Fundamentos de Redes clase 2_2011 (medios fisicos)

CAPITULO II

MEDIOS FISICOS FUNDAMENTOS DE REDES DE DATOS ING. DARWIN AGUILAR daguilar@deee.espe.edu.ec darwinaguilar@yahoo.es Semestre Marzo 2011 / Julio 2011

TEMARIO 

Medios de Transmisión



  

Guiados  Coaxial  UTP  Fibra Óptica No Guiados

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

Modos de Transferencia Ancho de Banda y Troughput Nociones de Cableado Estructurado 2

DEFINICIONES:

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Por medio de transmisión, la aceptación amplia de la palabra, se entiende el material físico cuyas propiedades de tipo electrónico, mecánico, óptico, o de cualquier otro tipo se emplea para facilitar el transporte de información entre terminales distante geográficamente.

En principio, cualquier medio físico podría ser utilizado, a condición que asegure la transmisión de toda la información sin interferencias.

Sin embargo, en redes locales se utilizan cableados dedicados lo que mejora las velocidades de transmisión. (medios guiados) Otra posibilidad es la transmisión a través del aire, en forma de señales de radio, microondas, etc. La forma en que se interconectan entre sí los distintos nodos de la red, determinan su topología. (medios no guiados)

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El medio de transmisión consiste en el elemento que conecta físicamente las estaciones de trabajo al servidor y los recursos de la red. Entre los diferentes medios utilizados en las LAN’s se puede mencionar: el cable de par trenzado, el cable coaxial, la fibra óptica y el espectro electromagnético (en transmisiones inalámbricas).

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Su uso depende del tipo de aplicación particular ya que cada medio tiene sus propias características de costo, facilidad de instalación, ancho de banda soportado y velocidades de transmisión máxima permitidas

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MODOS DE TRANSMISIÓN

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Antes de pasar al estudio de los medios físicos que se emplean normalmente en la transmisión de señales portadoras de información, se comentarán brevemente las dos técnicas fundamentales que permiten dicha transmisión: Transmisión de

banda base (baseband) y Transmisión en banda ancha (broadband).

La Transmisión de banda base consiste en entregar al medio de transmisión la señal de datos directamente, sin que intervenga ningún proceso entre la generación de la señal y su entrega a la línea, como pudiera ser cualquier tipo de modulación. Sin embargo, si pretendiendo optimizar la utilización del ancho de banda disponible del medio de transmisión en cuestión, se divide dicho ancho de banda en canales de anchura adecuada y, usando técnicas de modulación se inserta en cada uno de ellos una señal distinta, diremos que se está utilizando transmisión en banda ancha.

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* TRANSMISIÓN EN BANDA BASE 

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

Los sistemas en banda base utilizan señalización digital en un único canal. Las señales fluyen en forma de pulsos discretos de electricidad o luz. La transmisión en banda base utiliza la capacidad completa del canal de comunicación para transmitir una única señal de datos. La señal digital utiliza todo el ancho de banda del cable, constituyendo un solo canal.

La señal viaja a lo largo del cable de red y, por tanto, gradualmente va disminuyendo su intensidad, y puede llegar a distorsionarse. Si la longitud del cable es demasiado larga, la señal recibida puede no ser reconocida o puede ser tergiversada. (repetidores).

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** TRANSMISIÓN EN BANDA ANCHA 



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

Los sistemas utilizan señalización analógica y un rango de frecuencias. Las señales son continuas y no discretas. Las señales circulan a través del medio físico en forma de ondas ópticas o electromagnéticas. Con la transmisión en banda ancha, el flujo de la señal es unidireccional.

Si el ancho de banda disponible es suficiente, varios sistemas de transmisión analógica, como la televisión por cable y transmisiones de redes, se pueden mantener simultáneamente en el mismo cable.

A cada sistema de transmisión se le asigna una parte del ancho de banda total. (banda base  repetidores, banda ancha  amplificadores) 7

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MEDIOS GUIADOS

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Actualmente, la gran mayoría de las redes están conectadas por algún tipo de cableado, que actúa como medio de transmisión por donde pasan las señales entre los equipos.

Hay disponibles una gran cantidad de tipos de cables para cubrir las necesidades y tamaños de las diferentes redes, desde las más pequeñas a las más grandes.

Algunos fabricantes de cables publican unos catálogos con más de 2.000 tipos diferentes que se pueden agrupar en tres grupos principales que conectan la mayoría de las redes:  



Cable coaxial.

Cable de par trenzado (apantallado y no apantallado).

