Fundamentos de Redes - Medios de transmisión guiados

Medio de transmisión guiados.

Fundamentos de Redes.

1Medio de transmisión guiados

Tabla de contenidoMedio de transmisión guiados...........................................................................................................1

Par Trenzado..................................................................................................................................2

Cable de par trenzado sin blindaje (UTP, Unshield Twisted Pair)...............................................2

Cable de par trenzadoblindado (STP).........................................................................................4

Cable Coaxial................................................................................................................................11

Fibra Óptica..................................................................................................................................12

Bibliografía...................................................................................................................................14

Medio de transmisión guiadosSon aquellos que proporcionan un conductor de un dispositivo al otro e incluye cables de pares trenzados, cables coaxiales y cables de fibra óptica.

Potencia/Voz Comunicación por radio

Radio, microondas

Luz infrarroja Luz ultra-violeta

X, gamma, rayos cósmicos.

0 3KHz 300GHz

Espectro electromagnético

El propósito de la capa física es transportar un flujo de datos puro de una máquina a otra. Es posible utilizar varios medios físicos para la transmisión real. Cada uno tiene su propio nicho en términos de ancho de banda, retardo, costo y facilidad de instalación y mantenimiento. Los medios se clasifican de manera general en medios guiados, como cable de cobre y fibra óptica, y medios no guiados, como radio y láser a través del aire. Analizaremos estos temas en las siguientes secciones.

Par TrenzadoUn cable de par trenzado está formado por dos conductores habitualmente de cobre, cada con un aislamiento de plástico de color. El aislamiento de plástico tiene un color asignado a cada banda para su identificación. Los colores se usan tanto para identificar los hilos específicos de un cable

Luz visible, 430-750 THz


como para indicar que cables pertenecen a un par y como se relacionan con los otros pares de un manojo de cables. El Cable de par trenzado se presenta en dos formas sin blindaje y blindado.

Cable de par trenzado sin blindaje (UTP, Unshield Twisted Pair)Es el tipo de cable más frecuente de medio de comunicación que usa actualmente. Aunque es el que más utiliza en los sistemas telefónicos, su rango de frecuencia es adecuado para transmitir tanto voz como datos.

Rango de frecuencia para un cable de par trenzado

Cable de par trenzado.

La interferencia electromagnética de dispositivos tales como los motores podía originar ruidos en los cables. Si los dos cables son paralelo, el cable mas cercano a la fuente de ruido tiene mas interferencia y termina con un nivel de tensión mas alto que el cable que esta mas lejos, lo que da por resultado cargas distintas y una señal dañada.

Sin embargo si los cables están trenzados (entre dos a 12 torsiones por pic) cada cable esta cerca de la fuente del ruido durante la mitad del tiempo y lejos durante la otra mitad. Por tanto, con el trenzado, el efecto acumulativo de la interferencia es igual en ambos cables.

Cable de par trenzado

100Hz 5MHz

Aislamiento de externo o de PVC

Conductores de cobre solido


Las ventajas del UTP son su coste y su facilidad de uso. El UTP es barato, flexible y facil de instalar. En muchas tecnologias LAN, se usa UTO de gama alta.

La asociacion de industrias electronicas (EIA) ha desarrollado estandares para graduar los cables UTP segun su calidad. Las categorias se determinan segun la calidad del cable, que varia desde 1, para la mas baja, hasta 5, para la mas alta.

Categoria 1. El cable básico del par trenzado que se usa en los sistemas telefonicos. Este nivel de calidad es bueno para voz pero inadecuado para cualquier otra cosa que no sean comunicaciones de datos de baja velocidad.

Catgoria 2. el siguiente grado mas alto, adecuado para voz y trnasmision de datos hasta 4Mbps.

Categoria 3. Debe tener obligatoriamente al menos nueve trenzas por metro y se puede usar para transmision de datos hasta 10 Mbps. Actualmente es el cable estandar en la mayoria de los sistemas de telecomunicacion de telefonia.

Categoria 4. Tambien debe tener al menos nueve trenzas por metro, asi como otras condiciones para hacer que la trnasmicion se pueda efectuar a 16Mbps.

Categoria 5. Usada para la transmision de datos hasta 100Mbps.

