1. CapaFisicaMediosTerrestres

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

Facultad de Ingeniería Apuntes guía. Redes de datos

Semestre 2015-2

Ing. Ma. Alejandra Zúñiga Medel 1

Importancia de los protocolos.

Las computadoras al igual que los seres humanos, utilizan reglas para poder comunicarse. Los protocolos son

especialmente importantes en las redes locales. En un entorno de cableado, una red local se define como un

área en la que todos los hosts (computadoras, dispositivos) deben “hablar el mismo lenguaje” o, en términos

informáticos “compartir un protocolo en común”. El conjunto de protocolos más comunmente utilizados en las

redes locales cableadas es Ethernet. El protocolo Ethernet define aspectos de las capas 1 y 2 del Modelo OSI

(Física y Enlace de datos respectivamente).

Primera LAN Ethernet

En los primeros días de la comunicación por la red, cada fabricante utilizaba sus propios métodos para

interconectar los dispositivos de red y sus propios protocolos de red. Los equipos de un fabricante no eran

capaces de comunicarse con los de otro. Como ejemplos propietarios podemos citar los de IBM, NCR y DEC.

A medida que las redes comenzaron a popularizarse, se desarrolaron estándares que definían las reglas a las

que debían ajustarse los equipos de la red de los distintos fabricantes. En los últimos años han evolucionado

diversos protocolos estándar, incluyendo Ethernet, ARCNet y Token Ring. Los estándares son enormemente

beneficiosos para la comunicación por red por muchos motivos:

Facilitan el diseño

Simplifican el desarrollo de los productos

Promueven la competencia

Permiten disponer de interconexiones coherentes.

Facilitan la formación

Proporcionan a los clientes mayores posibilidades de elección.



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No existe ningún protocolo estándar oficial para las redes locales, pero a lo largo del tiempo hay una

tecnología, Ethernet, que ha llegado ser la más común que las restantes. Se ha convertido en un estándar de

facto.

El éxito de Ethernet se debe a los siguientes factores:

Simplicidad y facilidad de mantenimiento

Capacidad para incorporar nuevas tecnologías

Confiabilidad

Bajo costo de instalación y de actualización

Estandarización

El Instittuto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) mantiene una serie de estándares para redes locales,

incluyendo Ethernet y otra serie de estándares para la comunicación inalámbrica. Los comités IEEE son

responsables de aprobar y mantener los estándares relativos a conexiones, requisitos de los medios físicos y

protocolos de comunicaciones. A cada estándar tecnológico se le asigna un número que hace referencia al

comité responsable de aprobar y mantener el estándar. El comité responsable de los estándares es el 802.3. el



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IEEE tiene su sede en Estados Unidos, aunque buena parte del trabajo de los distintos comités es realizado por

voluntarios distribuidos por todo el mundo.

Desde la creación de Ethernet en 1973, han evolucionado una serie de estándares con el fin de especificar

versiones más rápidas y flexibles de la tecnología Ethernet. Esta capacidad de Ethernet para mejorar a lo largo

del tiempo es una de las principales razones de que haya llegado ser tan popular. Cada versión de Ethernet

tiene asociado un estándar. Por ejemplo, 802.3 100BaseT representa la tecnología Ethernet de 100 Megabit

por segundo (Mbps) y utiliza el estándar de cable de par trenzado. La notación estándar se traduce de la

siguiente forma:

100 es la tasa en Mbps.

Base quiere decir transmisión en banda base.

T indica el tipo de cable; en este caso, hace referencia al par trenzado. La letra F indicaría un cable de

fibra óptica

Las primeras versiones de Ethernet eran relativamente lentas con solo una velocidad de 10 Mbps. Las últimas

versiones de Ethernet operan a tasas de 10 Gigabits por segundo o superiores.

Ethernet ha recorrido un largo camino desde su aparición. La siguiente tabla resume las principales mejoras y

la evolución de los estándares Ethernet a lo largo del tiempo.