Cable de fibra óptica

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ESPECIFICACIONES DEL CABLE DEEE - Fundamentos de Redes

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MEDIOS FÍSICOS HABITUALES DE ETHERNET Cable

Distancia

Pares

Costo

(1BASE5)

UTP-2

500m

2

Bajo

500 m 185 m 100/150 m 2 Km

1 1 2 1

Bajo Bajo Bajo Medio

(10BASE5) (10BASE2) 10BASE-T 10BASE-F

Coaxial grueso 50 Coaxial fino 50 UTP-3/5 F.O. 1ª ventana

100BASE-TX 100BASE-FX

UTP-5 F.O. 2ª ventana

100 m 2 Km

2 1

Bajo Alto

1000BASE-T 1000BASE-SX 1000BASE-LX

UTP-5e F.O. 1ª ventana F.O. 2ª ventana

100 m 500 m 5 Km

4 1 1

Medio Medio Alto

10GBASE-EX4

F.O. 3ª ventana

50 Km

1 (4 )

Alto

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Medio

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CABLE COAXIAL

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TIPOS DE CABLE COAXIAL



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Cable Thinnet (Ethernet fino). Cable coaxial flexible de unos 0,64 centímetros de grueso. Se puede utilizar para la mayoría de los tipos de instalaciones de redes, ya que es un cable flexible y fácil de manejar. Puede transportar una señal aproximadamente 185 metros (unos 607 pies) antes de que la señal comience a atenuarse. Thinnet pertenece a la familia RG-58 (núcleo central de cobre) y tiene una impedancia de 50 ohm.

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TIPOS DE CABLE COAXIAL ….. 

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Cable Thicknet (Ethernet grueso).

Es relativamente rígido de aproximadamente 1,27 centímetros de diámetro. El núcleo de cobre del cable Thicknet es más grueso que el del cable Thinnet. El cable Thicknet puede llevar una señal a 500 metros.

Por tanto, debido a la capacidad de Thicknet para poder soportar transferencia de datos a distancias mayores, a veces se utiliza como enlace central o backbone para conectar varias redes más pequeñas basadas en Thinnet.

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CABLE UTP SHIELDED TWISTED-PAIR CABLE

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UNSHIELDED TWISTED PAIR (UTP)

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CATEGORÍA CABLE UTP

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CONFIGURACIONES CABLE UTP a) Cable Directo DEEE - Fundamentos de Redes

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b) Cable Cruzado

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ESTÁNDARES DE CABLEADO

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c) Cable Rollover (Transpuesto)

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FIBRA ÓPTICA

FIBRA ÓPTICA (F.O)

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MODELO RAYO DE LUZ

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REFLEXIĂ“N

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REFRACCIĂ“N

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COMPONENTES DE LA F.O 

Se compone de:

Forro Revestimiento

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Forro Revestimiento Núcleo 

Núcleo 27

Es propiamente la fibra óptica, la hebra delgada de vidrio por donde viaja la luz. Se construye de elevadísima pureza con el propósito de obtener una mínima atenuación.

Son capas que rodean a la fibra óptica y están hechas de un material con un índice de refracción 0,2 a 0,3 % menor a la del núcleo.

Es un revestimiento de plástico que protege a la fibra y la capa media de la humedad y los maltratos.

Las FO multimodo para telecomunicaciones tienen normalizado el diámetro del núcleo y revestimiento en 50 y 125μm con tolerancias de 6% y 2,4% respectivamente  Monomodo 6 a 9 μm.

REFLEXIÓN INTERNA TOTAL

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REFLEXIÓN INTERNA TOTAL

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REFLEXIÓN INTERNA TOTAL

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TIPOS DE FIBRA 

Fibra Monomodo DEEE - Fundamentos de Redes

• Ofrece la mayor capacidad de transporte de información • Diámetro del núcleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las señales ópticas que transmiten (5 a 8 mm) 32 • La distancia es de aproximadamente 5 Km.

FIBRA MONOMODO Si la fibra está perfectamente recta, y el rayo de luz se hace entrar en una forma alineada exactamente igual que la fibra.



Este rayo puede ir por el centro de la fibra sin tocar en ningún momento las paredes de la fibra, de esta forma el rayo puede viajar distancias muy grandes y llegará de forma muy rápida al otro extremo de la fibra.



Sin embargo esto nunca sucede, por dos cosas:  

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

1. Es muy difícil tener una fibra óptica perfectamente recta.

2. Es difícil alinear el rayo de luz exactamente con la fibra.

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

Fibra Multimodo

 Tardar un cierto tiempo más que el rayo que viaja sin rebotar.  El rayo de luz no es un solo rayo como tal, en realidad es un haz de rayos, que pueden tardar diferentes tiempos en llegar al otro extremo.