Conectores UTP. Los cables utpe se conectan habitualmente a los dispositivos de la red a traves de un tipo de conector y un tipo de enchufe como el que se usa en las clavijas ttelefonicas. Los conectores machos entran en los conectores hembras y tiene una pestaña movil. (denominada llave) que los bloquea cuando quedan ubicados en su sitio. Cada hilo de un cable esta unido a un conductor (o patilla del conector. Los conectores que se usan mas frecuentemente para los enchufes son los RJ45 que tiene 8 conductores, uno para cada hilo de cuatro pares trenzados.

Cable de par trenzadoblindado (STP)E cable de par trenzado tiene una funda de metal o un recubrimiento de malla entrelazada que rodea cada par de conductores aislados. La carcasa de metal evita que penetre ruido electromagnético. También elimina un fenómeno denominado interferencia, que es un efecto indeseado de un circuito o canal sobre otro circuito. Se produce cuando una línea (que actúa como línea receptora) capta alguna de las señales que viajan por otra línea(que actúa como antena emisora). Blindando cada par de cables de par trenzado se puede eliminar la mayor pare de las interferencias.

El STP tiene las mismas consideraciones de calidad y usan los mismos conductores que el UTP, pero es necesario conectar el blindaje a tierra. Los materiales y requisitos de fabricación el STP son más caros que los de UTP, pero dan como resultado cables menos susceptibles al ruido.

Tamaño de la fibra.Las fibras ópticas se definen por la relación entre el diámetro de su núcleo y el diámetro de su cubierta, ambas expresadas en micras.

Tipo de fibra Nucleó(micras) Cubierta(micras)


62,5/125 62,5 125

50/125 50 125

100/140 100 140

8,3/125 8,3 125

Composición del cableLa fibra esta formada por un nucleo rodeado por una cubierta. En la mayoría de los casos, la fibra esta cubierta por un nivel intermedio que lo protege de la contaminación. Finalmente, todo el cable esta encerrado por una carcasa exterior.

Tanto el nucleo como la cubierta pueden esta hechos de cristal, pero deben de ser de densidades distintas. Ademas el nucleo interior debe ser ultra puro y completamente regular en forma y tamaño. La cobertura exterior se puede hacer con varios materiales incluyendo un recubrimineto de teflón, palstico, plástico fibroso, tubería de metal y malla metalica.

Desventajas de la fibra óptica.Las principales desventajas de la fibra óptica son el coste, la instalación, el mantenimiento y la fragilidad.

Coste. El cable de fibra óptica es caro. Debido a que cualquier impureza o imperfección del núcleo que puede interrumpir la señal, la fabricación debe ser laboriosamente precisa. Igualmente, conseguir una fuente de luz láser puede costar de miles de dólares, comparado a los cientos de dólares necesarios para los generadores de señales eléctricas.

Instalación/mantenimiento. Cualquier grieta o rozadura del núcleo de un cable de fibra óptica difumina la luz y altera la señal. Todas las marcas deben ser pulidas y fundidas con precisión. Todas las conexiones deben estar perfectamente alineadas y ser coincidentes con el tamaño del núcleo y deben proporcionar uniones completamente acopladas pero si excesivas presiones. Las conexiones de los medios metálicos, por otro lado, se puede hacer con herramientas de cortado y de presión relativamente poco sofisticadas.

Fragilidad. La fibra de cristal se rompe más fácilmente que el cable, lo que la convierte en menos útil para aplicaciones en las que es necesario transportar el hardware.

A medida que las técnicas de fabricación han mejorado y los costes se han reducido, las altas tasas de datos y la inmunidad al ruido han hecho que la fibra óptica un medio crecientemente popular.

Uno de los medios de transmisión más viejos, y todavía el más común, es el cable de par trenzado. Éste consiste en dos alambres de cobre aislados, por lo regular de 1 mm de grueso. Los alambres se trenzan en forma helicoidal (En forma o figura de hélice|| Que tiene forma de hélice:el ADN se estructura en cadenas helicoidales).


Esto se hace porque dos alambres paralelos constituyen una antena simple. Cuando se trenzan los alambres, las ondas de diferentes vueltas se cancelan, por lo que la radiación del cable es menos efectiva.

