Medios de Red de la Capa Física

Analizamos brevemente los medios de red de la Capa Física. El cableado de cobre, UTP, fibra óptica y los medios inalámbricos.

Como mencionamos anteriormente, existen tres formatos básicos de medios de red: cable de cobre, cable de fibra óptica y la conexión inalámbrica. Ahora pasamos a detallar cada uno de ellos.

1. Cable de cobre

El cableado de cobre es el tipo más común de cableado utilizado en las redes hoy en día. De hecho, el cableado de cobre no es solo un tipo de cable. Hay tres tipos diferentes de cableado de cobre que se utilizan en situaciones específicas.

Las redes usan medios de cobre porque son económicos, fáciles de instalar y tienen baja resistencia a la corriente eléctrica. Sin embargo, los medios de cobre están limitados por la distancia y la interferencia de la señal.

Los datos se transmiten en cables de cobre como pulsos eléctricos. Un detector en la interfaz de red de un dispositivo de destino debe recibir una señal que se pueda decodificar con éxito para que coincida con la señal enviada. Sin embargo, cuanto más avanza la señal, más se deteriora. Esto se conoce como atenuación de señal. Por esta razón, todos los medios de cobre deben seguir estrictas limitaciones de distancia según lo especificado por los estándares de guía.

Los valores de tiempo y voltaje de los pulsos eléctricos también son susceptibles a la interferencia de dos fuentes:

• Interferencia electromagnética (EMI) o interferencia de radiofrecuencia (RFI): Las posibles fuentes de EMI y RFI incluyen las ondas de radio y dispositivos electromagnéticos como las luces fluorescentes o los motores eléctricos.
• Crosstalk: se trata de una perturbación causada por los campos eléctricos o magnéticos de una señal de un hilo a la señal de un hilo adyacente.

Dentro de los medios de cobre existen tres tipos principales de medios de cobre que se utilizan en las redes:

• Par trenzado no blindado (UTP)
• Par trenzado blindado (STP)
• Coaxial

1.1. Cable de par trenzado no blindado (UTP)

El cableado UTP, se utiliza para interconectar hosts de red con dispositivos intermediarios de red, como switches y routers.

En las redes LAN, el cable UTP consta de cuatro pares de hilos codificados por colores que están trenzados entre sí y recubiertos con un revestimiento de plástico flexible que los protege contra daños físicos menores. El trenzado de los hilos ayuda a proteger contra las interferencias de señales de otros hilos.

Los números en la imagen identifican algunas características clave del cable de par trenzado sin blindaje:

• La cubierta exterior protege los cables de cobre del daño físico.
• Los pares trenzados protegen la señal de la interferencia.
• El aislamiento de plástico codificado por colores aísla eléctricamente los cables entre sí e identifica cada par.

Tipos de cables UTP:

Según las diferentes situaciones, es posible que los cables UTP necesiten armarse según las diferentes convenciones para los cableados.

• Cable directo de Ethernet (Straight-through): Por lo general, se utiliza para interconectar un host con un switch y un switch con un router.
• Cable cruzado Ethernet (Crossover): cable utilizado para interconectar dispositivos similares. Por ejemplo, switch a un switch, un host a un host o un router a un router.
• Cable de consola (Rollover): cable exclusivo de Cisco utilizado para conectar una estación de trabajo a un puerto de consola de un router o de un switch.

Tipo de cable	Estándar	Aplicación
Ethernet Straight-through	Ambos extremos T568A o ambos extremos T568B	Conecta un host de red a un dispositivo de red, como un switch o hub
Ethernet Crossover	Un extremo T568A, otro extremo T568B	Conecta dos hosts de red. Conecta dos dispositivos intermedios de red (switch a switch, o router a router )
Rollover	Propiedad de Cisco	Conecta un puerto serie de estación de trabajo a un puerto de consola del enrutador, usando un adaptador

1.2. Cable de par trenzado blindado (STP)

El par trenzado blindado (STP) proporciona una mejor protección contra ruido que el cableado UTP. Sin embargo, en comparación con el cable UTP, el cable STP es mucho más costoso y difícil de instalar. Al igual que el cable UTP, el STP utiliza un conector RJ-45.

El cable STP combina las técnicas de blindaje para contrarrestar la EMI y la RFI, y el trenzado de hilos para contrarrestar el crosstalk. Para obtener los máximos beneficios del blindaje, los cables STP se terminan con conectores de datos STP blindados especiales. Si el cable no se conecta a tierra correctamente, el blindaje puede actuar como antena y captar señales no deseadas.

