Fundamentos de redes informáticasCapítulo 2

MEDIOS DE TRANSMISIÓN

Los medios de trasmisión se pueden diferenciar dos grupos: Los cables o medios físicos (guiados).

Los medios inalámbricos.

LIMITACIONES FÍSICAS EN LOS MEDIOS DE TRANSMISIÓN

Una de las principales limitaciones físicas son las perturbaciones siendo las más significativas: Atenuación:

La potencia de la señal decae con distancia en cualquier medio de transmisión. Se pueden establecer tres puntos respecto a la atenuación:

- La señal recibida debe tener la suficiente potencia para que el receptor pueda detectar e interpretar la señal.

- Para ser recibida sin error la señal debe conservar un nivel suficientemente mayor que el ruido. - La atenuación es una función creciente de la frecuencia: a mayor frecuencia mayor atenuación.

Distorsión de retardo:Para una señal con una banda limitada de señal tiende a ir a mayor velocidad cerca de las frecuencias

centrales y disminuye la velocidad al acercase a los extremos. Este efecto se llama distorsión de retardo porque la señal recibida posee una distorsión debido a la diferencia de velocidades con las que llega al

receptor..Ruido:

Cuando se transmite una señal esta al ser recibida consistirá en la señal transmitida modificada por distorsiones. A estas distorsiones se les denomina ruido, y es uno de los factores de mayor importancia a

la hora de limitar las prestaciones de un sistema de comunicación.

La diafonía:Consiste en la interferencia de una canal próximo al nuestro, este produce una señal que es la suma de

la señal transmitida y otro señal externa atenuada que aparece de fondo.

Cableados o medios físicosEl cableado o conexiones alámbricas de la red es él vínculo físico entre todos los nodos y dispositivos de la red.

Cable COAXIL o COAXIAL:El cable coaxil está compuesto de un solo cable central y una malla, en cada extremo final debe asegurarse un “

terminador “ que cierre el circulo, tienen una resistencia de 50 ohms. ( que es la impedancia característica del cable). Una instalación correcta debe incluir puesta a tierra de UNO Y SOLO UNO de los terminadores.

El cable de 75 ohms se utiliza para la señal analógica y la señalización digital de alta velocidad.Existen 2 tipos de cable coaxil que se utiliza en una red: el delgado (10BSE-2) y el grueso (10BASE-5)

Coaxil delgado THINNET:Suele ser cable coaxil de 7 mm de diámetro, identificado por noma como RG-58/U. Utiliza conectores BNC.

Coaxil grueso THICKNET:Se usa en redes con banda de base de 10Mbps. El cable grueso para Ethernet es pesado, rígido y difícil de instalar,

además de ser el tipo de cable de cobre más costoso. Emplea conectores BNC. El mayor grosor y calidad del cable hace que pueda transportar señales a mayor distancia con la misma atenuación (hasta 500 mts.)

Conectores BNC (para cables coaxiles)Un conector BNC es un conector de alta calidad que encuentra en equipos electrónicos de alto nivel.

PAR TRENZADOEl cable de par trenzado o entrelazado, generalmente está formado por dos o cuatro pares de alambre que están como

retorcidos. La idea es que cada cable, al estar trenzado con el otro conductor, presenta menos influencia al ruido, a la interferencia. Este cable se utiliza para comunicación en la red y comunicación telefónica de grado superior. Hay básicamente dos versiones: el cable uTP ( par trenzado no aislado –Unshielded Twisted Pair-) o el cable STP ( par

trenzado mallado – Shielded Twisted Pair-). Emplea conectores RJ-45.El UTP presenta una velocidad de transmisión que depende del tipo de cable de par trenzado que se esté utilizando.

Está dividido en categorías por el EIA/TIA:Categoría 1: Alambre telefónico trenzado de calidad de voz no adecuado para las transmisiones de datos. Velocidad de

transmisión inferior a 1 Mbits/segCategoría 2: Cable de par trenzado sin blindaje (malla). Su velocidad de transmisión es de hasta 4 Mbits/seg.

Categoría 3: Velocidad de transmisión de 10 Mbits/seg. Con este tipo de cables se implementa las redes Ethernet 10-Base-T

Categoría 4: La velocidad de transmisión llega a 16 Mbits/seg.Categoría 5: Puede transmitir datos hasta 100 Mbits/seg.. Ethernet 100BASE-TX

Actualmente sólo son comunes 2 categorías: Categoría y Categoría 5. Cada segmento de cable no debe exceder de 100m.

