Universidad Tecnológica Metropolitana

Arquitectura y Redes de Computadores ........ Homero Latorre A.

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1 Par trenzado

2 Cable coaxial

2.1 Banda base

2.1.1 Conector

2.2 Banda ancha

3 Fibra óptica

4 Comunicación Microondas

5 Comunicación Satelital

6 Otros antecedentes

Antes de mostrar los medios físicos propiamente tales, es importante destacar que es lo que se entiende por medio físico y es que corresponde al material físico cuyas propiedades de tipo eléctrico, mecánico, óptico, o de cualquier otro tipo se emplea para facilitar el transporte de información entre equipo computacionales distantes geográficamente.

En las redes, las señales eléctricas viajan por medios físicos. De éstos depende la cantidad de información que pueda transmitir y la distancia a la cual puede transmitir.

La selección del medio físico a utilizar depende de:

• tipo de ambiente donde se va a instalar
• tipo de equipo a usar
• tipo de aplicación y requerimientos
• capacidad económica (costo/beneficio)

De los medios físicos que se detallarán a continuación es importante dividirlos en terrestres y aéreos, por lo que el par trenzado, el cable coaxial, y la fibra óptica corresponden a los enlaces terrestres, y a los aéreos corresponden la comunicación microondas y la comunicación satelital.

2.1 Par trenzado :

Consiste en dos hilos conductores, en general de cobre. El trenzado mejora las constantes eléctricas del par frente al caso de dos hilos paralelos. Este medio es de uso común en telefonía, por lo que es de fácil disponibilidad y de bajo costo. Por otra parte, la mayor sensibilidad a las interferencias comparada con otros medios frena la utilización del par trenzado en las comunicación de datos. Transferencia punto a punto de varios Mbps, dependiendo del largo y del grosor de los cables, lo que hace variar su ancho de banda.

Principales características :

• Son válidos en cualquier topología : anillo, estrella, bus, árbol.
• Un par trenzado transporta de 12 a 14 canales de grado de voz.
• Pueden transportar tanto señales digitales como analógicas.
• Alcance, hasta 3 Kms. dependiendo del producto.
• Alta tasa de error a grandes velocidades.
• Una red típica permite conectar en este medio hasta 1000 dispositivos del usuario.
• Transmite en Half-duplex o Full-duplex.
• Ancho de banda limitado (hasta 1 Mbps).
• Bajo costo.
• Baja inmunidad al ruido, interferencia, etc.
• Requiere proteción especial: blindaje, ductos, etc.

Es necesario que los cables tengan una impedancia característica bien definida  para asegurar una propagación uniforme de las señales de alta velocidad a lo largo del cable, y para garantizar que la impedancia de los equipos que se conectan a la línea es la adecuada, de modo que pueda transferirse la máxima potencia a ésta. Cuando se conoce la impedancia característica de una linea con cierta precisión, es posible diseñar  una terminación adecuada para ésta, de modo que se evite la reflexión de las señales transmitidas, lo que puede dar lugar a errores en la transmisión.

El desarrollo de la RDSI permite la transmisión de señales  digitales en banda base sobre estos cables, en lugar de las señales analógicas. Se ha desarrollado técnicas de cancelación de eco para transmitir sobre los dos canales de 64 Kbits/s en full-duplex utilizando pares trenzados, a fin de permitir la transmisión simultánea de voz digitalizada y datos.

Se dispone de diversos tipos de pares trenzados:

• Pares semirrígidos aislados con PVC y de bajo precio, que son los más comúnmente utilizados, pero que carecen de una impedancia uniforme y provocan excesivas reflexiones.
• Pares trenzados no apantallados con aislamiento mediante PVC irradiado y con materiales de baja constante dieléctrica, que proporcionan mejores características eléctricas a un costo ligeramente mayor.
• Pares trenzados apantallados y aislados con materiales de baja constante dieléctrica, que cumplen de forma muy aproximada los distintos requisitos eléctricos, reducen el crosstalk y otras interferencias, pero son considerablemente más caros,  .

