OSI Physical Layer

Capa fsica del modelo OSICAPA FISICANN1Servicios y protocolos de la capa fsicaLos protocolos de la capa superior de OSI preparan los datos desde la red humana para realizar la transmisin hacia su destino. La capa fsica controla de qu manera se ubican los datos en los medios de comunicacin.La funcin de la capa fsica de OSI es la de codificar en seales los dgitos binarios que representan las tramas de la capa de Enlace de datos, adems de transmitir y recibir estas seales a travs de los medios fsicos (alambres de cobre, fibra ptica o medio inalmbrico) que conectan los dispositivos de la red.

N2Servicios y protocolos de la capa fsicaEsta capa acepta una trama completa desde la capa de Enlace de datos y lo codifica como una secuencia de seales que se transmiten en los medios locales. Un dispositivo final o un dispositivo intermedio recibe los bits codificados que componen una trama.El envo de tramas a travs de medios de transmisin requiere los siguientes elementos de la capa fsica: Medios fsicos y conectores asociados.Una representacin de los bits en los medios.Codificacin de los datos y de la informacin de control.Sistema de circuitos del receptor y transmisor en los dispositivos de red.

N3Servicios y protocolos de la capa fsicaLos medios no transportan la trama como una nica entidad. Los medios transportan seales, una por vez, para representar los bits que conforman la trama.Existen tres tipos bsicos de medios de red en los cuales se representan los datos:Cable de cobreFibraInalmbricoLa presentacin de los bits depende del tipo de medio. Para los medios de cable de cobre, las seales son patrones de pulsos elctricos. Para los medios de fibra, las seales son patrones de luz. Para los medios inalmbricos, las seales son patrones de transmisiones de radio.

N4Servicios y protocolos de la capa fsicaAl igual que otras tecnologas asociadas con la capa de Enlace de datos, las tecnologas de la capa fsica se definen por diferentes organizaciones, tales como:La Organizacin Internacional para la Estandarizacin (ISO) El Instituto de Ingenieros Elctricos y Electrnicos (IEEE)El Instituto Nacional Estadounidense de Estndares (ANSI) La Unin Internacional de Telecomunicaciones (ITU) La Asociacin de Industrias Electrnicas/Asociacin de la Industria de las Telecomunicaciones (EIA/TIA)Autoridades de las telecomunicaciones nacionales, como la Comisin Federal de Comunicaciones (FCC) en EE.UU.

N5Servicios y protocolos de la capa fsicaHardware y tecnologas de la Capa fsicaLas tecnologas definidas por estas organizaciones incluyen cuatro reas de estndares de la capa fsica:Propiedades fsicas y elctricas de los medios Propiedades mecnicas (materiales, dimensiones, diagrama de pines) de los conectores Representacin de los bits por medio de las seales (codificacin) Definicin de las seales de la informacin de controlTodos los componentes de hardware, como adaptadores de red (NIC, Tarjeta de interfaz de red), interfaces y conectores, material y diseo de los cables, se especifican en los estndares asociados con la capa fsica.

NServicios y protocolos de la capa fsicaLas tres funciones esenciales de la capa fsica son:Los componentes fsicos: dispositivos electrnicos de hardware, medios y conectores que transmiten y transportan las seales para representar los bits.Codificacin de datos: mtodo utilizado para convertir un stream de bits de datos en un cdigo predefinido. Los cdigos son grupos de bits utilizados para ofrecer un patrn predecible que pueda reconocer tanto el emisor como el receptor. La utilizacin de patrones predecibles permite distinguir los bits de datos de los bits de control y ofrece una mejor deteccin de errores en los medios. Sealizacin: La capa fsica debe generar las seales inalmbricas, pticas o elctricas que representan el "1" y el "0" en los medios. El mtodo de representacin de bits se denomina mtodo de sealizacin.

N7La transmisin de la trama a travs de los medios se realiza mediante un stream de bits enviados uno por vez. La capa fsica representa cada uno de los bits de la trama como una seal. En la capa fsica del nodo receptor, las seales se vuelven a convertir en bits. Luego se examinan los bits para los patrones de bits del comienzo y el final de la trama con el objetivo de determinar si se ha recibido una trama completa. Luego la capa fsica enva todos los bits de una trama a la capa de Enlace de datos. El envo exitoso de bits requiere de algn mtodo de sincronizacin entre el transmisor y el receptor. Sealizacin y codificacin de la capa fsica