ConectorR-45El cable 10BASE-T o 10BASE-TX utiliza conectores RJ-45, es parecido al que tenemos en nuestras líneas telefónicas (RJ-

11), solo que en vez de la posibilidad de usar 4 cables este posee 8.

Cable de fibra ópticaLa fibra óptica proporciona un método excepcionalmente atractivo para transmitir datos y señales de todo tipo con un mínimo de perdidas y libres de ruido. Adicionalmente, los cables de fibra óptica son livianos, seguros, estéticos y resistentes, pueden transmitir anchos de banda de varios gigahertz sobre distancias de varios kilómetros sin necesidad de repetidoras, no pueden ser interceptados por métodos corrientes, son inmunes a la Interferencia Electromagnética (EMI), las radiaciones nucleares y a otras formas de interferencia, no generan calor ni campos magnéticos, pueden transportar señales entre dispositivos con tierras separadas o conectados a voltajes diferentes, no pueden ser cortocircuitados, no transportan corrientes letales, ahorran espacio, pueden estar en forma paralelas a líneas de distribución de potencia, entre otras características. Una fibra óptica es un medio de transmisión de la luz que consiste básicamente en dos cilindros coaxiales de vidrios transparentes y de diámetros muy pequeños. El cilindro interior se denomina núcleo y el exterior se denomina envoltura. En la superficie de separación entre el núcleo y la envoltura se produce el fenómeno de reflexión total de la luz, al pasar éste de un medio a otro que tiene un índice de refracción más pequeño. Como consecuencia de esta estructura óptica todos los rayos de luz que se reflejan totalmente en dicha superficie se transmiten guiados a lo largo del núcleo de la fibra. La transmisión de la información en fibra óptica se basa en el fenómeno de la reflexión total, que se produce cuando el rayo de luz intenta pasar de un medio físico con un determinado índice de refracción determinado a otro medio con un índice de refracción menor que el primero con un ángulo de incidencia mayor que un determinado valor sobre el medio, lo que produce que el rayo se refleje y quede atrapado dentro de la fibra, lo que posibilita su encaminamiento.Existen tres tipos de cable de fibra óptica: Fibra monomodo: El diámetro del núcleo o fibra óptica es extremadamente fino. Este tipo de fibra proporciona un alto rendimiento, y un ancho de banda muy grande. pero hace que resulte muy difícil los empalmes o la conexión del cable a transmisores y otros dispositivos. Por otra parte el monomodo exige el uso como fuente luminosa de un láser, mucho mas caro que un LED. Alcanza distancias de 100 Km. Fibra multimodo de salto de índice: Estas fibras contienen un núcleo de alta resolución dentro de un revestimiento de resolución más baja. Las conexiones a otros dispositivos son más sencillas. Fibra multimodo de índice gradual: Estas fibras varían de densidad. Esta variación reduce la dispersión de las señales. Este es el tipo de fibra más popular. Los cables de fibra óptica tienen muchas aplicaciones en el campo de las comunicaciones de datos: Conexiones locales entre computadoras y periféricos o equipos de control y medición. Interconexión de computadoras y terminales mediante enlaces dedicados de fibra óptica. Enlaces de fibra óptica de larga distancia y gran capacidad.

Ventajas sobre los anteriores medios de transmisión: Muy baja atenuación. Excelente inmunidad al ruido electromagnético. Baja requerimiento de potencia para transmitir señales. Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura y no puede ser perturbada. Carencia de señales eléctricas en la fibra, por lo que no pueden dar chispas ni otros peligros. Son convenientes por lo tanto para trabajar en ambientes explosivos. Liviandad y reducido tamaño del cable capaz de llevar un gran número de señales. Compatibilidad con la tecnología digital. Pueden instalarse en medios hostiles(por ejemplo químicos), se deterioran menos que los cables eléctricos. Mayor velocidad de transmisión. Pueden lograrse velocidades por encima de 10 Gbit/s. Los cables de fibra óptica son apropiados para utilizar en una amplia gama de temperaturas. La vida media operacional y el tiempo medio entre fallas (MTBF) de un cable de fibra óptica son superiores a los de un cable eléctrico. Secreto de la información. Son mucho más difíciles de “pinchar” que los cables eléctricos. Esta última ventaja se convierte a su vez en un inconveniente, ya que los empalmes son difíciles de hacer, es

difícil hacer coincidir los núcleos de las fibras dado su reducido tamaño.