Año Estándar Descripción

1973 Se inventa Ethernet El Dr. Robert Metcalf de Xerox Corp. Inventa Ethernet

1980 Estándar DIX Digital Equipment Corp, Intel y Xerox (DIX) lanzan un estándar para Ethernet a 10 Mbps sobre cable coaxial.

1983 IEEE 802.3 10Base5 Ethernet a 10 Mbps sobre coaxial grueso.

1985 IEEE 802.3a 10Base2 Ethernet a 10 Mbps sobre coaxial fino.

1990 IEEE 802.3i 10BaseT Ethernet a 10 Mbps sobre cable de par trenzado no apantallado (UTP)

1993 IEEE 802.3j 10BaseF Ethernet a 10 Mbps sobre fibra óptica

1995 IEEE 802.3u 100Base-xx Fast Ethernet – Ethernet a 100 Mbps sobre UTP y fibra (diversos estándares)

1998 IEEE 802.3z 1000BaseX Gigabit Ethernet sobre fibra óptica

1999 IEEE 802.3ab 1000BaseT Gigabit Ethernet sobre par trenzad

2002 IEEE 802.3ae 10Gbase-xx Ethernet a 10 Gbps sobre fibra (diversos estádares)

2006 IEEE 802.3an 10GBaseT Ethernet a 10 Gbps sobre UTP

10BASET utiliza codificación Manchester para dos cables de par trenzado no blindado, se considera como la

Ethernet clásica y utiliza una topología tipo estrella física. Los enlaces de pueden tener hasta 100m de longitud

antes de que requieran un repetidor o hub

100Mbps- FastEthernet puede utilizarse implementando medios de fibra óptica o de cable de cobre de par

trenzado:

100BASETX con UTP Cat5 o mayor.

100BASEFX con cable de fibra.



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100BASETX Fue diseñada para admitir la transmisión a través de dos hilos de fibra óptica o de dos pares de

cable de cobre UTP categoría 5. La implementación 100BASETX utiliza los mismos 2 pares que la 10BASET, se

conecta como estrella física.

100BASEFX Utiliza el mismo procedimiento de señalización que la 100BASETX, los procedimientos de

codificación y de decodificación y recuperación de reloj son los mismos, pero la transmisión de señales es

diferente.

Características de Ethernet de 1000Mbps

Las señales se producen en menor tiempo.

Hay más susceptibilidad al ruido.

Utiliza dos distintos pasos de codificación.

1000BASET

Transmisión full-dúplex

Utiliza los 4 pares del cable UTP

Utiliza codificación de línea 4D-PAM5:

Permite señales de transmisión en 4 pares de cables simultáneamente.

Ethernet 1000BASE-SX y 1000BASE-LX por fibra óptica

Ventajas:

Inmunidad al ruido

Distancias y ancho de banda aumentados

Sin repeticiones

Admite transmisión full - dúplex

Codificación 8B/10B (gasto, 1000Mbps)

Tema 3. Capa física.

En esta capa se lleva a cabo la transmisión de bits puros a través de un canal de comunicación. Los aspectos de diseño implican asegurarse de que cuando un lado envía un bit 1, éste se reciba en el otro lado como tal, no como bit 0. Los aspectos de diseño tienen que ver mucho con las interfaces mecánicas, eléctricas y de temporización, además del medio físico de transmisión.

En nuestro mundo conectado en red, el medio suele ser algún medio de cable físico, pero también puede ser algún tipo de radiación electromagnética en el caso de la comunicación inalámbrica, por lo que el medio físico de transmisión puede clasificarse en dos tipos:

Terrestres o guiados

Aéreos o no guiados



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Terrestres o guiados

Cable coaxial Par trenzado Fibra óptica

Cable coaxial:

Consiste en un alambre de cobre rígido como núcleo rodeado por un material aislante. El aislante está forrado por un conductor cilíndrico, que con frecuencia es una malla de tejido fuertemente trenzado. El conductor externo se cubre con una envoltura protectora de plástico.