N8Sealizacin y codificacin de la capa fsicaMtodos de sealizacinLos bits se representan en el medio al cambiar una o ms de las siguientes caractersticas de una seal:AmplitudFrecuenciaFase El mtodo de sealizacin utilizado debe ser compatible con un estndar para que el receptor pueda detectar las seales y decodificarlas. El estndar incluye un acuerdo entre el transmisor y el receptor sobre cmo representar los 1 y los 0. Si no existe un acuerdo de sealizacin, es decir, si se utilizan diferentes estndares en cada extremo de la transmisin, la comunicacin a travs del medio fsico no se podr llevar a cabo.NSealizacin y codificacin de la capa fsicaSealizacin NRZSin retorno a cero (NRZ). En NRZ, el stream de bits se transmite como una secuencia de valores de voltaje, tal como se muestra en la figura.Un valor de bajo voltaje representa un 0 lgico y un valor de alto voltaje representa un 1 lgico. El intervalo de voltaje depende del estndar especfico de capa fsica utilizado.

NSealizacin y codificacin de la capa fsicaCodificacin ManchesterEn lugar de representar bits como impulsos de valores simples de voltaje, en el esquema de codificacin Manchester, los valores de bit se representan como transiciones de voltaje. Por ejemplo, una transicin desde un voltaje bajo a un voltaje alto representa un valor de bit de 1. Una transicin desde un voltaje alto a un voltaje bajo representa un valor de bit de 0.

NSealizacin y codificacin de la capa fsica La capa fsica del dispositivo de red debe ser capaz de detectar seales legtimas de datos e ignorar seales aleatorias sin datos que tambin pueden encontrarse en el medio fsico. El stream de seales que se transmite necesita iniciarse de tal forma que el receptor reconozca el comienzo y el final de la trama. Patrones de seales: Una forma de detectar tramas es iniciar cada trama con un patrn de seales que represente los bits que la capa fsica reconoce como indicador del comienzo de una trama. Otro patrn de bits sealizar el final de la trama.

N12Sealizacin y codificacin de la capa fsica Los diferentes medios fsicos admiten la transferencia de bits a distintas velocidades. La transferencia de datos puede medirse de tres formas: Ancho de banda: La capacidad que posee un medio de transportar datos. Se mide en kilobits por segundo (kbps) o megabits por segundo (Mbps). Rendimiento (throughput): es la medida de transferencia de bits a travs de los medios durante un perodo de tiempo determinado. Capacidad de transferencia til: es la medida de datos utilizables transferidos durante un perodo de tiempo determinado.

N13Caractersticas y usos de los medios de red Muchas organizaciones que establecen estndares han contribuido con la definicin de las propiedades mecnicas, elctricas y fsicas de los medios disponibles para diferentes comunicaciones de datos. Estas especificaciones garantizan que los cables y conectores funcionen segn lo previsto mediante diferentes implementaciones de la capa de Enlace de datos.Los estndares para los medios de cobre se definen segn lo siguiente:Tipo de cableado de cobre utilizado.Ancho de banda de la comunicacin.Tipo de conectores utilizados.Diagrama de pines y cdigos de colores de las conexiones a los medios.Distancia mxima de los medios.

N14Caractersticas y usos de los medios de redMedios de cobre:El medio ms utilizado para las comunicaciones de datos es el cableado que utiliza alambres de cobre para sealizar bits de control y datos entre los dispositivos de red. El cableado utilizado para las comunicaciones de datos generalmente consiste en una secuencia de alambres individuales de cobre que forman circuitos que cumplen objetivos especficos de sealizacin. Otros tipos de cableado de cobre, conocidos como cables coaxiales, tienen un conductor simple que circula por el centro del cable envuelto por el otro blindaje, pero est aislado de ste. El tipo de medio de cobre elegido se especifica mediante el estndar de la capa fsica necesario para enlazar las capas de Enlace de datos de dos o ms dispositivos de red.

NInterferencia de seal externaLos datos se transmiten en cables de cobre como impulsos elctricos. Un detector en la interfaz de red de un dispositivo de destino debe recibir una seal que pueda decodificarse exitosamente para que coincida con la seal enviada.Los valores de voltaje y sincronizacin en estas seales son susceptibles a la interferencia o "ruido" generado fuera del sistema de comunicaciones. Estas seales no deseadas pueden distorsionar y corromper las seales de datos que se transportan a travs de los medios de cobre. Las ondas de radio y los dispositivos electromagnticos como luces fluorescentes, motores elctricos y otros dispositivos representan una posible fuente de ruido. Los tipos de cable con blindaje o trenzado de pares de alambre estn diseados para minimizar la degradacin de seales debido al ruido electrnico.