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 La luz siempre entra con un cierto ángulo de apertura en el extremo de la fibra, lo que hace que desde el comienzo del camino el rayo vaya rebotando en las paredes.

 Los rebotes suceden además porque las fibras no se colocan siempre en línea recta, normalmente tienen dobleces y curvaturas que hacen que los rayos se vean forzados a rebotar.  Aún así la fibra óptica puede transmitir esa luz una distancia de cientos de kilómetros sin necesidad de repetidoras.

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Tipos de fibra óptica multimodo: De salto de índice.- Existe una discontinuidad de índices de

refracción entre el núcleo (n1 = ctte) y la cubierta o revestimiento de la fibra (n2 = ctte).

De índice gradual.- La variación del índice es gradual. Esto permite

que en las fibras multimodo de índice gradual los rayos de luz viajen a distinta velocidad, de tal modo que aquellos que recorran mayor distancia se propaguen más rápido, reduciéndose la dispersión temporal a la salida de la fibra.

TIPOS DE FIBRA

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PERDIDAS EN F.O   



 



  

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 

Pérdidas por absorción Pérdida de Rayleigh Dispersión cromática Pérdidas por radiación Dispersión modal Pérdidas por acoplamiento

Pérdidas por absorción. Impurezas en la fibra absorben la luz, y esta se convierte en energía calorífica.

Pérdida de Rayleigh. En la manufactura el enfriamiento provoca microscópicas irregularidades que se quedan permanentemente; (los rayos se difractan) Dispersión cromática. Sólo en fibras tipo monomodo, los rayos de luz emitidos por la fuente se propagan sobre el medio, no llegan al extremo opuesto en el mismo tiempo.

Pérdidas por radiación. Cuando la fibra sufre dobleces (instalación y variación en la trayectoria) Dispersión modal. Es la diferencia en los tiempos de propagación de los rayos de luz.

37 Pérdidas por acoplamiento. Las pérdidas por acoplamiento se dan cuando existen uniones de fibra, se deben a problemas de alineamiento.

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MEDIO OPTICO

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SEÑALES Y RUIDO EN FIBRAS OPTICAS o Interferencia Intersimbólica (ISI) DEEE - Fundamentos de Redes

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FIBRA MULTIMODO

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SCATTERING (DISPERSIÓN)

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BENDING (DOBLAMIENTOS)

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TERMINACIONES DE LA FIBRA

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SPLICING (EMPALMES)

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TIPOS DE CONECTORES:

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CONECTORES MÁS COMUNES

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ANCHO DE BANDA

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• Ancho de Banda Absoluto • Ancho de Banda Efectivo AB = fH – fL ABB = f4 – f3 ABA = f2 – f1

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ANCHO DE BANDA 





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

Para señales analógicas, el ancho de banda es la longitud, medida en Hz, del rango de frecuencias en el que se concentra la mayor parte de la potencia de la señal.

En Internet el ancho de banda es la cantidad de información o de datos que se puede enviar a través de una conexión de red en un período de tiempo dado. El ancho de banda se indica generalmente en bits por segundo (bps), kilobits por segundo (Kbps), o megabits por segundo (Mbps)  Gbps.

La tasa de transferencia máxima permitida por el sistema o canal, va a depender del ancho de banda analógico, de la potencia de la señal, de la potencia de ruido y de la codificación de canal.

Para determinar el AB necesario para transmitir uns señal 52 se usa el criterio de Nyquist AB = 2 fmáx

VELOCIDAD DE MODULACION 

Se define como la inversa del tiempo más corto entre dos instantes significativos de la señal.

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

Esta velocidad está dada por la velocidad de cambio de la señal y por lo tanto dependerá del esquema de codificación elegido.

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VELOCIDAD DE TX •VTX cantidad de bits que se transmiten por segundo independientemente de si los mismos contienen información o no.

Si se tiene un sistema multinivel, se puede incrementar la velocidad de transmisión sin cambiar la velocidad de modulación.

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• Si tenemos un solo canal y trabajando con dos niveles como sucede con el sistema binario, la velocidad de transmisión resulta

Por ejemplo: Si n = 4  Si n = 8 

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MEDIOS NO GUIADOS

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







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

La técnica de la radiocomunicación consiste en la superposición de la información que se desea transmitir sobre una onda electromagnética llamada portadora.

La onda modulada se envía al medio de propagación a través de un dispositivo de acoplamiento con el medio denominado antena.

