Medios de Cobre

Cobre es el medio más común para el cableado de la señal.Propiedades del cobre que lo hacen adecuado para el cableado electrónico:

Conductividad: excelente conductor de corriente y de calor

Resistencia a la corrosión: no se oxida y es bastante resistente a la corrosión

Ducti l idad: Tiene la capacidad de dividirse en finos hilos sin romperse

Maleabil idad: puede trabajarse facilmente en caliente o frio

Especificaciones de Cable

Los cables tienen diferentes especificaciones y desempeño.

Velocidad de transmisión de bits: afectada por el tipo de conductor usado.

Tipo de transmisión:

Digital (banda base o digitalmente interpretado)

Análogo (banda amplia)

Degradación de la señal (atenuación): relacionado con la distancia que viaja la señal y el tipo de cable usado.

Ejemplos de especificaciones de cables para Ethernet:

10BASE-T, 10BASE5, 10BASE2

Fuentes de Ruido en medios de cobre

Atenuación y Pérdida de Inserción en medios de cobre

Atenuación: Decremento amplitud de la señal el enlace.

Longitud grandes del cable

Altas frecuencias de la señal

Medido por analizadores de cable usando las más altas frecuencias

que el cable pueda soportar

Expresada en dB, con valores Negativos

Valores negativos menores, indican mejor desempeño enlace

Factores que contribuyen a la atenuación:

Resistencia del cable de cobre convierte energía eléctrica en calor

Escape de la señal a través del aislamiento del cable

Por impedancia causada por los conectadores defectuosos (impedencia

discontinua)

Impedancia discontinua: valores diferentes de impedancia en el cable (P.E: Conectores mal instalados)

También llamada Impedancia por mala conexión o desigualdad de

impedancia.

Causa atenuación por reflexión de la señal (efecto eco)

Los ecos hacen que el receptor no detecte exactamente valores de

los datos en la señal. Llamado j i t ter o f luctuación de fase y

ocasiona errores en los datos.

Combinación de efectos de atenuación de señal e impedancia discontinua es llamado Pérdida de Inserción

Fuentes de Ruido en medios de cobre

Certificación TIA/EIA-568-B del cable exige pruebas para variedad tipos de ruido.

Diafonía Implica transmisión de señales desde un par de hilos de un cable a uno próximo.Ocasionada también por señales en cables separados, próximos. (Diafonía alien).

Más destructiva en frecuencias altas de transmisiónInstrumentos de prueba miden la interferencia de un par de hilos en otros pares.

Trenzado de cables: toma ventajas de efectos de interferencia para reducir ruido de modo que cada alambre experimente interferencia similar y se detecte y se filtre fácilmente.

Tipos de Diafonía

Paradiafonía (NEXT) (Diafonía cerca del extremo)

Telediafonía (FEXT) (Far-end Crosstalk) (Diafonía lejos del extremo)

Paradiafonía de suma de potencia (PSNEXT) (Suma de energía de la diafonía cerca del extremo)

11

22

33

44

11

22

33

44

TXTX

Near EndNear End Far EndFar End

En el extremo cercano (Near End) se hace la medición. El extremo lejano (Far End) es el otro extremo del enlace.

Cálculo Amplitud de Voltaje

Relación: Amplitud de voltaje de la señal de prueba y la señal diafónica, medida en el mismo extremo del enlace.

Medido en el extremo del enlace cercano al transmisor

Diferencia expresada en dB negativos

Probadores de cable no muestran signo (-)

Debe ser medido de cada par a cada otro par y desde ambos extremos del enlace

Un cable con –30 dB tiene menos ruido NEXT que uno con –10dB

Telediafonía (FEXT)

11

22

33

44

11

22

33

44

RXRX

RXRX

RXRX

TXTX

TXTX

TXTX

Señal Recorriendo el Par

Acoplamiento Electromagnético

Par sin excitar

Extremo Cercano

Medida de la Interferencia causada lejos del extremo transmisor

Debido a la atenuación, la interferencia causada MAS lejos del transmisor crea MENOS ruido en el cable que NEXT

No es un problema significativo como NEXT

Paradiafonía de Suma de Potencia (PSNEXT)

11

22

33

44

11

22

33

44

TXTX

Near EndNear End Far EndFar End

TXTX

TXTX

Mide los efectos acumulativos de NEXT de todos los pares del cable

Algunos estándares Ethernet:

10BASE-T y 100BASE-TX reciben datos de solo un par de hilos en cada dirección: No es muy importante PSNEXT

1000BASE-T recibe datos simultáneamente de múltiples pares en la misma dirección, PSNEXT es una prueba importante.

