Livello fisico e cavi in rame: dal bit al doppino
Come il livello 1 OSI trasforma bit in segnali elettrici, le proprietà che degradano il segnale sul rame e perché categoria, schermatura e cablaggio T568 fanno la differenza.
1. Il ruolo del livello fisico
Il livello fisico (L1 OSI) trasmette una sequenza di bit grezzi su un mezzo fisico trasformandoli in segnali elettrici, ottici o radio. Non interpreta il contenuto: decide come rappresentare 0 e 1.
È il livello più basso e concreto dell'architettura di rete. Definisce tutto ciò che è fisicamente tangibile: mezzo trasmissivo, forma d'onda, tensioni, frequenze, connettori e piedinatura. Senza L1 funzionante, nessun protocollo superiore può operare.
Mezzi trasmissivi
Rame (doppino), fibra ottica, onde radio. Ogni mezzo ha attenuazione e immunità diverse.
Caratteristiche del segnale
Tensione, corrente, frequenza, codifica di linea (NRZ, Manchester, PAM...)
Connettori e interfacce
RJ45, SC/LC, BNC, antenne. Standard meccanici ed elettrici.
Apparati tipici di L1: schede di rete NIC, hub (obsoleto), ripetitori, modem, transceiver, patch panel. Oggi hub e coassiale sono legacy: li studiamo per capire l'evoluzione.
All'interrogazione dì: “L1 non corregge errori, non indirizza, non apre connessioni. Il suo compito è prendere un bit dal livello Data Link e consegnarlo come segnale all'altro capo del cavo. Fine.” Chiarezza = voto alto.
2. Proprietà fisiche dei cavi in rame
Nei cavi in rame ogni bit è un livello di tensione. Lungo il rame il segnale perde energia e subisce interferenze: le tre proprietà critiche da conoscere per la verifica.
| Proprietà | Cos'è | Effetto in rete | Come si mitiga |
|---|---|---|---|
| Resistenza | Oppostizione al passaggio di corrente, cresce con lunghezza e T | Caduta di tensione, riscaldamento, perdita di potenza | Sezione maggiore, rame puro, contatti dorati RJ45 |
| Attenuazione | Riduzione d'ampiezza in dB lungo il cavo. Peggiora con frequenza | Limita distanza: >100m il segnale non è più decodificabile | Cavi di categoria superiore, ripetitori, 100m max per Ethernet |
| Diafonia NEXT | Near-End Crosstalk: interferenza tra coppie nello stesso cavo, lato trasmittente | Errori, ritrasmissioni, calo throughput | Intreccio più stretto (twist), schermatura, separatore a croce |
| Diafonia FEXT / ACR | Far-End + Attenuation-to-Crosstalk Ratio: margine segnale/disturbo a fine tratta | Se ACR <0 il disturbo supera il segnale | Cat6a/7 con twist differenziato, certificazione Fluke |
Prendi un cavo Cat5e da 80m e un Cat6a da 80m. Con iperf3 vedrai che a 1 Gbps il Cat5e ha già errori FCS sporadici se vicino a cavi di alimentazione, mentre il Cat6a resta pulito grazie allo schermatura e al separatore interno. Misura con un tester economico il Wire Map e con Fluke DTX l'attenuazione: 20 dB a 100 MHz è tipico per Cat5e.
Dire “più lungo = più lento” è impreciso. La velocità nominale resta 1 Gbps, ma oltre 100m l'attenuazione rende il BER troppo alto: la scheda scende di velocità o perde link. Cita sempre attenuazione in dB e limite 100m TIA.
3. Doppino intrecciato: categorie e schermatura
Il twisted-pair ha 4 coppie intrecciate. L'intreccio cancella le interferenze: ogni mezza spira vede campo opposto, quindi il disturbo si annulla.
| Categoria | Freq. max | Velocità max @100m | Note costruttive |
|---|---|---|---|
| Cat5e | 100 MHz | 1 Gbps (1000BASE-T) | Minimo raccomandato oggi, UTP, economico |
| Cat6 | 250 MHz | 1 Gbps / 10 Gbps @55m | Separatore plastico, twist più stretto |
| Cat6a | 500 MHz | 10 Gbps @100m | Schermatura consigliata, alien crosstalk ridotto – standard per nuove installazioni |
| Cat7 / Cat7a | 600-1000 MHz | 10 Gbps + margine, 40G @50m (non IEEE) | Ogni coppia schermata (S/FTP), connettore GG45/Tera legacy |
| Cat8 | 2000 MHz | 25/40 Gbps @30m | Data center, S/FTP, distanza ridotta, PoE limitato |
Schermatura: UTP vs FTP/STP
Unshielded
Nessuna schermatura. Leggero, flessibile, economico. Ottimo fino a Cat6 se ambiente pulito.