Los números en la figura identifican algunas características clave del cable de par trenzado blindado:

1. Envoltura externa
2. Escudo trenzado o de aluminio
3. Escudos de aluminio
4. Pares trenzados

1.3. Cable coaxial

El cable coaxial, coaxcable o coax obtiene su nombre del hecho de que hay dos conductores que comparten el mismo eje (dos conductores concéntricos).

Los números en la figura identifican algunas características clave del cable coaxial:

1. Envoltura externa
2. Blindaje de cobre trenzado
3. Aislamiento de plástico
4. Conductor de cobre

Si bien el cable UTP esencialmente reemplazó al cable coaxial en las instalaciones de Ethernet modernas, el diseño del cable coaxial se adaptó para las instalaciones inalámbricas y las instalaciones de Internet por cable.

2. Cable de fibra óptica

Como ha aprendido, el cableado de fibra óptica es el otro tipo de cableado utilizado en redes. Debido a que es costoso, no se usa tan comúnmente en los diversos tipos de cableado de cobre. Pero el cableado de fibra óptica tiene ciertas propiedades que lo convierten en la mejor opción en ciertas situaciones.

En la actualidad, el cableado de fibra óptica se utiliza en cuatro tipos de industrias:

• Redes empresariales: la fibra óptica se utiliza para aplicaciones de cableado troncal y para la interconexión de dispositivos de infraestructura.
• Fibre-to-the-Home (FTTH): la fibra hasta el hogar se utiliza para proporcionar servicios de banda ancha siempre activos a hogares y pequeñas empresas.
• Redes de largo alcance: los proveedores de servicios las utilizan para conectar países y ciudades.
• Redes por cable submarinas: se utilizan para proporcionar soluciones confiables de alta velocidad y alta capacidad que puedan subsistir en entornos submarinos adversos por distancias transoceánicas.

Entre las propiedades del cableado de fibra óptica se destaca:

• Transmite datos a través de mayores distancias y a anchos de banda mayores que cualquier otro medio de red
• Transmite señales con menos atenuación y es totalmente inmune EMI y RFI.
• Hilos de fibra de vidrio flexibles pero finos extremadamente delgado y transparente de vidrio muy puro, no mucho más grueso que un cabello humano.
• Los bits se codifican en la fibra como impulsos de luz. El cable de fibra óptica actúa como una guía de ondas, o una “tubería de luz”, para transmitir la luz entre los dos extremos con una pérdida mínima de la señal.

2.1 Tipos de de cables de fibra óptica

Los tipos de medios de fibra óptica son los siguientes:

• Fibra óptica monomodo (SMF)

SMF consta de un núcleo muy pequeño y utiliza tecnología láser cara para enviar un solo rayo de luz, como se muestra en la imagen. SMF es popular en situaciones de larga distancia que abarcan cientos de kilómetros, como las requeridas en aplicaciones de telefonía de larga distancia y televisión por cable.

• Fibra óptica multimodo (MMF)

MMF consiste en un núcleo más grande y utiliza emisores LED para enviar pulsos de luz. Específicamente, la luz de un LED ingresa a la fibra multimodo en diferentes ángulos, como se muestra en la imagen. Popular en LAN porque pueden ser alimentados por LED de bajo costo. Proporciona ancho de banda de hasta 10 Gb/s en longitudes de enlace de hasta 550 metros.

2.2. Conectores de fibra óptica

Un conector de fibra óptica termina el extremo de una fibra óptica. Se encuentra disponible una variedad de conectores de fibra óptica. Las principales diferencias entre los tipos de conectores son las dimensiones y los métodos de acoplamiento. Las empresas deciden sobre los tipos de conectores que se utilizarán, en función de sus equipos.

• Straight-Tip (ST): Los conectores ST fueron uno de los primeros tipos de conectores utilizados. El conector se bloquea de forma segura con un mecanismo tipo bayoneta “Twist-on / twist-off”.
• Subscriber Connector (SC): Los conectores SC a veces se denominan conector cuadrado o conector estándar. Son un conector LAN y WAN ampliamente adoptado que utiliza un mecanismo push-pull para garantizar una inserción positiva. Este tipo de conector se utiliza con fibra multimodo y monomodo.
• Lucent Connector (LC) Simplex: Los conectores LC simplex son una versión más pequeña del conector SC. A veces se denominan conectores pequeños o locales y están creciendo rápidamente en popularidad debido a su tamaño más pequeño.
• Duplex Multimode: Un conector LC multimodo dúplex es similar a un conector LC simplex, pero utiliza un conector dúplex.

2.3. Comparación de cableado UTP y fibra óptica

El uso de cable de fibra óptica ofrece muchas ventajas en comparación con los cables de cobre. La tabla destaca algunas de estas diferencias.