Estándares de Pruebas de Cable

TIA/EIA-568-B: 10 pruebas que cables de cobre debe pasar si va a ser usado para una LAN Eth moderna y de alta velocidad.

Mapa de cableado

Pérdida de Inserción

Paradiafonía – NEXT

Paradiafonía de suma de Potencia – PSNEXT

Telediafonía del mismo nivel – ELFEXT

Telediafonía del mismo nivel de suma de potencia – PSELFEX

Pérdida de retorno

Retardo de Propagación

Longitud de cable

Sesgo de retardo

Mapa de Cableado.

Verif ica :

Circuitos abiertos: ocurre cuando un hilo no está correctamente unido al

conector

Corto circuitos: ocurre cuando dos hilos están conectados entre sí.

Pares invertidos: par conectado bien en un extremos, pero mal en

el otro

Pares divididos: ocurre cuando un hilo de un par se cruza con un

hilo de un par diferente. Se entorpece el proceso de cancelación

cruzada y hace el cable más susceptible a la diafonía y la

interferencia.

Pares transpuestos: cuando un par de alambres está conectado

completamente a diferentes pines en ambos extremos.

Pérdida de Inserción: Atenuación + Impedencia discontinuaAumenta cuando aumenta velocidad de transmisión de datos y frecuenciaSe mide en dbTIA/EIA requiere que cables y conectores pasen prueba de pérdida de inserción antes de usar cable.

Diafonía Se mide con cuatro pruebas diferentes:

NEXT:aplicar señal de prueba a un par y medir crosstalk en otros pares de cablesPSNEXT: Cálculo basado en efectos acumulativos de NEXTELFEXT: Mide FEXTPSELFEXT: Efectos combiados de ELFEXT de todos los pares de hilos.

Pérdida de Retorno: Medida de los reflejos causados por discontinuidades de impedancia a lo largo de todo el enlace.Se mide en dBPrincipal problema de los reflejos:

No es la pérdida de la amplitud de la señalFluctuación de la señal: señales encuentran al receptor en intervalos diferentes

Retardo en la propagación: medida de cuánto tiempo toma para que una señal viaje a lo largo de un cable. Depende de:

Longitud, trenzado y propiedades eléctricas. Son la base para las mediciones de longitud de cable. La longitud física del enlace se calcula usando el par de hilos con el menor retardo eléctrico.

Analizadores de cables miden la longitud del hilo con base al retardo eléctricosegún la medición de una prueba de Reflectometría en el dominio del tiempo (TDR), y no por la longitud física del revestimiento del cable.

La prueba TDR también identifica la distancia hasta las fallas de cableado, tales como cortocircuitos y circuitos abiertos.

Sesgo en el retardo:El retardo en la propagación en diferentes pares de hilos de un mismo cable puede variar (número de trenzas, propiedades eléctricas).Es una medida crítica para redes de alta velocidad en donde los datos son simultáneamente transmitidos sobre múltiples pares de hilos.Si el sesgo en el retardo entre pares es grande, los bits arriban en diferente orden y no pueden ser apropiadamente reemsamblados.

Análisis de señales en tiempo y frecuencia

Análisis en el dominio del tiempo:

Osciloscopio: dispositivo electrónico usado para ver señales eléctricas como ondas de voltaje y pulsos en función del tiempo.

Eje X representa el tiempo y eje Y el voltaje.

Cable CoaxialCable Coaxial

Tecnología muy conocida (Cable TV).El blindaje evita interferencia externa.Cubre mayor distancia que UTP y STP.Es menos costoso que la fibra óptica

Máxima longitud del cable :Thin cable : 185 m. (LAN Ethernet)Thick cable : 500 m. (Backbone)

Se considera el medio mas dificultoso de instalar50Ω para Ethernet.No soportado por los últimos estándares

La distancia máxima utilizada en este tipo de cable es de 150 metros y 15 nodos (normativa estándar) ó 300m. y 30 nodos (normativa extendida). Entendiendo por nodo un corte realizado a dicho cable.

Conector de cable BNC: Está soldado o incrustado, en el extremo de un cable, para conectarlo a los equipos.

Conector BNC en T: Conecta la tarjeta de red del equipo con el cable coaxial.

Conector acoplador BNC (barrel): Para unir dos cables grueso para una mayor longitud.

