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Sistemi e Reti 1

Modulo 1 — Mezzi Trasmissivi | Hands on Stem
Modulo 1 di 10

Mezzi Trasmissivi

Il livello fisico della rete: cavi in rame, fibra ottica, connettori e standard di cablaggio. Da qui passa ogni singolo bit.

Prof. D. Bertolino Hands on Stem Sistemi e Reti

1.1 Il Livello Fisico: dove tutto inizia

Prima di parlare di IP, protocolli o applicazioni, c’è una domanda fondamentale: come fanno i bit a viaggiare da un dispositivo all’altro? La risposta è il mezzo trasmissivo: il canale fisico su cui si propagano i segnali elettrici, luminosi o elettromagnetici.

Definizione

Un mezzo trasmissivo è il supporto fisico utilizzato per trasportare segnali tra due o più dispositivi di rete. Può essere guidato (cavo in rame, fibra ottica) o non guidato (onde radio, infrarossi, microonde).

In questo modulo ci concentreremo sui mezzi guidati — quelli che troverai in ogni armadio di rete, ogni laboratorio e ogni data center. I mezzi wireless saranno approfonditi nel contesto degli Access Point (Modulo 3).

🔌 Rame
Segnale elettrico. Economico, flessibile, distanza limitata (max ~100 m). Soggetto a interferenze EMI.
💡 Fibra Ottica
Segnale luminoso. Altissima banda, immune a EMI, distanze enormi (fino a 80+ km). Più costosa e fragile.
📡 Wireless
Segnale elettromagnetico. Nessun cavo, mobilità totale. Soggetto a interferenze, attenuazione, sicurezza.

1.2 Il Doppino Intrecciato (Twisted Pair)

Il doppino intrecciato è il mezzo trasmissivo più diffuso nelle LAN. È composto da 4 coppie di fili di rame, ciascuna intrecciata su se stessa. L’intreccio non è casuale: serve a ridurre la diafonia (crosstalk) tra le coppie e le interferenze elettromagnetiche esterne (EMI).

Più stretto è il passo di intreccio, migliore è la protezione. Per questo le categorie più alte (Cat 6a, 7, 8) hanno intrecci molto più fitti e spesso schermature aggiuntive.

Perché si intrecciano i fili?

Quando un segnale viaggia su un filo, genera un piccolo campo elettromagnetico che può interferire con i fili vicini (diafonia). Intrecciando i due fili di ogni coppia, i campi si annullano a vicenda. È lo stesso principio dei cavi audio bilanciati nei microfoni professionali.

Tipi di schermatura

Il doppino si classifica in base alla schermatura presente. La nomenclatura segue lo standard ISO/IEC 11801 nel formato X/YTP, dove X è lo schermo globale e Y lo schermo per coppia:

UTP

U/UTP — Unshielded

  • Nessuna schermatura
  • Economico e flessibile
  • Facile da terminare
  • Sensibile a EMI

Il più usato in uffici e ambienti domestici

FTP / F-UTP

F/UTP — Foiled

  • Foglio metallico attorno a tutte le coppie
  • Buon compromesso costo/protezione
  • Richiede messa a terra
  • Meno flessibile di UTP

Uffici con disturbi moderati

STP / S-FTP

S/FTP — Shielded + Foiled

  • Schermo individuale su ogni coppia
  • Più schermo globale esterno
  • Massima protezione EMI
  • Rigido, costoso, richiede connettori speciali

Ambienti industriali e data center

1.3 Categorie di Cavo: da Cat 5e a Cat 8

Le categorie (Cat) definiscono le prestazioni del cavo: velocità massima, banda passante, distanza e livello di diafonia tollerato. Sono standardizzate da TIA/EIA e ISO/IEC.