Foiled
Lamina globale attorno alle 4 coppie. Buon compromesso vs EMI, messa a terra semplice.
Shielded
Calza + lamina per coppia. Massima protezione, rigido, richiede terra corretta.
Per l'aula: compra un spezzone Cat6a S/FTP e uno UTP. Fai spellare i due: lo S/FTP ha foglio argentato e treccia. Spiega che se non colleghi la schermatura a terra su entrambi i lati, diventa antenna e peggiora! Motivo per cui in laboratorio scolastico usiamo UTP o F/UTP.
4. Cablaggio T568, straight vs crossover e MDI/MDIX
Lo standard TIA/EIA-568 definisce la piedinatura RJ45 a 8 poli. Due varianti: T568A e T568B. Differiscono solo per lo scambio di coppia verde/arancio. In Italia usiamo quasi sempre B.
1 Bianco/Arancio – 2 Arancio – 3 Bianco/Verde – 4 Blu – 5 Bianco/Blu – 6 Verde – 7 Bianco/Marrone – 8 Marrone
Pin 1-2 = TX, Pin 3-6 = RX in 10/100M. In Gigabit tutti i 4 pair bidirezionali.
1 Bianco/Verde – 2 Verde – 3 Bianco/Arancio – 4 Blu – 5 Bianco/Blu – 6 Arancio – 7 Bianco/Marrone – 8 Marrone
Compatibile a livello di coppia: differenza solo colori. Non mischiare se non per crossover.
| Tipo cavo | Estremità A | Estremità B | Quando si usa (storicamente) |
|---|---|---|---|
| Straight (dritto) | T568B | T568B | DTE ↔ DCE: PC → Switch, Router → Switch, AP → Switch |
| Crossover | T568B | T568A | DTE ↔ DTE o DCE ↔ DCE: PC↔PC, Switch↔Switch (senza Auto MDI/X) |
Quasi tutti i dispositivi moderni (dal 2005) hanno Auto MDI/MDIX: rilevano automaticamente TX/RX e si incrociano via software. Quindi oggi puoi usare sempre cavi dritti. All'esame, però, devi ancora sapere quando serviva il crossover!
Non confondere RJ45 (8P8C) con RJ11 telefonico (4P4C/6P4C) più piccolo. Non entra nello stesso jack e non regge Gigabit. In laboratorio etichetta i cassetti!
5. Il cavo coassiale: struttura e utilizzi
Struttura a strati concentrici: conduttore centrale in rame, dielettrico, schermatura (calza/lamina) e guaina esterna. Impedenza tipica 50Ω per dati, 75Ω per TV.
10Base2 / 10Base5
RG-58 185m thin, RG-8 500m thick, connettori BNC a T e terminatori. Obsoleto ma da conoscere.
TV, CCTV, antenne
RG-6 75Ω per TV via cavo/satellite, videosorveglianza analogica HD, ponti radio.
6. Verifica e attività pratica
🔬 Attività in laboratorio
Con crimpatrice, tester wire-map e due patch panel prepara:
- Un cavo straight T568B-T568B Cat6 lungo 5m, certificalo con tester: tutti gli 8 LED devono andare in sequenza 1-8
- Un cavo crossover T568B-T568A, spiega perché oggi non serve più con Auto MDI/MDIX e verifica con due switch legacy vs moderni
- Confronta Cat5e UTP e Cat6a F/UTP: misura attenuazione vicino a una ciabatta elettrica, documenta NEXT/FEXT con foto dell'analizzatore
- Domanda: perché Cat8 è limitato a 30m ma supporta 25 Gbps? Collega risposta a frequenza 2000 MHz e alien crosstalk
Cat8 usa frequenza 4× rispetto a Cat6a, quindi attenuazione per metro molto più alta: per mantenere ACR positivo deve limitare la lunghezza. Auto MDI/MDIX elimina crossover perché il PHY rileva la coppia e commuta internamente via alg. DSP. In ambienti industriali preferiamo F/UTP con terra a barra equipotenziale, non UTP.
7. Riepilogo e concetti chiave
📚 Prossimo passo — Fibra ottica e trasmissione wireless
Dopo il rame, saliamo di prestazioni: come luce in fibra monomodale/multimodale e onde radio Wi-Fi superano limiti di attenuazione e diafonia, ma introducono dispersione e fading.