Terminal BNC: Cierra el extremo del cable del bus para absorber las señales perdidas. Tipos de cables coaxiales finos: RG-58/U: Núcleo de cobre sólidoRG-58 A/U: Núcleo de hilos trenzados.RG-59: Transmisión en banda ancha (TV)RG-6: Banda ancha frecuencias mayoresRG-62: Redes ARCnet.

MEDIOS OPTICOS

La luz usada en medios ópticos de red es un tipo de energía electromagnética.

Esta energía en forma de ondas puede viajar en el vacío, el aire, y sobre otros materiales como el vidrio.

Modelo del Rayo de Luz

Las ondas electromagnéticas salen de las fuentes en líneas rectas llamadas rayos.

En el vacío, la luz viaja continuamente en líneas rectas a 300.000 Km por segundo.

En otros materiales la luz viaja a otras velocidades.

Indice de refracción (n): Velocidad de la luz en el vacío / velocidad de la luz en un material.

Es la medida de la densidad óptica de un material.

La densidad óptica de un material determina cuánto se curvan los rayos de luz en ese material.

La densidad óptica del vidrio o índice de refracción, puede ser aumentada adicionando químicos al vidrio.

Propiedades de los RayosPropiedades de los Rayos

Rayo incidente: rayo que atraviesa los límites de un material. Cuando un rayo incidente llega a la superficie brillante de un pedazo plano de cristal, una parte de la luz se refleja.

Angulo de incidencia: ángulo entre el rayo incidente y la línea perpendicular (normal).

Rayo reflejado: luz que se refleja cuando un rayo incidente pasa de un material a otro.

Angulo de reflexión: ángulo entre el rayo reflejado y la línea perpendicular (normal).

Ley de Reflexión: ángulo de reflexión de un rayo de luz es equivalente al ángulo de incidencia.

Reflexión

Refracción

Cuando una luz choca la interfaz entre dos materiales transparentes, la luz se divide en dos partes.

Parte de la luz se refleja en la primera sustancia

La energía restante en el rayo de luz entra en la otra sustancia: Rayo Refractado

La curvatura de entrada del rayo al segundo material es llamado refracción

Cuánto el rayo es refractado depende del índice de refracción de los dos materiales.

Refracción causa pérdida de parte energía rayo de luz.

Reflexión Interna Total

Apertura numérica de la f ibra: rango de ángulos de incidencia de los rayos entrantes a la fibra para que haya reflexión total.

Modos: Trayectorias que un rayo ligero puede seguir al viajar en una fibra.

Fibra Multimodo

Núcleo (core): parte de la f.o donde viajan los rayos de luz

Si el diámetro del núcleo es bastante grande de forma que haya muchas trayectorias que la luz puede tomar a través de la fibra, la fibra se llama multimodo

No hay necesidad de trenzar o blindar, porque ninguna luz se escapa cuando está dentro de una fibra:

No hay interferencias con la fibra.Común ver varios pares de fibras encajados en el mismo cable. Un solo cable puede contener de 2 a 48 o más fibras separadas

Núcleo: Elemento que transmite la luz. 62.5 o 50 micrones

Revestimiento: Rodea el núcleo. Indice de refracción menor que el core. 125 micrones.

Búfer: Plástico. Protege al núcleo y al revestimecladding de daño. Dos diseños:• Tubo suelto: usado en monomodo. Instalaciones exteriores• Amort iguación estrecha: usado en multimodo. Instalaciones interiores

Material refuerzo: evita que la fibra sea estirada cuando se instala. Kevlar.

Cubierta externa: protege la fibra de abrasión, solventes y otros contaminantes. Naranja (Orange)

Fuentes de Luz:

• LEDs (Diodos Emisión Luz Infrarroja). Más baratos. Menos preocupaciones de seguridad. Transmisión mas corta que el laser.

• VCSELs (Emisores Laser de Superficie de cavidad vertical)

• Fibra multimodo 62,5/125 transporta datos hasta distancias de 2000 mts

Fibra Monomodo

Tiene las mismas parte que multimodo.

Revestimiento es de color amarillo

Solo permite un solo modo luz propagándose.

Diámetro del núcleo: 8 a 10 micrones (9 más común) 9/125: 9 de núcleo y 125 de revestimiento

Fuente de luz: láser infrarrojo. Ingresa al núcleo en un ángulo de 90o

Puede transmitir datos a mayores velocidades (ancho de banda) y recorrer mayores distancias de tendido de cable que la fibra multimodo.