CategoriaVelocità maxBandaDistanza maxSchermatura tipicaUso tipico
Cat 5e1 Gbps100 MHz100 mUTPLAN legacy, uffici vecchi
Cat 61 Gbps *250 MHz100 mUTP / FTPLAN standard, Gigabit Ethernet
Cat 6a10 Gbps500 MHz100 mFTP / STPScelta raccomandata per nuove installazioni
Cat 710 Gbps600 MHz100 mS/FTPAmbienti industriali, EMI elevata
Cat 7a10 Gbps1000 MHz100 mS/FTPVideo 4K professionale, broadcasting
Cat 825/40 Gbps2000 MHz30 mS/FTPData center, collegamento switch-to-switch

* Cat 6 supporta 10 Gbps fino a 55 m; oltre questa distanza scende a 1 Gbps.

Regola pratica per le nuove installazioni

Per nuovi cablaggi, la scelta migliore oggi è Cat 6a: supporta 10 Gbps su tutta la distanza di 100 metri ed è un investimento a prova di futuro. Cat 5e è obsoleto per nuovi impianti. Cat 8 ha senso solo per tratte brevi in data center (max 30 m).

Attenzione: il cavo è solo una parte

La velocità effettiva dipende dall’intera catena: cavo + connettori + patch panel + switch. Se usi un cavo Cat 6a ma i connettori sono Cat 5e, le prestazioni saranno limitate dal componente peggiore. Questo principio si chiama link budget.

1.4 Fibra Ottica

La fibra ottica trasporta i dati come impulsi di luce attraverso un nucleo di vetro ultrapuro. Rispetto al rame, offre vantaggi enormi in termini di banda, distanza e immunità ai disturbi — ma è più costosa e delicata da installare.

Struttura della fibra

Una fibra ottica è composta da tre strati concentrici: il core (nucleo in vetro dove viaggia la luce), il cladding (rivestimento con indice di rifrazione diverso che “intrappola” la luce) e il coating (guaina protettiva esterna). Il diametro totale è paragonabile a un capello.

Esistono due tipi fondamentali di fibra, che si distinguono per il diametro del core e la modalità di propagazione della luce:

MMF — Multimodale
  • Core: 50 o 62.5 µm (largo)
  • Sorgente: LED o VCSEL
  • Distanza: fino a 550 m (10G)
  • Costo: più economica
  • Connettori: LC, SC — colore arancione
  • Uso: LAN, data center interni, backbone di edificio

Più modi di propagazione → dispersione modale → distanza limitata

SMF — Monomodale
  • Core: 9 µm (sottilissimo)
  • Sorgente: Laser
  • Distanza: fino a 80+ km
  • Costo: più costosa (soprattutto le ottiche)
  • Connettori: LC, SC — colore giallo
  • Uso: WAN, backbone tra edifici, ISP, dorsali

Un solo modo di propagazione → nessuna dispersione → distanza enorme

Vantaggi della fibra rispetto al rame

Immune a EMI — nessuna interferenza elettromagnetica.
Nessuna diafonia — la luce non si “spande” tra fibre adiacenti.
Banda enorme — ordini di grandezza superiore al rame.
Distanze maggiori — fino a 80 km senza rigenerazione (SMF).
Sicurezza — non emette segnali elettrici intercettabili dall’esterno.
Peso ridotto — molto più leggera del rame a parità di capacità.

Connettori per fibra ottica

ConnettoreTipoDimensioneUso tipico
LCLucent ConnectorPiccolo (1.25 mm)Il più usato oggi — switch, server, SFP/SFP+
SCSubscriber ConnectorStandard (2.5 mm)Patch panel, impianti legacy, FTTH
STStraight TipStandard (2.5 mm)Legacy — installazioni vecchie
MPO/MTPMulti-fiber Push-OnMulti-fibra (12-24 fibre)Data center ad alta densità, 40G/100G

1.5 Connettore RJ-45 e Standard T568A/B

Il connettore RJ-45 (Registered Jack 45) è il connettore universale per i cavi Ethernet in rame. Ha 8 pin corrispondenti ai 4 coppie del doppino. L’ordine dei colori dei fili nei pin segue due standard:

T568A
1 Bianco/Verde
2 Verde
3 Bianco/Arancio
4 Blu
5 Bianco/Blu
6 Arancio
7 Bianco/Marrone
8 Marrone
T568B
1 Bianco/Arancio
2 Arancio
3 Bianco/Verde
4 Blu
5 Bianco/Blu
6 Verde
7 Bianco/Marrone
8 Marrone

La differenza tra T568A e T568B è semplice: le coppie verde e arancio sono scambiate di posizione. I pin 4-5 (blu) e 7-8 (marrone) restano identici.