Algunos ejemplos de cable son: RG-6, RG-8, RG-11, RG-58, RG-59 y RG-213.

El cable coaxial transporta los datos en forma de señales eléctricas, tiene una relación señal/ruido menor comparada con otros (cable par trenzado) y puede por tanto transportar más datos. A menudo se emplea para conectar los equipos de TV con una fuente de señal, sea ésta una toma de antena, una toma de Tv vía satélite o una antena convencional. También se emplea en centros de operaciones de red para conectar con el sistema de terminación de módem con cable y con algunas interfaces de dispositivos de alta tasa de transferencia.

Las modernas tecnologías de comunicaciones utilizadas con este tipo de cable soportan acceso a Internet de alta tasa de transferencia, servicios telefónicos y televisión, todo ello sobre el mismo cable coaxial.

Aunque los cables coaxiales tienen características de transmisión de datos mejoradas, en la mayoría de las redes de área local (LAN) se emplea par trenzado porque el cable coaxial es más difícil de instalar físicamente y también es más caro. Como resultado, los estándares Ethernet actuales ya no soportan el uso de cables coaxiales como medio de cableado. Además, los fabricantes de tarjetas de red y otros dispositivos ya no incluyen tampoco conectores coaxiales en sus equipos.

Conectores



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Según el estandar IEEE802.3 a 10 Mbps

10Base5 10Base2

Medio Coaxial grueso Coaxial fino

Longitud máxima de segmento 500 m 200 m

Topología Bus Bus

Par trenzado

Los cables de par trenzado están compuestos de uno o más pares de hilos de cobre aislados, que se tranzan y se introducen en una funda protectora. Como todos los cables de cobre, un par trensado utiliza impulsos eléctricos para transmitir los datos.

La transmisión de esos datos es sensible a las interferencias y al ruido, lo que puede reducir la tasa de transferencia de datos que el cable puede soportar. Los cables de par trenzado son suceptibles a las interferencias electromagnéticas (EMI, electromagnetic interference), que es un tipo de ruido eléctrico así como a las interferencias por radio frecuencia (RFI, radio frequency interference).



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Hay una fuente de interferencias, conociada con el nombre de diafonía, que se produce cuando los cables se empaquetan juntos a lo largo de una gran distancia. En esos casos, la señal de uno de los cables puede experimentar fugas e introducirse en los cables adyacentes.

Cuando la transmisión de datos se ve corrompida debido a interferencias tales como la diafonía, los datos deben retransmitirse. Esto puede degradar la capacidad de transporte de datos ofrecida por el medio.

En los cables de par trenzado, el número de vueltas por unidad de longitud afecta a la inmunidad del cablea las interferencias. El cable de par trenzado con calidad suficiente para el transporte de tráfico telefónico denominado cable CAT3, tiene entre 9 y 12 vueltas por metro, lo que hace que sea un poco resistente a las interferencias. Los cables adecuados para la transmisión de datos por ejemplo el conocido como CAT5 tiene entre 120 y 160 vueltas por metro, lo que los hace más inmunes a las interferencias.

Los dos tipos existentes de par trenzado son:

UTP (UnShielded Twisted Pair)

STP (Shielded Twisted Pair) algunas variantes como: ScTP y F-UTP

Los cables UTP son el tipo más común de cable de red ya que son baratos, ofrecen un gran ancho de banda y son fáciles de instalar. Pueden incluir un número muy variable de parejas de cable dentro de la funda protectora, pero lo más común es que haya 4 parejas. Cada pareja de cable se identifica mediante un código de color específico.

A lo largo del tiempo se han desarrollado muchas categorías de cable UTP actualmente todas las categorías de cable UTP para la transmisión de datos suelen utilizarse con conectores de terminación de tipo RJ45.

A continuación se presentan las principales características de las categorías más usadas.