Desventajas: Los empalmes son difíciles de hacer, y requieren gente y equipo especializado. Los cortes y los empalmes en el cable producen pérdidas muy fuertes. Fragilidad de las fibras. Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo (lugar de falla). Alto costo El rayo luminoso se atenúa mucho, necesitando repetidores cada pocos kilómetros Su costo como solución global es todavía muy alto, en comparación con los medios anteriores. Las fibras ópticas son inherentemente unidireccionales.

SISTEMAS EN FIBRA OPTICA:

Un sistema en fibra óptica se compone básicamente de un transmisor o fuente de luz, un receptor o detector, el cable de fibra óptica propiamente dicho, una o más estaciones repetidoras y los elementos de interconexión correspondientes.En una red de fibra óptica se emplea un láser o diodo luminiscente para enviar una señal a lo largo del núcleo del cable. Frecuentemente se utilizan repetidores ópticos a lo largo del circuito de manera que llegue a su destino con toda su intensidad. En el extremo de recepción del cable, el mensaje se convierte de nuevo en una señal digital o analógica por medio de un fotodiodo.RESUMEN DE MEDIOS CABLEADOS Los cuatro factores que se deben tener en cuenta a la hora de elegir un cable para una red son: Topología de la RED Velocidad de transmisión que se quiere conseguir. Distancia máxima entre computadoras que se van a conectar. Nivel de ruido e interferencias habituales en la zona que se va a instalar la red.

MEDIOS INALÁMBRICOS En general estos medios (salvo el infrarrojo), son para unir distintas LAN. ENLACES ÓPTICOS AL AIRE LIBRE El principio de funcionamiento de un enlace óptico al aire libre es similar al de un enlace de fibra óptica, sin embargo el medio de transmisión no es un polímero o fibra de vidrio sino el aire. El emisor óptico produce un haz estrecho que se detecta en un sensor que puede estar situado a varios kilómetros en la línea de visión. Las aplicaciones típicas para estos enlaces se encuentran en los edificios de una compañía en una ciudad en la que resulte caro utilizar los cables telefónicos o donde las autopistas no permiten tender cables. Las comunicaciones ópticas al aire libre son una alternativa de gran ancho de banda a los enlaces de fibra óptica o a los cables eléctricos. Las prestaciones de este tipo de enlace pueden verse empobrecidas por la lluvia fuerte o niebla intensa, pero son inmunes a las interferencias eléctricas y no necesitan permiso de las autoridades responsables de las telecomunicaciones. MICROONDAS Los enlaces de microondas se utilizan mucho como enlaces allí donde los cables coaxiales o de fibra óptica no son prácticos. Se necesita una línea de visión directa para transmitir en la banda de SHF, de modo que es necesario disponer de antenas de microondas en torres elevadas en las cimas de los edificios o accidentes del terreno para asegurar un camino directo con la intervención de pocos repetidores. LUZ INFRARROJA Permite la transmisión de información a velocidades muy altas: 10 Mbits/seg. Consiste en la emisión/recepción de un haz de luz; debido a esto, el emisor y receptor deben tener contacto visual. A causa de esta limitación deben usarse espejos para modificar la dirección de la luz transmitida. SEÑALES DE RADIO Consiste en la emisión/recepción de una señal de radio, por lo tanto el emisor y el receptor deben sintonizar la misma frecuencia. La emisión puede traspasar paredes y no es necesario la visión directa de emisor y receptor.

