networking - cablu cross

Intrebare 2: Ce metode de a conecta doua PC-uri direct (fara switch, doar cu un cablu)?

Raspuns 3: Un cablu la care se inverseaza canalul de Emisie cu cel de Receptie si viceversa.

Evident, asa nu ajungem nicaieri. O fi bun pragmatismul si orientarea catre rezultat, dar fara teorie nu putem ajunge prea departe. Sa o luam da capo.

In cele ce urmeaza ne-am propus sa raspundem la intrebarea: « Ce este un cablu de retea in cruce (a.k.a. cross-cable, cablul cross, cablu in cruce, cablu inversor) si ce vrem noi de la el? »

In anul 1981 IBM a creat « mini-calculatorul pentru mase » adica « Personal Computer » sau, pe scurt, PeCe-ul. Dar asta este o alta poveste...

mai ales imprimanta si fisiere partajate (deh, se pregateau mp3-urile). Si ce se folosea pt. interconectare ? Ati ghiciiit, un cablu. La inceput s-a folosit un cablu coaxial (asemanator cu cel de TV), apoi, din considerente tehnico-economice, s-a trecut la cablul neecranat cu fire torsadate, adica UTP-ul. De ce torsadat? Ca sa reziste mai bine la paraziti si perturbatii EM ! Mai multe detalii despre « panaceul universal al sirmei sarace » gasiti in manualul de fizica de clasa a X-a la capitolul fenomene Electro-Magnetice. Precizare importanta: cablul coaxial permitea conectarea mai multor PC-uri in paralel pe un acelasi cablu, pe cind la cablul torsadat se comunica doar intre cele doua capete ale cablului. Cablul coaxial permitea insa comunicarea in mod semi-duplex (procesele de Emisie si Receptie au loc succesiv pe acelasi cablu). Cablul UTP a reprezentat un progres fiindca a separat complet canalele fizice de Emisie si Receptie, facind posibila comunicatia full-duplex (simultana). Tehnologia UTP necesita insa in mod normal folosirea unui echipament activ (un hub sau un switch) care sa faca transferul pachetelor de date intre mai multe aparate. Veti vedea in final ca exista si un mod « anormal » de comunicare, dar strict intre doua echipamente de acelasi tip.

Un cablu UTP de retea are 8 conductori (sirme izolate), care formeaza 4 perechi constructive. Fiecare pereche are cite o culoare standardizata, pt. o identificare mai usoara: portocaliu, verde, albastru, maro. Cite unul din cei doi conductori ce formeaza o pereche este colorat complet, iar cealalt este cu precadere alb, dar are din loc in loc marcaje in culoarea perechii. Atasam o poza de identificare a obiectului nostru de studiu:

O pereche se defineste ca fiind un set de 2 conductori care vor fi folositi pentru transmiterea unor semnale electrice de la un capat la altul, stabilind astfel un canal de transmitere a informatiei. Cele doua fire ce alcatuiesc o pereche sint rasucite impreuna (unul in jurul celuilalt), pentru a rezista mai bine la semnalele parazite ce apar in afara comunicatiei propriu-zise, si care au tendinta sa perturbe semnalul util din cablu.

La origine a stat conceptul de comunicatie bidirectionala permanenta (full-duplex), care necesita pt. transmiterea informatiei doua canale, unul de Emisie si altul de Receptie. Astfel, in cadrul unui canal, unul din capete este transmitator (emite semnal, notat Tx) si unul este receptor (receptioneaza semnalul transmis de celalalt capat, notat Rx). Si vice-versa. Avem deci schema:

Inginerii au simtit nevoia dezvoltarii rapide a capacitatii de transfer si au gindit plasarea unor canale suplimentare de control al starilor circuitelor electrice care transmit prin cabluri, un fel de « semafor » cu ajutorul carora sa se mareasca fluxul datelor transferate efectiv pe fiecare canal.

In final, tehnologia transmiterii semnalelor a evoluat, astfel ca nu a mai fost nevoie de canalele de semnalizare (de fapt s-a optat pentru o solutie de tip 2-in-1, semnalizarea s-a introdus in semnalul de transmis).

Dar teama producatorilor de cabluri de a nu se trezi scosi de pe piata i-a determinat sa nu renunte la cele doua perechi in plus. Important era sa nu fie in minus!

Pe masura ce tehnologia a evoluat, ratele de transfer au crescut succesiv. Un cablu mai bun deterioreaza mai putin semnalul, asa ca poate fi « atacat » cu un semnal mai rapid. Inginerii au clasificat cablurile pe categorii pentru a le putea deosebi in practica. De exemplu, cablul cat 3 transfera semnale la max. 16 MHz (1) si e folosit inca cu succes pt. aplicatii telefonice. Cablul cat 5 transfera semnale la 100 MHz si e foarte folosit inca in retele.

In afara de imbunatatirea tehnologiei cablurilor in sine, s-a imbunatatit si codificarea semnalului electric. S-a definit o rata de transfer care se masoara in Mbps (2) si care este posibila pt. un cablu de o anumita categorie. Evident ca un cablu mai bun poate fi folosit, dar, fiind mai scump, este practic neeconomic.