Categoría 3:

Usados para comunicación de voz

Principalmente utilizados por líneas telefónicas

Categoría 5 y 5e:

Usados para la transmisión de datos

Cat5 soporta 100 Mbps y puede soportar, aunque no se recomienda, 1000 Mbps (Gigabit)

Cat5e soporta 1000 Mbps (Gigabit)

Categoría 6:


Entre cada pareja de cables se añade un separador, lo que les permite funcionar a velacidades mayores

Soporta entre 1000 Mbps (Gigabit) y 10 Gbps, aunque esta última tasa de transferencia no se recomienda

Categoría 7 (ScTP):


Cada pareja individual esta apantallada individualmente, después de lo cual las 4 parejas de cables se protegen con un apantallamiento adicional



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Soportan entre 1000 Mbps y 10 Gbps aunque esta última velocidad no se recomienda

Ejemplos

UTP categoría 5e.

UTP categoría 6.

STP



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Categoría obtenida

Tecnologías soportadas

Distancias máximas entre repetidores por norma

Requerimientos mínimos de materiales posibles a utilizar

Status

Cat. 3 Voz (telefonía) Arcnet-2 Mbits

Ethernet-10 Mbits

100 m Conectores UTP de menos de 100Mhz

Obsoleto

Cat. 5 Inferiores y Fast Ethernet

90 m + 10m en patch cords

Cable UTP y conectores categoría 5 de 100-150 Mhz

Sujeta a descontinuarse

Cat. 5e Inferiores y ATM 90 m + 10m en patch cords

Cable UTP y conectores categoría 5e de 150Mhz-350Mhz

Actual

Cat 6 Inferiores y Gigabit Ethernet

90 m + 10m en patch cords

Cable de cobre y conectores Categoría 6

Tecnología de punta

Pines involucrados en la transmisión y recepción de datos para tasa de transferencia hasta de 100 Mbps



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Conectores para par trenzado.

Fibra óptica.

El cableado de fibra óptica utiliza fibras de plástico 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 óptica puede generar tasas de transferencia muy superiores de ancho de banda para transmitir datos sin procesar.

Los cables de fibra óptica son inmunes a las interferencias EMI por lo que son adecuados para las instalaciones en las que esas interferencias pueden llegar a constituir un problema. Los cables de fibra óptica proporcionan un gran ancho de banda lo que hacen que resulten ideales para la instalación de redes troncales de datos de



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alta tasa de transferencia. En muchas grandes empresas se utilizan redes troncales de fibra óptica las cuales también se emplean para conectar a los proveedores de internet con otros.

Cada circuito de fibra óptica esta compuestao, en realidad, por 2 cables de fibra. Uno de ellos emplea para transmitir los datos (Tx), mientras que el otro se utiliza para recibirlos (Rx).

Existen 2 tipos de cable de fibra óptica:

Multimodo

Monomodo

La fibra óptica monomodo transporta un sólo rayo de luz, generalmente emitido desde un láser. Este tipo de fibra puede transmitir impulsos ópticos en distancias muy largas, ya que la luz del láser es unidireccional y viaja a través del centro de la fibra.

La fibra óptica multimodo a menudo utiliza emisores LED, la luz ingresa a la fibra multimodo en diferentes ángulos. Los tendidos extensos de fibra pueden generar impulsos poco claros al recibirlos en el extremo receptor ya que la luz que ingresa a la fibra en diferentes ángulos requiere de distintos períodos de tiempo para viajar a través de la fibra.

La fibra multimodo y la fuente de luz del LED que utiliza resultan más económicas que la fibra monomodo y su tecnología del emisor basada en láser.

Características de acuerdo con el estándar:

Tasas de transferencia: Gigabit Ethernet - 1000Mbps

Distancias máximas de segmento:

1 km en fibra multimodo

2 km en fibra monomodo

La baja energía representa un cero lógico y la alta energía, un uno lógico.

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