COMUNICACIONES VIA SATÉLITELos satélites artificiales han revolucionado las comunicaciones desde los últimos 20 años. Actualmente son muchos los satélites de comunicaciones que están alrededor de la tierra dando servicio a numerosas empresas, gobiernos, entidades … Un satélite de comunicaciones hace la tarea de repetidor electrónico. Una estación terrena A transmite al satélite señales de una frecuencia determinada (canal de subida). Por su parte, el satélite recibe estas señales y las retransmite a otra estación terrena B mediante una frecuencia distinta (canal de bajada). La señal de bajada puede ser recibida por cualquier estación situada dentro del cono de radiación del satélite, y puede transportar voz, datos o imágenes de televisión. De esta manera se impide que los canales de subida y de bajada se interfieran, ya que trabajan en bandas de frecuencia diferentes. La capacidad que posee una satélite de recibir y retransmitir se debe a un dispositivo conocido como transponder.TARJETAS ADAPTADORAS DE REDLa Tarjeta Adaptadora de Red (NIC –Network Interface Card-) actúa como la interfaz física o conexión entre la computadora y el cable de red. Las tarjetas están instaladas en una ranura de expansión en cada computadora y servidor en la red. Funciones de la tarjeta de red: Preparar los datos desde la computadora para el cable de red. Enviar los datos a otra computadora. Controlar el flujo de datos entre la computadora y el sistema de cableado. La tarjeta de red también recibe los datos entrantes desde el cable y los traduce en bytes que la CPU de la computadora pueda comprender. Situados en un nivel más técnico, la tarjeta de red contiene el hardware y el firmware (rutinas de software almacenadas en memoria de solo lectura) que implementa las funciones de: Control Lógico de Enlace (LLC -Logical Link Control) y Control de Acceso al Medio (MAC -Media Access Centrol) Preparación de Datos: Antes que los datos puedan ser enviados por la red, la tarjeta debe cambiarlos desde una forma en la que la computadora puede comprender, a otra con la que puedan viajar por el cable de red. Los datos se mueven dentro de la computadora por caminos llamados buses. Los datos se mueven como un conjunto (palabra) de bits en paralelo (por los buses). Llegan al transceptor de la tarjeta y los transmiten en serie bit a bit.Cuando el dato viaja por el cable se dice que es una transmisión serial, debido a que un bit sigue a otro. La computadora está o enviando o recibiendo datos.

La tarjeta de red toma los datos viajando en paralelo como un grupo y los reestructura para que puedan fluir por el camino serial de un bit de ancho del cable de red. Esto es consumado a través de la traslación de las señales digitales de la computadora en señales eléctricas y ópticas que puedan viajar en los cables de red. El componente responsable de esto es el “transceiver” o transceptor (transmisor/receptor)

Dirección de la red:En adición a la transformación del dato, la tarjeta de red también tiene que indicar la situación, o dirección, al resto de la red para distinguirse de las otras tarjetas de la red. La dirección de red esta compuesta por 12 dígitos hexadecimales y son determinadas por el IEEE (Instituto de Ingeniería Electrica y Electrónica).Envío y Control de Datos: Antes de que la tarjeta emisora envíe datos por la red, establece un dialogo electrónico con la tarjeta receptora para que ambas se pongan de acuerdo en lo siguiente: El tamaño máximo de los grupos de datos a ser enviados. El total de datos a ser enviados antes de la confirmación. Los intervalos de tiempo entre el envío de trozos de datos. El total de tiempo a esperar antes de que sea enviada la confirmación. Cuantos datos puede almacenar cada tarjeta antes de tener overflow (sobrecarga) La velocidad de transmisión de datos.

Definición de algunos componentes de Red Definiciones básicas:Servidor: Un servidor puede ser tan simple como una computadora dedicada que ofrece almacenamiento de archivos o tan complejo como una computadora de alta capacidad que contiene varios discos rígidos, unidad de CD-ROM, etc.Grupo de trabajo: Nodos conectados a un hub o witch para formar un pequeño grupo de comunicación y establecen funciones de red. El módem (modulador demodulador) permite mantener la onda digital enviada por la computadora.Hub: Se conoce también como concentrador o repetidor y su función principal, es la de recibir y enviar señales a través de la red entre los dispositivos conectados a ésta. Toda la comunicación a través del hub se “transmite” a todos los nodos conectados simultáneamente. Centraliza la conexión de los cables procedentes de la estaciones de trabajo. Switch: Un switch es más complejo que un hub y tiene un funcionamiento más eficiente porque “aprende” las direcciones de la red en forma automática, proporcionando una “línea privada” en la red. Repetidores: Un repetidor es un dispositivo que permite extender la longitud de la red, ampliarla y retransmite la señal de red.Bridges (puentes): nos permiten dos cosas: primero, conectar dos o más INTRANETS entre sí, aun teniendo diferentes topologías, pero asumiendo que utilizan el mismo protocolo de red, y segundo, segmentar una intranet en otras menores. Los puentes trabajan en el nivel de enlace del modelo OSI de la ISO. Ruteadores (Routers) (encaminadores): Se utilizan para conectar dos o mas redes. Los routers filtran el tráfico de la red y conectan diferentes protocolos para asegurar que el archivo sea enrutado a la ubicación correcta. Trabajan teniendo en cuenta los protocolos de red y la dirección lógica.

