknie światłowodowym nie da się użyć wtyku RJ-45 — potrzebne są złącza precyzyjnie centrujące cienki rdzeń. Najczęściej spotkasz cztery typy:

ZłączeCharakterystykaGdzie się je spotyka
LCmałe, najczęściej w wersji dwuwłóknowej (duplex), zatrzask moduły SFP w przełącznikach, nowe instalacje
SCkwadratowe, wsuwane i wypychane prosto starsze przełączniki, panel krosowy
STokrągłe z bagnetem (jak BNC) stare instalacje wielomodowe
FCmetalowe, wkręcane na gwint — najtrwalsze pomiary miernikiem, instalacje przemysłowe

Sam przełącznik rzadko ma na płycie gniazdo światłowodowe. Wkłada się w niego moduł SFP (albo szybszy SFP+), czyli mały, wymienny nadajnik-odbiornik z gniazdem LC lub SC.

Dzięki temu ten sam port obsłuży skrętkę, światłowód wielomodowy albo jednomodowy — wystarczy zmienić moduł.

37. Które złącze światłowodowe jest okrągłe i ma bagnet działający jak w BNC?
37. Które złącze światłowodowe jest okrągłe i ma bagnet działający jak w BNC?
38. Które złącze światłowodowe jest metalowe, wkręcane na gwint i najtrwalsze?
38. Które złącze światłowodowe jest metalowe, wkręcane na gwint i najtrwalsze?
39. Co umożliwia moduł SFP włożony do przełącznika?
39. Co umożliwia moduł SFP włożony do przełącznika?

Normy okablowania: TIA/EIA-568 i ISO/IEC 11801

Okablowanie strukturalne opisują dwie rodziny norm. TIA/EIA-568 to norma amerykańska: definiuje kategorie skrętki (Cat 5e, 6, 6A, 8) i nadaje im wymagane parametry — tłumienność, NEXT, powrót echa.

ISO/IEC 11801 to norma międzynarodowa (europejska) opisująca to samo, ale klasami (klasa D, E, EA, F) i dodatkowo dzieli okablowanie na kategorie: kabel instalacyjny, kabel krosowy i kabel krosowy roboczy.

Jak to zapamiętać

Norma mówi, JAKIE parametry musi spełnić tor (i jak je zmierzyć), a kategoria lub klasa mówi, DO JAKIEJ prędkości ten tor wystarczy. Samo zarobienie końcówek nie czyni kabla „kategorią 6” — musi to potwierdzić pomiar certyfikatorem.

40. Jakie klasy wymienia norma ISO/IEC 11801?
40. Jakie klasy wymienia norma ISO/IEC 11801?
41. Która norma jest międzynarodowa i opisuje klasy zamiast kategorii?
41. Która norma jest międzynarodowa i opisuje klasy zamiast kategorii?
42. Co potwierdza, że kabel spełnia kategorię 6?
42. Co potwierdza, że kabel spełnia kategorię 6?

NVP — dlaczego TDR zna długość kabla

Miernik TDR wyznacza odległość do uszkodzenia, mierząc czas powrotu impulsu. Żeby zamienić czas na metry, musi znać prędkość rozchodzenia się sygnału w kablu — parametr NVP (Nominal Velocity of Propagation), podawany jako ułamek prędkości światła (dla skrętki zwykle 0,66–0,70, czyli 66–70% prędkości światła).

Jeśli miernik ma ustawione NVP dla innego kabla, wskaże błędną długość — dlatego przed pomiarem wybiera się właściwy typ przewodu albo wpisuje NVP ręcznie.

43. Co oznacza skrót NVP?
43. Co oznacza skrót NVP?
44. Jaką wartość NVP przyjmuje się zwykle dla skrętki?
44. Jaką wartość NVP przyjmuje się zwykle dla skrętki?
45. Co się stanie, gdy miernik TDR ma ustawione NVP dla innego kabla?
45. Co się stanie, gdy miernik TDR ma ustawione NVP dla innego kabla?

Zadanie transferowe

Zaprojektuj sieć małej pracowni (12 stanowisk)

Pracownia ma 12 stanowisk uczniowskich, stanowisko nauczyciela, drukarkę sieciową i punkt dostępowy Wi-Fi. Wszystko idzie do jednego przełącznika w szafie na korytarzu; najdalsze stanowisko jest 28 m od szafy.

Zadanie: 1) narysuj schemat z legendą i skalą — jaka topologia, gdzie szafa; 2) dobierz kabel instalacyjny i normę zarabiania końcówek; 3) wskaż, po czym ruch rozdziela przełącznik, a po czym zrobiłby to router (i w której warstwie); 4) zaplanuj, jak sprawdzisz każdy nowy kabel po montażu.

Kryteria oceny: schemat z legendą i skalą; drut instalacyjny do gniazd i patchcordy na stanowiska; rozdzielenie warstwy 2 (MAC, przełącznik) od 3 (IP, router); konkretna procedura pomiaru (tester — mapa żył, certyfikator — tłumienie i przesłuchy). Każdy wybór trzeba uzasadnić — sama odpowiedź bez uzasadnienia nie zalicza.

46. Ile stanowisk uczniowskich ma pracownia?
46. Ile stanowisk uczniowskich ma pracownia?
47. W której warstwie ruch rozdziela przełącznik, a w której router?
47. W której warstwie ruch rozdziela przełącznik, a w której router?
48. Jakie przyrządy i co sprawdzają w procedurze pomiaru?
48. Jakie przyrządy i co sprawdzają w procedurze pomiaru?

Bibliografia zdjęć

Zdjęcia pochodzą z Wikimedia Commons (wolne licencje). Schematy w module są rysunkiem własnym.

  1. Złącze BNC — Jonas Bergsten, domena publiczna: strona pliku.
  2. Rozpleciona skrętka — Johan Braeken, CC BY 3.0: strona pliku.
  3. Narzędzia sieciowe — heimnetzwerke.net, CC BY 4.0: strona pliku.
  4. Włókno OM4 — Christophe Finot, CC BY-SA 3.0: strona pliku.
  5. Słuchawka Bluetooth — Ed g2s, CC BY-SA 3.0: strona pliku.
  6. Router Wi-Fi — Evan Amos, domena publiczna: strona pliku.