Caractersticas y usos de los medios de red

N16Caractersticas y usos de los medios de red El cableado de par trenzado no blindado (UTP), como se utiliza en las LAN Ethernet, consiste en cuatro pares de alambres codificados por color que han sido trenzados y cubiertos por un revestimiento de plstico flexible.El trenzado cancela las seales no deseadas. Cuando dos alambres de un circuito elctrico se colocan uno cerca del otro, los campos electromagnticos externos crean la misma interferencia en cada alambre. Cuando esta interferencia comn se encuentra en los alambres del par trenzado, el receptor los procesa de la misma manera pero en forma opuesta. Como resultado, las seales provocadas por la interferencia electromagntica desde fuentes externas se cancelan de manera efectiva.

N17Caractersticas y usos de los medios de redEste efecto de cancelacin ayuda adems a evitar la interferencia proveniente de fuentes internas denominada crosstalk. Crosstalk es la interferencia ocasionada por campos magnticos alrededor de los pares adyacentes de alambres en un cable. Cuando la corriente elctrica fluye a travs de un alambre, se crea un campo magntico circular a su alrededor. NCuando la corriente fluye en direcciones opuestas en los dos alambres de un par, los campos magnticos, como fuerzas equivalentes pero opuestas, producen un efecto de cancelacin mutua. Adems, los distintos pares de cables que se trenzan en el cable utilizan una cantidad diferente de vueltas por metro para ayudar a proteger el cable de la crosstalk entre los pares.

NCaractersticas y usos de los medios de redEstndares de cableado UTP: TIA/EIA-568A estipula los estndares comerciales de cableado para las instalaciones LAN y es el estndar de mayor uso en entornos de cableado LAN. Algunos de los elementos definidos son: Tipos de cablesLongitudes de los cables ConectoresTerminacin de los cables Mtodos para realizar pruebas de cable Los cables se dividen en categoras segn su capacidad para transportar datos de ancho de banda a velocidades mayores. Por ejemplo, el cable de Categora 5 (Cat5) se utiliza comnmente en las instalaciones de FastEthernet 100BASE-TX. Otras categoras incluyen el cable de Categora 5 mejorado (Cat5e) y el de Categora 6 (Cat6). NCaractersticas y usos de los medios de redTipos de cable UTP: El cableado UTP, con una terminacin de conectores RJ-45, es un medio comn basado en cobre para interconectar dispositivos de red, como computadoras, y dispositivos intermedios, como routers y switches de red. Segn las diferentes situaciones, es posible que los cables UTP necesiten armarse segn las diferentes convenciones para los cableados. Esto significa que los alambres individuales del cable deben conectarse en diferentes rdenes para distintos grupos de pins en los conectores RJ-45. Cable directo de EthernetCruzado de EthernetConsola

NCaractersticas y usos de los medios de red Cable coaxial: consiste en un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante flexible. El coaxial es un tipo de cable importante que se utiliza en tecnologas de acceso inalmbrico o por cable. Cable de par trenzado blindado (STP): STP utiliza dos pares de alambres que se envuelven en una malla de cobre tejida o una hoja metlica. El cable STP cubre todo el grupo de alambres dentro del cable al igual que los pares de alambres individuales. STP ofrece una mejor proteccin contra el ruido que el cableado UTP pero a un precio considerablemente superior.

N22Caractersticas y usos de los medios de red Peligro por electricidadUno de los posibles problemas de los medios de cobre es que los alambres de cobre pueden conducir la electricidad de manera no deseada. Peligros de incendioEl revestimiento y aislamiento de los cables pueden ser inflamables o producir emanaciones txicas cuando se calientan o se queman.

N23Caractersticas y usos de los medios de red El cableado de fibra ptica utiliza fibras de plstico o de vidrio para guiar los impulsos de luz desde el origen hacia el destino. Los bits se codifican en la fibra como impulsos de luz. El cableado de fibra ptica puede generar velocidades muy superiores de ancho de banda para transmitir datos sin procesar.Este medio es inmune a la interferencia electromagntica y no conduce corriente elctrica no deseada cuando existe un problema de conexin a tierra. Las fibras pticas pueden utilizarse en longitudes mucho mayores que los medios de cobre sin la necesidad de regenerar la seal, ya que son finas y tienen una prdida de seal relativamente baja.

N24Caractersticas y usos de los medios de redLos cables de fibra ptica pueden clasificarse en dos tipos: monomodo y multimodo.La fibra ptica monomodo transporta un slo rayo de luz, generalmente emitido desde un lser. Este tipo de fibra puede transmitir impulsos pticos en distancias muy largas.La fibra ptica multimodo a menudo utiliza emisores LED que no generan una nica ola de luz coherente. En cambio, la luz de un LED ingresa a la fibra multimodo en diferentes ngulos.