Gateways (pasarelas): se trata de computadoras que trabajan a nivel de aplicación del modelo OSI de la ISO. Es el más potente de todos los dispositivos de interconexión de intranets. Nos permiten interconectar intranets de diferentes arquitecturas; es decir, de diferentes topologías y protocolos; no sólo realiza funciones de encaminamiento como los routers, sino que también realiza conversiones de protocolos, modificando el empaquetamiento de la información para adaptarla a cada intranet. Backbone: (literalmente: columna vertebral) Tramo del cableado de una red de alta tráfico de información y que requiere componentes especiales. Por ejemplo es el tramo que se podría justificar realizar con fibra óptica. Conectores y puertos en Concentradores (HUBs, switch,etc) PUERTOS DIRECTOS RJ-45 Un puerto directo es el estándar en la mayoría de los hubs, switches, bridges, etc. Los medios que se utilizan son un cable 10BASE-T o 100BASE-TX con conectores modulares RJ-45. PUERTOS DE SECCIÓN CRUZADO (CROSSOVER) RJ-45 Un puerto de sección CRUZADO suele estar marcado con una “X” para facilitar la identificación y no confundirlo con un puerto directo. Este puerto RJ-45 de configuración especial se proporciona en algunos dispositivos de red para facilitar la conexión en cascada de un hub o switch a otro. PUERTOS BNC (coaxiles) La conexión BNC de algunos dispositivos de red se proporciona para facilitar la conexión con un cable coaxil y permitir la ampliación en nuevos segmentos de las redes. (Sólo hubs activos)

CABLEADO ESTRUCTURADO

Un sistema de cableado estructurado consiste de una infraestructura flexible de cables que puede aceptar y soportar sistemas de computación y de teléfonía múltiples, independientemente de quién fabricó los componentes del mismo. Ventaja de hacer el cableado solo una vez con un sistema de Cableado Estructurado: un sistema de cableado no estructurado hará que los costos se escalen continuamente, porque necesitará que se lo actualice regularmente. Un sistema de cableado estructurado requerirá menores actualizaciones y, por ende, mantendrá los costos controlados. El costo inicial de un sistema estructurado puede resultar un poco más alto, pero este hará ahorrar dinero durante la vida del sistema. Vida Util: un sistema de cableado estructurado durará en promedio mucho más que cualquier otro componente de la red; debido a este hecho, la elección de un sistema apropiado de cableado es un aspecto crítico del diseño de una red.

Un sistema de cableado estructurado tiene (en su parte física) dos partes fundamentales, y en este sentido están fijados por las normas: 1- Por un lado tenemos el cable en sí mismo; las normas exigen para cada cable y para cada modo de funcionamiento unas determinadas formas de comportamiento, fundamentalmente relacionadas con la velocidad de transmisión, la longitud del cable y la atenuación que se produce en la señal. 2- Por otra parte tenemos el modo de conexionar el cable, fijándose una serie de recomendaciones en el sentido de hacer para todas las instalaciones la manera mas estándar de conectar los distintos subsistemas que forman parte de la red. (Esto implica conectores, racks, etc.)

Elementos del Cableado Estructurado: Cuarto de Telecomunicaciones: el área en un edificio utilizada para el uso exclusivo de equipo asociado con el sistema de cableado de telecomunicaciones. El espacio del cuarto de comunicaciones no debe ser compartido con instalaciones eléctricas que no sean de telecomunicaciones. Cuarto de Equipo: es un espacio centralizado de uso específico para equipo de telecomunicaciones tal como central telefónica, equipo de cómputo y/o conmutador de video. Varias o todas las funciones de un cuarto de telecomunicaciones pueden ser proporcionadas por un cuarto de equipo. Cuarto de Entrada de Servicios: consiste en la entrada de los servicios de telecomunicaciones al edificio, incluyendo el punto de entrada a través de la pared y continuando hasta el cuarto o espacio de entrada. El cuarto de entrada puede incorporar el "backbone" que conecta a otros edificios en situaciones de campus. Los requerimientos de los cuartos de entrada se especifican en los estándares ANSI/TIA/EIA-568-A y ANSI/TIA/EIA-569. Sistema de Puesta a Tierra: El sistema de puesta a tierra y puenteado establecido en el estándar ANSI/TIA/EIA-607 es un componente importante de cualquier sistema de cableado estructurado moderno.

Cableado Horizontal: es el sistema de cableado que se extiende desde la salida de

área de trabajo de telecomunicaciones (Work Area Outlet, WAO) hasta el cuarto de

telecomunicaciones. Cableado del Backbone (Vertical): proporciona interconexiones entre cuartos de entrada de servicios del edificio, cuartos de equipo y cuartos de telecomunicaciones. El cableado del backbone incluye la conexión vertical entre pisos en edificios de varios pisos.