Cavo dritto vs cavo incrociato

Cavo Dritto (Straight-through)

Entrambe le estremità crimpate con lo stesso standard (es. T568B — T568B).

Uso: PC → Switch, Switch → Router, PC → Access Point. È il cavo che usi nel 99% dei casi.

Cavo Incrociato (Crossover)

Un’estremità T568A, l’altra T568B. I pin TX e RX vengono scambiati.

Uso: PC → PC, Switch → Switch (dispositivi “simili”). Oggi quasi obsoleto grazie ad Auto MDI-X.

Auto MDI-X: la fine del cavo incrociato

Tutti gli switch moderni (dal ~2005) supportano Auto MDI-X: rilevano automaticamente il tipo di connessione e scambiano internamente i pin se necessario. Questo rende il cavo incrociato praticamente inutile. Tuttavia, all’esame potresti dover distinguere i due tipi — quindi è importante conoscerli.

1.6 Cenni di Cablaggio Strutturato

In un edificio reale, i cavi non vanno “alla rinfusa”. Il cablaggio strutturato (standard TIA/EIA-568) definisce un’architettura gerarchica per organizzare l’infrastruttura di rete:

ComponenteFunzioneDove si trova
Presa utente (TO)Punto di accesso alla rete per il dispositivoScrivania, laboratorio, aula
Cavo orizzontaleCollega la presa utente al patch panel (max 90 m)Sotto pavimento / controsoffitto
Patch panelPannello di terminazione dei cavi orizzontaliArmadio di piano (rack)
Patch cordCavo corto che collega patch panel → switchArmadio di piano
Cavo di dorsale (backbone)Collega gli armadi di piano tra loro (fibra)Cavedi verticali dell’edificio
MDF / IDFArmadio principale (MDF) e secondari (IDF)Locale tecnico / piano
Regola dei 100 metri

Per Ethernet su rame, la distanza massima tra switch e dispositivo è 100 m, suddivisi così: 90 m di cavo orizzontale fisso + 5 m di patch cord lato utente + 5 m di patch cord lato armadio. Oltre questa distanza serve un repeater, uno switch intermedio o la fibra ottica.

1.7 Confronto Riassuntivo: Rame vs Fibra

CaratteristicaRame (Twisted Pair)Fibra Ottica
SegnaleElettricoLuminoso (LED / Laser)
Banda tipica1-10 Gbps10-400 Gbps
Distanza max100 m550 m (MMF) – 80+ km (SMF)
Immunità EMIBassa (UTP) – Media (STP)Totale
DiafoniaPresente (ridotta dall’intreccio)Assente
Costo cavoBassoMedio
Costo installazioneBasso (crimpatura semplice)Alto (giunzione/fusione)
FlessibilitàAltaMedia (raggio di curvatura minimo)
SicurezzaBassa (emette EMI intercettabili)Alta (nessuna emissione)
Alimentazione PoESì (PoE/PoE+)No
Quando scegliere cosa?

Rame → cablaggio orizzontale (presa utente → armadio di piano), quando serve PoE (telecamere, AP, telefoni VoIP), distanze sotto 100 m.
Fibra → dorsali tra armadi/edifici, tratte lunghe, ambienti con forti interferenze, collegamento ad alta velocità tra switch core.