La aplicación más común del cable de par trenzado es en el sistema telefónico. Casi todos los teléfonos están conectados a la compañía telefónica mediante un cable de par trenzado. La distancia que se puede recorrer con estos cables es de varios kilómetros sin necesidad de amplificar las señales, pero para distancias mayores se requieren repetidores. Cuando muchos cables de par trenzado recorren de manera paralela distancias considerables, como podría ser el caso de los cables de un edificio de departamentos que van hacia la compañía telefónica, se suelen atar en haces y se cubren con una envoltura protectora. Los cables dentro de estos haces podrían sufrir interferencias si no estuvieran trenzados. En algunos lugares del mundo en donde las líneas telefónicas se instalan en la parte alta de los postes, se observan frecuentemente dichos haces, de varios centímetros de diámetro.

Los cables de par trenzado se pueden utilizar para transmisión tanto analógica como digital. El ancho de banda depende del grosor del cable y de la distancia que recorre; en muchos casos pueden obtenerse transmisiones de varios megabits/seg, en distancias de pocos kilómetros. Debido

a su comportamiento adecuado y bajo costo, los cables de par trenzado se utilizan ampliamente

y es probable que permanezcan por muchos años.

Hay varios tipos de cableado de par trenzado, dos de los cuales son importantes para las redes

de computadoras. Los cables de par trenzado categoría 3 consisten en 2 alambres aislados que setrenzan de manera delicada. Cuatro de estos pares se agrupan por lo regular en una envolturade plástico para su protección. Antes de 1988, la mayoría de los edificios de oficinas tenía uncable de categoría 3 que iba desde un gabinete de cableado central en cada piso hasta cada oficina.Este esquema permitió que hasta cuatro teléfonos comunes o dos teléfonos de múltiples líneasen cada oficina se conectaran con el equipo de la compañía telefónica en el gabinete de cableado.SEC. 2.2 MEDIOS DE TRANSMISIÓN GUIADOS 91A comienzos de 1988 se introdujeron los cables de par trenzado categoría 5 más avanzados.Son similares a los de la categoría 3, pero con más vueltas por centímetro, lo que produce una menordiafonía y una señal de mejor calidad a distancias más largas. Esto los hace más adecuados parauna comunicación más rápida entre computadoras. Las siguientes son las categorías 6 y 7, quetienen capacidad para manejar señales con anchos de banda de 250 y 600 MHz, respectivamente


(en comparación con los 16 y 100 MHz de las categorías 3 y 5, respectivamente).Todos estos tipos de cableado comúnmente se conocen como UTP (Par Trenzado sin Blindaje),en comparación con los cables de par trenzado costosos, blindados y voluminosos que IBMintrodujo a principios de la década de 1980, los cuales no ganaron popularidad fuera de las instalacionesde IBM. En la figura 2-3 se muestra un cableado de par trenzado.

Cable CoaxialEl cable coaxia (o coax) tranporta señales con rangos de frecuencias mas altos que los cables de pares trenzados, en parte debido a que ambos medios estan construidos de forma bastante distinta. En lugar de tener dos hilos, el cable coaxial tiene un nucleo conducotr central formado por un hilo solido o enfilado(abitualmente de cobre) recubierto por un aislante de material dielectrico, que esta, a su vez, recubierto por una hoja exterior de metal conductor, malla o una combinacion de ambas(tambien habitualmente cobre. La cubierta metaliza exterior sirve como blindaje contra el ruido y como un segundo conductor, lo que completa el circuito. Este conductor exteriuos esta tambien recubierto por un escudo aislante y todo el cable ets aprotegido por una cubierta de plastico.

Estandares de cable coaxial.

Los distintos diseños del cable coaxia se pueden catgorizar segun sus clasificaciones de radio del gobierno (RG). Cada numero RG denota un conjunto unico de especificaciones fisicas, incluyendo el grosos del cable conductor interno, el grosor y el tipo de aislante interios la construccion del blindaje y el tamaño y el tipo de la cubierta exterior.