O tehnologie foarte folosita in ultimii 10 ani la retele este cea numita Fast Ethernet, pe numele sau tehnic 100BaseT. Ea foloseste cablu cat 5 si ofera o rata de transfer maxima de 100 Mbps. Atit cablul cat 5 cit si dispozitivele active de retea (switch-urile) au ajuns astazi foarte ieftine si ofera o rata de transfer suficienta pt. aplicatiile multimedia.

Un cablu ethernet este format dintr-un cablu avind 4 perechi de conductori, la capetele caruia se conectorizeaza de obicei cite un conector RJ45. Dintr-o logica simetrico-absconsa pe care noi, oamenii obisnuiti, nu sintem capabili sa o pricepem, perechile au fost « asezate » in conector dupa cum urmeaza:

Cit despre numerotarea perechilor, lucrurile sint mai complicate. Inginerii se mai incurca atunci cind fac lucruri banale (cum ar fi numaratoarea perechilor), dar nu vor recunoaste acest lucru niciodata. Asa ca in documentatii veti intilni mai multe numerotari. Aici intervine simetria logicii mai-sus amintite, care ne salveaza: nu conteaza numarul perechii, conteaza de fapt functia ei, si care din fericire este identica pentru toti.

Pentru asimilarea mai usoara a informatiilor prezentate in acest document, vom folosi numerotarea din fig. 4. Exista mai multe tehnologii de transfer de date in retea. Cea mai raspindita dintre ele in zilele noastre se numeste ethernet si foloseste perechile P2 si P3 pentru comunicatie. O alta tehnologie care se merita amintita provine de la IBM si se numeste token-ring, si care foloseste perechile P1 si P3. In acest articol vom face referire in continuare la tehnologia ethernet.

NOTA IMPORTANTA: A nu se confunda numerotarea perechilor cu numerotarea pinilor.

Pentru a conecta o placa de retea (un PC) la un switch, in standardul TIA/EIA 568 s-a decis sa se foloseasca un cablu drept, adica cele doua mufe RJ45 de la capatul cablului ethernet vor avea o corespondenta de 1 la 1 intre perechi. Din aceasta cauza i se mai spune si cablu de retea drept (sau normal, sau straight pe numele sau englezesc):

Trebuie observat faptul ca functiile Tx si Rx sint conectate « pe dos » la hub/switch fata de conectarea la PC, pt. a se putea obtine functionalitatea necesara (vezi fig. 2).

Ce putem face in situatia in care avem de conectat doua PC-uri direct (fara switch) ? Logica invatata mai sus ne sugereaza ca ar trebui sa modificam cablul, dupa cum urmeaza:

In primul rind faptul ca sint « inversate » numai perechile 2 (pinii 1,2) si 3 (pinii 3,6). Celelalte doua perechi sint tot conectate normal. Daca vom folosi cablul cross pt. a conecta un PC intr-un switch, acesta nu va functiona (*)
Il putem folosi insa cu succes pentru a conecta doua echipamente ethernet intre ele, fara a avea nevoie de un switch (de exemplu ne putem conecta laptop-ul de servici la PC-ul de acasa cu scopul de a ne transfera fisierele mp3 pe laptop)
De asemenea, putem folosi cu succes cablul cross pentru a conecta doua switch-uri intre ele, facind posibila comunicatia unui PC conectat intr-un switch cu alt PC conectat in celalalt switch. Fara cablul cross care sa interconecteze cele doua switch-uri nu ar fi existat nici o alta cale fizica de comunicare

(*) Standardele de retea nu recunosc cablul cross. El a fost creat pentru a rezolva anumite cazuri practice. Pentru a elimina necesitatea folosirii unui cablu inversor in cazurile speciale, a fost pusa la punct o facilitate numita MDI/MDIX, care permite detectarea automata a perechii pe care se conecteaza Receptia, iar apoi se stabileste Emisia pe cealalta pereche. In acest fel, echipamentul care are porturi ethernet MDI/MDIX poseda « inteligenta » de a-si inversa singur Emisia cu Receptia in scopul asigurarii conectarii « cross » prin intermediul unui cablu de retea normal. O solutie mai veche consta in folosirea unui mic comutator mecanic plasat linga portul de retea prevazut sa asigure conectarea cu un alt echipament activ (router sau switch). Prin apasarea lui se inversau conexiunile interne dintre circuitele electronice interne si mufa RJ45.

De obicei o tehnologie mai buna necesita si un cablu mai performant. Dar proiectarea costa. Goana dupa rate mai mari de transfer fara a necesita schimbarea cablurilor a dus la aparitia tehnologiei 1000BaseT. Un inginer pragmatic s-a gindit sa foloseasca ceea ce exista deja fara a fi de fapt utilizat: celelalte 2 perechi de fire nefolosite din cablul cat. 5. Adica sa foloseasca toate cele 4 perechi din cablul UTP.

De asemenea, s-a imbunatatit codificarea semnalului electric (codare PAM-5) si astfel s-a obtinut o rata de transfer de 1000Mbps pe un cablu cat 5e (un cablu cat 5 usor imbunatatit). Cum a fost marita rata de transfer si cum putem face un cablu cross pentru 1Gbps veti afla in partea a doua a articolului.