Problemas de implementación	Cableado UTP	Cableado de fibra óptica
Ancho de banda compatible	10 Mb/s – 10 Gb/s	10 Mb/s – 100 Gb/s
Distancia	Relativamente corto (1 – 100 metros)	Relativamente largo (1 – 100,000 metros)
Inmunidad a EMI y RFI	Bajo	Alto (completamente inmune)
Inmunidad a los riesgos eléctricos.	Bajo	Alto (completamente inmune)
Costos de medios y conectores	Más bajo	Más alto
Habilidades de instalación requeridas	Más bajo	Más alto
Precauciones de seguridad	Más bajo	Más alto

En la actualidad, en la mayoría de los entornos empresariales, la fibra óptica se utiliza principalmente como cableado troncal para conexiones punto a punto de alto tráfico entre instalaciones de distribución de datos. También se utiliza para la interconexión de edificios en campus de múltiples edificios. Debido a que los cables de fibra óptica no conducen electricidad y tienen una baja pérdida de señal, son adecuados para estos usos.

3. Medios inalámbricos

Estas comunicaciones de datos se realizan mediante frecuencias de radio y de microondas. La tecnología inalámbrica es importante en las siguientes áreas:

• Área de cobertura: existen determinados materiales de construcción utilizados en edificios y estructuras, además del terreno local, que limitan la cobertura efectiva.
• Interferencia: puede verse afectada por dispositivos comunes como teléfonos inalámbricos domésticos, algunos tipos de luces fluorescentes, hornos de microondas y otras comunicaciones inalámbricas.
• Seguridad: dispositivos y usuarios sin autorización para acceder a la red pueden obtener acceso a la transmisión.
• Medio compartido: WLAN opera en half-duplex, lo que significa que solo un dispositivo puede enviar o recibir a la vez. El medio inalámbrico se comparte entre todos los usuarios inalámbricos. Cuantos más usuarios necesiten acceso a la WLAN de forma simultánea, cada uno obtendrá menos ancho de banda

3.1. Tipos de medios inalámbricos

Los estándares de la industria IEEE y de telecomunicaciones para comunicaciones de datos inalámbricas cubren tanto el enlace de datos como las capas físicas. En cada uno de estos estándares, las especificaciones de la capa física se aplican a áreas que incluyen lo siguiente:

• Codificación de datos a señales de radio
• Frecuencia y potencia de transmisión
• Recepción de señal y requisitos de decodificación.
• Diseño y construcción de antenas.

Estos son los estándares inalámbricos:

• Wi-Fi (Estándar IEEE 802.11): Tecnologías de red inalámbrica (WLAN) utiliza un protocolo por contención denominado acceso múltiple por detección de portadora con prevención de colisiones (CSMA/CA)
• Bluetooth (Estándar IEEE 802.15): Estándar de red de área personal inalámbrica (WPAN) utiliza un proceso de emparejamiento de dispositivos entre una distancia de 1-100 metros.
• Wi-Max (Estándar IEEE 802.16): Conocida como Interoperabilidad mundial para el acceso por microondas (WiMax). Utiliza una topología punto a multipunto para proporcionar acceso de banda ancha inalámbrico.
• Zigbee (IEEE 802.15.4): Zigbee es una especificación utilizada para comunicaciones de baja velocidad de datos y baja potencia. Está destinado a aplicaciones que requieren un rango corto, velocidades de datos bajas y una batería de larga duración. Zigbee se usa típicamente para entornos industriales y de Internet de las cosas (IoT) como switches de luz inalámbricos y recolección de datos de dispositivos médicos.

3.2. LAN inalámbrica

Una implementación de datos inalámbrica común es permitir que los dispositivos se conecten de forma inalámbrica a través de una LAN. En general, una WLAN requiere los siguientes dispositivos de red:

• Punto de acceso inalámbrico (AP): concentra las señales inalámbricas de los usuarios y se conecta a la infraestructura de red existente basada en cobre, como Ethernet. Los routers inalámbricos domésticos y de pequeñas empresas integran las funciones de un router, un switch y un punto de acceso en un solo dispositivo.
• Adaptadores NIC inalámbricos: proporcionan capacidad de comunicación inalámbrica a cada host de la red.

A medida que la tecnología se ha desarrollado, han surgido varios estándares basados ​​en Ethernet WLAN. Al comprar dispositivos inalámbricos, asegúrate de compatibilidad e interoperabilidad.

Los beneficios de las tecnologías de comunicaciones de datos inalámbricas son evidentes, especialmente los ahorros en cableado costoso de las instalaciones y la conveniencia de la movilidad del host. Los administradores de red deben desarrollar y aplicar políticas y procesos de seguridad estrictos para proteger las WLAN del acceso no autorizado y los daños.

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