Cada cable definido por las clasificaciones RG esta adptado para una funcion especializada. Los mas frecuentes sn:

RG-8 Usado en Ethernet de cable grueso



RG-58 Usado en Ethernet de cable fino

RG-59 Usado para TV

Conectores de los cables coaxiales

A lo largo de los años, se han diseñado un cierto numero de conectoresz paRA SU USO EN EL CABLE COAXIAL, HABITUALMENTe por fabricantes que buscaban soluciones especificas a requisistpo}}


Otro medio común de transmisión es el cable coaxial (conocido frecuentemente tan sólo como“coax”). Este cable tiene mejor blindaje que el de par trenzado, así que puede abarcar tramosmás largos a velocidades mayores. Hay dos clases de cable coaxial que son las más utilizadas. Unaclase: el cable de 50 ohms, se usa por lo general para transmisión digital. La otra clase, el cable de75 ohms, se utiliza comúnmente para la transmisión analógica y la televisión por cable, pero se estáhaciendo cada vez más importante con el advenimiento de Internet a través de cable. Esta distinciónse basa en hechos históricos, más que en técnicos (por ejemplo, las antenas antiguas dedipolos tenían una impedancia de 300 ohms y era fácil utilizar los transformadores adaptadoresde impedancia 4:1).Un cable coaxial consiste en un alambre de cobre rígido como núcleo, rodeado por un materialaislante. El aislante está forrado con un conductor cilíndrico, que con frecuencia es una mallade tejido fuertemente trenzado. El conductor externo se cubre con una envoltura protectora deplástico. En la figura 2-4 se muestra una vista en corte por capas de un cable coaxial.La construcción y el blindaje del cable coaxial le confieren una buena combinación de anchode banda alto y excelente inmunidad al ruido. El ancho de banda posible depende de la calidad ylongitud del cable, y de la relación señal a ruido de la señal de datos. Los cables modernos tienenun ancho de banda de cerca de 1 GHz. Los cables coaxiales solían ser ampliamente usados en elsistema telefónico para las líneas de larga distancia, pero en la actualidad han sido reemplazadospor la fibra óptica en rutas de distancias considerables. Sin embargo, el cable coaxial aún se utilizaampliamente en la televisión por cable y en las redes de área metropolitana.

Fibra ÓpticaMuchas personas de la industria de la computación se enorgullecen de lo rápido que está mejorando la tecnología en esta área. La PC original de IBM (1981) se ejecutaba a una velocidad de reloj de 4.77 MHz. Veinte años más tarde, las PCs pueden correr a 2 GHz, con un factor de ganancia

de 20 por década. No está nada mal.En el mismo periodo, la comunicación de datos de área amplia pasó de 56 kbps (ARPANET)


a 1 Gbps (comunicación óptica moderna), con un factor de ganancia de más de 125 por década, yal mismo tiempo la tasa de error pasó de 10−5 por bit hasta casi cero.Además, las CPUs individuales están empezando a aproximarse a límites físicos, como la velocidadde la luz y los problemas de la disipación de calor. En contraste, con la tecnología actualde fibras, el ancho de banda alcanzable ciertamente está por encima de los 50,000 Gbps (50 Tbps)y muchas personas se están esforzando arduamente para encontrar mejores tecnologías y materiales.El límite práctico de señalización actual de aproximadamente 10 Gbps se debe a nuestra incapacidadpara convertir con mayor rapidez las señales eléctricas a ópticas, aunque en el laboratoriose han alcanzado hasta 100 Gbps en una sola fibra.En la competencia entre la computación y la comunicación, esta última ganó. La generaciónde científicos e ingenieros de computación acostumbrados a pensar en términos de los bajos límitesde Nyquist y Shannon impuestos por el alambre de cobre aún no ha comprendido todas las implicacionesdel ancho de banda prácticamente infinito (aunque no sin un costo). El nuevo sentidocomún debería ser que todas las computadoras son desesperadamente lentas y que las redes deberíantratar de evitar las tareas de cómputo a cualquier precio, sin importar cuánto ancho de bandase desperdicie. En esta sección analizaremos la fibra óptica para ver cómo funciona esa tecnologíade transmisión.Un sistema de transmisión óptico tiene tres componentes: la fuente de luz, el medio de transmisióny el detector. Convencionalmente, un pulso de luz indica un bit 1 y la ausencia de luz indicaun bit 0. El medio de transmisión es una fibra de vidrio ultradelgada. El detector genera unpulso eléctrico cuando la luz incide en él. Al agregar una fuente de luz en un extremo de una fibraóptica y un detector en el otro, se tiene un sistema de transmisión de datos unidireccional queacepta una señal eléctrica, la convierte y transmite mediante pulsos de luz y, luego, reconvierte lasalida a una señal eléctrica en el extremo receptor.Figura 2-4. Un cable coaxial.Núcleode cobreMaterialaislanteConductorexteriorentrelazadoCubierta