🧪 Verifica di Autovalutazione

01 A cosa serve l’intreccio delle coppie nel doppino?
02 Qual è la differenza tra UTP, FTP e STP?
03 Quale categoria di cavo consiglieresti per una nuova LAN 10 Gbps? Perché?
04 Qual è la distanza massima di un cavo Cat 8? Perché è così corto?
05 Spiega la differenza tra fibra multimodale e monomodale.
06 Di che colore è la guaina di una fibra monomodale? E di una multimodale?
07 Qual è la differenza tra T568A e T568B? Quali pin cambiano?
08 Quando si usa un cavo incrociato? Perché oggi è quasi obsoleto?
09 Cos’è la regola dei 100 metri nel cablaggio strutturato?
10 Cita due vantaggi della fibra rispetto al rame e un vantaggio del rame rispetto alla fibra.

Soluzioni

Domanda 01 — Intreccio delle coppie
L’intreccio serve a ridurre la diafonia (crosstalk) tra le coppie e le interferenze elettromagnetiche (EMI) esterne. I campi magnetici generati dai due fili intrecciati si annullano a vicenda, proteggendo il segnale.
Domanda 02 — UTP vs FTP vs STP
UTP (U/UTP): nessuna schermatura, economico, flessibile. FTP (F/UTP): foglio metallico (foil) attorno a tutte le coppie, buon compromesso. STP (S/FTP): schermo individuale su ogni coppia + schermo globale, massima protezione ma rigido e costoso.
Domanda 03 — Categoria consigliata per 10 Gbps
Cat 6a, perché supporta 10 Gbps su tutta la distanza di 100 m. Cat 6 supporta 10G solo fino a 55 m. Cat 7/7a è più costoso con vantaggi marginali. Cat 8 è limitato a 30 m.
Domanda 04 — Distanza Cat 8
Cat 8 ha una distanza massima di 30 m. A frequenze così alte (2000 MHz) l’attenuazione del segnale nel rame diventa troppo forte oltre questa distanza. È pensato per tratte brevi in data center (es. switch-to-server nello stesso rack).
Domanda 05 — MMF vs SMF
Multimodale (MMF): core largo (50/62.5 µm), la luce viaggia con più angoli (modi), dispersione modale limita la distanza (~550 m). Monomodale (SMF): core stretto (9 µm), un solo modo di propagazione, nessuna dispersione modale, raggiunge 80+ km. SMF usa laser, MMF usa LED o VCSEL.
Domanda 06 — Colori della fibra
Monomodale (SMF): guaina gialla. Multimodale (MMF): guaina arancione (50 µm) o acquamarina (OM3/OM4 ottimizzata per laser). Questi colori sono una convenzione che permette di distinguerle a colpo d’occhio.
Domanda 07 — T568A vs T568B
La differenza è nello scambio delle coppie verde e arancio. In T568A i pin 1-2 sono verde, 3-6 arancio. In T568B i pin 1-2 sono arancio, 3-6 verde. I pin 4-5 (blu) e 7-8 (marrone) restano identici in entrambi gli standard.
Domanda 08 — Cavo incrociato
Il cavo incrociato (crossover) ha un’estremità T568A e l’altra T568B: scambia TX e RX. Si usa per collegare dispositivi “simili” (PC↔PC, switch↔switch). È quasi obsoleto perché tutti gli switch moderni supportano Auto MDI-X, che rileva automaticamente la connessione e adatta i pin internamente.
Domanda 09 — Regola dei 100 metri
Per Ethernet su rame, la distanza massima tra switch e dispositivo è 100 m totali: 90 m di cavo orizzontale permanente + 5 m di patch cord lato utente + 5 m di patch cord lato armadio. Oltre questo limite il segnale si attenua troppo e servono repeater o fibra ottica.
Domanda 10 — Vantaggi fibra e rame
Fibra: (1) immune a EMI/diafonia, (2) distanze molto maggiori (fino a 80 km). Rame: supporta PoE (Power over Ethernet), permettendo di alimentare dispositivi come telecamere, access point e telefoni VoIP direttamente dal cavo di rete — impossibile con la fibra.
Hands on Stem — Corso di Sistemi e Reti — Prof. D. Bertolino