Distancia de transmisión: Hasta 3000 mts. Nuevas tecnologías han incrementado distancia

Las fibras monomodo y el láser son más costosos que los LED y la fibra multimodo.

Usada con mayor frecuencia para la conectividad entre edificios.

Multimodo Vs Monomodo

Otros Componentes Ópticos

Transmisor: recibe datos a ser transmitidos desde switches o routers. Dos fuentes de luz codifican la electricidad en pulsos de luz: LEDS y LASERS

Receptor: convierte pulsos de luz en señales eléctricas (voltajes) que se puedan enviar por medios de cobre.

Conectores: dispositivos que conectan los extremos de la fibra con los transmisores y receptores.

SC (conector suscriptor) usado con multimodoST (Punta recta) usado con monomodo.

Repetidores: amplificadores ópticos Páneles de Conexión de f ibra

Señales y Ruidos en F.O

F.O no afectada por fuentes externas de ruido, excepto en sus terminaciones.

Transmisión de luz en un cable de F.O no genera disturbios o interferencias a otros cables de F.O (No diafonía)

Problemas:

Atenuación por dispersión. Ocasionado por microscópicas deformidades en la fibra que reflectan y atenúan parte de señal.

Absorción causada por impurezas químicas en la fibra. Convierten la señal en calor

Atenuación por deformidades o asperezas en el límite entre el núcleo y el revestimiento.

Instalación, cuidados y prueba de F.OLa mayor causa de la atenuación es una impropia instalación.

Si la fibra se estira o se curva demasiado, puede causar las grietas minúsculas en el núcleo que dispersará los rayos de luz.

Curvas demasiado cerradas pueden cambiar el ángulo de incidencia del rayo de luz.

Prevención de curvas agudas: la fibra se tiende a través de interductos (Mucho mas firme que la fibra y evita curvas agudas)

Revisar las terminaciones de la fibra (lupa o microscopio) para verificar que está pulido.

Impropia instalación de conectores finales, es otra fuente de pérdida de potencia de la señal.

Conectadores y extremos de las fibras deben mantenerse limpios.

Extremos de fibras deben tener cubiertas protectoras para prevenir daño a los extremos de la fibra.

Cuando cubiertas se quitan antes de conectar la fibra con un puerto en un switch o router, los extremos de la fibra deben ser limpiados. Use paño sin pelusa humedecido con alcohol isopropilico puro.

La dispersión, absorción, difusión, incorrecta instalación y los extremos de fibra sucios son factores que disminuyen la fuerza de la señal luminosa y se conocen como ruido de fibra.

Al planear un enlace de fibra óptica, es necesario calcular la pérdida tolerable de la potencia de la señal. Esto se conoce como presupuesto de pérdida del enlace óptico.

Decibel (dB) unidad de medida de cantidad de potencia perdida

Prueba de Fibras Ópticas.

F.O sujetas al equivalente de Impedancias discontinuas de UTP

Cuando una luz encuentra discontinuidad:

Alguna parte de la luz se refleja

Solo una parte de la luz original llega al receptor

Dificulta el reconocimiento de señales por parte del receptor

Principal causa son los conectores mal instalados

Pruebas:Enviar señal de luz y medir si una suficiente cantidad de luz alcanza el receptor.

Probando Fibras Ópticas.Calcular:

Cantidad aceptable de pérdida de potencia que no afecte al receptor: presupuesto de pérdida del enlace óptico

Un probador de FO indica si se ha excedido el presupuesto de pérdidaSi fibra falla la prueba, el probador de cable debe indicar donde ocurren las discontinuidades ópticas.

Un instrumento para probar fibra, conocido como fuente de luz y medidor de potencia, verifica si el presupuesto de pérdida del enlace óptico ha sido excedido

Si falla la prueba, se puede usar otro instrumento para probar cables para indicar donde ocurren las discontinuidades ópticas a lo largo de la longitud del enlace de cable: OTDR

Aplicaciones de los Cables de Fibra Óptica

Sistemas telefónicos locales y larga distancias

Interconexión entre estudio de transmisión y la Tv.

Sistema de Tv circuito cerrado.

Sistema de comunicación seguros en bases militares.

Redes de computadoras, de área amplia y local.

Comunicaciones a bordo de embarcaciones.

Comunicaciones en la aviación.

Controles de aviones.

Interconexión de instrumentos de medición y monitoreo en plantas.

Adquisición de datos y control de señales en procesos industriales.

Instrumentación de plantas nucleares.

Comunicación en campus universitarios.

Comunicaciones entre estaciones de servicios públicos