El conjunto de equipos para el tratamiento de la información: moduladores, filtros, antenas...constituye la estación transmisora (o abreviadamente, el transmisor).

Cuando la onda transmitida alcanza el punto o puntos de destino, accede al sistema receptor por medio de una antena de recepción, que capta una fracción de la energía.

El alcance útil o cobertura de una emisión radioeléctrica depende del tipo e intensidad de las perturbaciones

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TIPOS DE TRANSMISIÓN INALÁMBRICA 

Existen dos tipos fundamentales de transmisión inalámbrica: DEEE - Fundamentos de Redes

La antena Tx. emite en todas las direcciones y la receptora recibe igualmente en toda dirección.

La energía emitida se concentra en un haz, para lo cual se requiere que la antena receptora y transmisora estén alineadas.

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ESPECTRO DE FRECUENCIAS

BANDAS DEL ESPECTRO

FRECUENCIAS Y TIPOS DE ONDA Básicamente se emplean tres tipos de ondas del espectro electromagnético para comunicaciones:

- Ondas radio: 30 MHz - 1 GHz. Omnidireccionales.

- Infrarrojos: 3 · 1011 - 2 · 1014 Hz.

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- Microondas: 2 GHz - 40 GHz. Muy direccionales. Pueden ser terrestres o por satélite.

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USOS Mejoras que representan

Principales usos Áreas concurridas Para usuarios con mucha movilidad  Áreas aisladas en edifícios  Entornos donde el cableado es difícil: edificios históricos 

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Conexiones temporales a una red existente  Backup a una red existente  Portabilidad 

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MICROONDAS POR SATÉLITE 

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El satélite se comporta como una estación repetidora que recoge la señal de algún transmisor en tierra y la retransmite difundiéndola entre una o varias estaciones terrestres receptoras, pudiendo regenerar dicha señal o limitarse a repetirla. Las frecuencias ascendente y descendente son distintas: fasc < fdesc. Para evitar interferencias entre satélites está normalizada una separación entre ellos de un mínimo de 3º (en la banda de la 12/14Ghz) o 4º (4/6GHz).

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CARACTERÍSTICAS DE LOS SATÉLITES

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MICROONDAS TERRESTRES 

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

La antena típica de este tipo de microondas es parabólica y tiene unos tres metros de diámetro; el haz es muy estrecho por lo que las antenas receptora y emisora deben estar muy bien alineadas.

Las principales frecuencias alrededor de los 12 GHz, 18 y 23 Ghz  1 y 15 millas de distancia. Equipos que opera entre 2 y 6 Ghz  20 y 30 millas.

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ONDAS DE RADIO



Se caracterizan por ser omnidireccionales, por lo que no necesitaremos antenas parabólicas. Utilizarán la banda comprendida entre 30 MHz - 1GHz, para transmitir señales FM, TV (UHF, VHF), datos...

Este rango de frecuencias es el más adecuado para transmisiones simultáneas (difusión,...).

Las perturbaciones que sufriremos en este tipo de comunicaciones son provocadas por las reflexiones que se producen tanto en la tierra como en el mar, debidas a interferencias multitrayecto.

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

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INFRARROJO 

InfraLAN es una red basada en infrarrojos compatible con las redes Token Ring a 4 Mbps, pudiendo utilizarse independientemente o combinada con una red de área local convencional.

Características fundamentales:

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

Son ondas electromagnéticas que se propagan en línea recta, siendo susceptibles de ser interrumpidos por cuerpos opacos. Su uso no precisa de licencia administrativa y no se ven afectados por interferencias radioeléctricas externas.

Reflexión directa.

Utilización de transductores que modulan la luz infrarroja no coherente.

Deberán estar alineados o tener una reflexión directa.  No pueden atravesar obstáculos.  Rapidez en la instalación, ya que no es necesario tener ningún permiso.  Imposibilidad de establecer enlaces en medios abiertos debido al cambio de las condiciones climatológicas, que pueden actuar a modo de obstáculos.

66  

BLUETOOTH Posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia.  Ofrecen una conectividad espontánea para los dispositivos móviles de los usuarios y permite acceso instantáneo a información utilizando puntos de acceso de redes locales y redes metropolitanas.  Comunicaciones limitadas a 10 m  Permiten conectar todos sus aparatos Bluetooth: ya sean computadoras portátiles, dispositivos de mano, teléfonos celulares y otros más. 

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SELECCIÓN DEL MEDIO DE TX.

    

El tráfico de la red (disponibilidad) Necesidades de seguridad Distancia que tiene que recorrer el cable Opciones de medio Presupuesto

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Hay que tener en cuenta

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