NCaractersticas y usos de los medios de red Las tecnologas inalmbricas de comunicacin de datos funcionan bien en entornos abiertos. Sin embargo, existen determinados materiales de construccin utilizados en edificios y estructuras, adems del terreno local, que limitan la cobertura efectiva. El medio inalmbrico tambin es susceptible a la interferencia y puede distorsionarse por dispositivos comunes como telfonos inalmbricos domsticos, algunos tipos de luces fluorescentes, hornos microondas y otras comunicaciones inalmbricas.Los dispositivos y usuarios que no estn autorizados a ingresar a la red pueden obtener acceso a la transmisin, ya que la cobertura de la comunicacin inalmbrica no requiere el acceso a una conexin fsica de los medios. Por lo tanto, la seguridad de la red es el componente principal de la administracin de redes inalmbricas.

N26Caractersticas y usos de los medios de redTipos de redes inalmbricasIEEE estndar 802.11: Comnmente denominada Wi-Fi, se trata de una tecnologa LAN inalmbrica (Red de rea local inalmbrica, WLAN)IEEE estndar 802.15: Red de rea personal inalmbrica (WPAN) estndar, comnmente denominada "BluetoothIEEE estndar 802.16: Comnmente conocida como WiMAX Sistema global para comunicaciones mviles (GSM): Incluye las especificaciones de la capa fsica que habilitan la implementacin del protocolo Servicio general de radio por paquetes (GPRS) de capa 2 para proporcionar la transferencia de datos a travs de redes de telefona celular mvil.

NCaractersticas y usos de los medios de redLAN inalmbricaUna implementacin comn de transmisin inalmbrica de datos permite a los dispositivos conectarse en forma inalmbrica a travs de una LAN. En general, una LAN inalmbrica requiere los siguientes dispositivos de red:Punto de acceso inalmbrico (AP): Concentra las seales inalmbricas de los usuarios y se conecta, generalmente a travs de un cable de cobre, a la infraestructura de red existente basada en cobre, como Ethernet.Adaptadores NIC inalmbricos: Proporcionan capacidad de comunicacin inalmbrica a cada host de la red.Los estndares incluyen:IEEE 802.11a: opera en una banda de frecuencia de 5 GHz y ofrece velocidades de hasta 54 Mbps. Los dispositivos que operan conforme a este estndar no son interoperables con los estndares 802.11b y 802.11g.IEEE 802.11b: opera en una banda de frecuencia de 2.4 GHz y ofrece velocidades de hasta 11 Mbps. IEEE 802.11g: opera en una frecuencia de banda de 2.4 GHz y ofrece velocidades de hasta 54 Mbps. IEEE 802.11n: el estndar IEEE 802.11n se encuentra actualmente en desarrollo. El estndar propuesto define la frecuencia de 2.4 Ghz o 5 GHz. La velocidad tpica de transmisin de datos que se espera es de 100 Mbps a 210 Mbps con un alcance de distancia de hasta 70 metros.

NCaractersticas y usos de los medios de red El conector RJ-45 definido por ISO 8877 se utiliza para diferentes especificaciones de la capa fsica en las que se incluye Ethernet. Otra especificacin, EIA-TIA 568, describe los cdigos de color de los cables para colocar pines a las asignaciones (diagrama de pines) para el cable directo de Ethernet y para los cables de conexin cruzada.

N29Caractersticas y usos de los medios de redTerminacin correcta del conectorCada vez que se realiza la terminacin de un cableado de cobre, existe la posibilidad de que se pierda la seal y de que se genere ruido en el circuito de comunicacin. Las especificaciones de cableado de Ethernet en los lugares de trabajo establecen cules son los cables necesarios para conectar una computadora a un dispositivo intermediario de red activa. Cuando se realizan las terminaciones de manera incorrecta, cada cable representa una posible fuente de degradacin del funcionamiento de la capa fsica. Es fundamental que todas las terminaciones de medios de cobre sean de calidad superior para garantizar un funcionamiento ptimo con tecnologas de red actuales y futuras.

NCaractersticas y usos de los medios de redConectores comunes de fibra pticaPunta Recta (ST) (comercializado por AT&T): un conector muy comn estilo Bayonet, ampliamente utilizado con fibra multimodo.Conector suscriptor (SC): conector que utiliza un mecanismo de doble efecto para asegurar la insercin positiva. Este tipo de conector se utiliza ampliamente con fibra monomodo.Conector Lucent (LC): un conector pequeo que est adquiriendo popularidad en su uso con fibra monomodo; tambin admite la fibra multimodo. La terminacin y el empalme del cableado de fibra ptica requiere de equipo y capacitacin especiales. La terminacin incorrecta de los medios de fibra ptica producen una disminucin en las distancias de sealizacin o una falla total en la transmisin. NCaractersticas y usos de los medios de red

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