protectorade plástico

Este sistema de transmisión tendría fugas de luz y sería inútil en la práctica excepto por unprincipio interesante de la física. Cuando un rayo de luz pasa por un medio a otro —por ejemplo,de sílice fundida al aire—, el rayo se refracta (se dobla) en la frontera de la sílice y el aire, comose muestra en la figura 2-5(a). En ella vemos un rayo de luz que incide en la frontera con un ángulo1 y que emerge con un ángulo 1. El grado de refracción depende de las propiedades de losdos medios (en particular sus índices de refracción). Para ángulos con incidencias mayores de ciertosvalores críticos, la luz se refracta nuevamente a la sílice; ninguna parte de él escapa al aire. Porlo tanto, un rayo de luz que incide en un ángulo mayor o igual que el crítico queda atrapado dentrode la fibra, como se muestra en la figura 2-5(b), y se puede propagar por varios kilómetrosprácticamente sin pérdida.

El diagrama de la segunda figura únicamente muestra un rayo atrapado, pero puesto que cualquierrayo de luz que incida en la frontera con un ángulo mayor que el crítico se reflejará internamente,muchos rayos estarán rebotando con ángulos diferentes. Se dice que cada rayo tiene unmodo diferente, por lo que una fibra que tiene esta propiedad se denomina fibra multimodo.Por otro lado, si el diámetro de la fibra se reduce a unas cuantas longitudes de onda de luz, lafibra actúa como una guía de ondas y la luz se puede propagar sólo en línea recta, sin rebotar, locual da como resultado una fibra monomodo. Las fibras monomodo son más caras, pero se puedenutilizar en distancias más grandes. Las fibras monomodo disponibles en la actualidad puedentransmitir datos a 50 Gbps a una distancia de 100 km sin amplificación. En el laboratorio se hanlogrado tasas de datos todavía mayores a distancias más cortas.Transmisión de la luz a través de fibra ópticaLas fibras ópticas se hacen de vidrio, que a su vez se fabrica con arena, una materia debajocosto disponible en cantidades ilimitadas. La fabricación de vidrio era conocida por los antiguosegipcios, pero su vidrio no tenía más de 1 mm de espesor, porque de lo contrario la luz no podíaatravesarlo. Durante el Renacimiento se forjó un vidrio suficientemente transparente para utilizarlo


en ventanas. El vidrio utilizado para fabricar fibras ópticas modernas es tan transparente que siFigura 2-5. (a) Tres ejemplos de un rayo de luz procedente del interior de una fibra de sílice queincide sobre la frontera de la sílice y el aire con diferentes ángulos. (b) Luz atrapada por reflexióninterna total.Fronterasílice/aireReflexión internatotalAireSílice Fuente de luz(a) (b)

el océano estuviera lleno de éste en lugar de agua, el fondo del mar sería tan visible desde la superficiecomo lo es el suelo desde un avión en un día claro.La atenuación de la luz dentro del vidrio depende de la longitud de onda de la luz (así comode algunas propiedades físicas del vidrio). En la figura 2-6 se muestra la atenuación para la clase devidrio que se usa en las fibras, en decibeles por kilómetro lineal de fibra. La atenuación en decibelesestá dada por la fórmula:potencia transmitidaAtenuación en decibeles 10 log10 _________potencia recibidaPor ejemplo, un factor de pérdida de dos da como resultado una atenuación de 10 log10 2 3 dB.La figura muestra la parte cercana al infrarrojo del espectro, que es la que se utiliza en la práctica.La luz visible tiene longitudes de onda ligeramente más cortas, de 0.4 a 0.7 micras (1 micra es10−6 metros). Los puristas de la métrica se referirían a estas longitudes de onda como 400 nm a700 nm, pero nosotros nos apegaremos al uso tradicional.

Bibliografía Redes de computadora, Andrew S. Tanenbaum, Edición cuarta Transición de datos y redes de comunicación, autor Behrouz Forouzan, Editorial Mc Graw

Hill. Comunicación y redes de computadoras. Willian Stalling Edición sexta. Redes de computadores, Autores: José María Barceló Ordinas, Jordi Iñigo Griera, Ramón

Martí Escale, Xavier Perramon Tornil, Edición 2004

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