La EIA (Electronic Industries Association) en 1991 dividió los cables UTP (Unshielded Twisted-Pair) en 5 categorías:

Categoría 1 y 2.  Los cables de esta categoría no son muy usados en transmisión por su baja velocidad (hasta 4 Mbps). Es usado para voz y transmisión de datos.

Categoría 3.  Transmiten información a una velocidad de hasta 16 Mbps. Son usados comúnmente en redes IEEE 802.3, 10Base-T y 802.5 a 4 Mbps.

Categoría 4.  Transmiten información a una velocidad de hasta 20 Mbps. Se usan en redes IEEE 802.5, Token Ring y Ethernet 10Base-T para largas distancias.

Categoría 5.  Transmiten información a una velocidad de hasta 100 Mbps. Son los que poseen más prestaciones hoy en día.

Ejemplo de Par trenzado 10Base T

Por último es importante destacar los cables de pares apantallados, cuando se  necesitan varios pares de cables es frecuente agruparlos en un único cable de pares  con un blindaje global para reducir el efecto de las interferencias debidas a fuentes  externas, como cables de alta tensión. Los cables de pares son muy caros  y no son  flexibles, con lo que su instalación resulta difícil, cada uno de los pares de un cable  de pares debe estar identificado mediante una etiqueta o un código de colores.

 2.2 Cable coaxial :

El cable coaxial está constituido  por un conjunto de dos conductores de forma cilíndrica en el mismo eje, separados por un material aislante que evita el contacto entre ellos. Este cable ofrece una estructura bastante eficaz, ya que permite transmitir información a gran velocidad sobre distancias medias.

Los cables coaxiales  se utilizan para transmisión de datos a alta velocidad a distancias de varios Kms.  Las señales eléctricas en banda base se pueden transmitir por medio de cables coaxiales a velocidades de hasta 10 Mbits/s a distancias de hasta 1 Km., pero pueden lograrse anchos de banda y distancias de transmisión mucho mayores si se usan técnicas de modulación en banda ancha.  En banda ancha, las señales se modulan sobre una onda portadora sinusoidal con una frecuencia  de hasta 400 Mhz. Pueden transmitirse muchas señales simultáneas utilizando varias frecuencias portadoras suficientemente separadas entre sí como para prevenir efectos de intermodulación.

Las interferencias eléctricas son muy poco importantes en los cables coaxiales si la pantalla exterior carece de discontinuidades.

Los tipos de cables mas importantes son tres :

• Cables coaxiales estándar del tipo RG utilizados para transmitir señales de televisión doméstica. La mayoría de estos cables utilizan polietileno como aislante interior.
• Cables con núcleo aislado por aire, que tienen un diámetro pequeño, actúan como retardadores en caso de incendio y tienen una constante dieléctrica pequeña, lo que les proporciona propiedades eléctricas mejores que los del tipo RG.
• Cables coaxiales de polietileno celular irradiado, que son más caros que los cables con núcleo aislado por aire, pero cuyas carácteristicas no presentan las pequeñas variaciones que aparecen en los cables con núcleo aislado por aire cuando se doblan.

Otro tipo de coaxial es el del tipo RG 59, con una impedancia de 73 Ohmios. Es utilizado en la red WANGnet.

2.2.1 Principales características Cable coaxial banda base:

2.2.1.1 Para conectar computadores a un cable coaxial existen dos maneras :

1. Unión en T, donde se utiliza un conector en donde el cable coaxial se encuentra conectado, pero además posee una conexión abierta hacia el computador.

Este método consiste en realizar un corte en el cable, lo cual obviamente significara bajar o desconectar la red por algunos minutos. Lo cual en una red mediana o grande que posea una gran producción, en la cual hay un gran número de usuarios que se conectan o desconectan significa claramente una desventaja. Otra desventaja es que al existir muchos conectores en el cable aumenta la probabilidad de que en alguno de ellos exista una mala conexión lo cual significará una molestia para el usuario cuando esto ocurra.

2. Conector Tipo Vampiro, que es un orificio, con una profundidad y diámetro muy definido, que se perfora en el cable y que termina en el núcleo del mismo. En el orificio se coloca un conector especial que cumple la misma función de la conexión tipo T, solo que aquí no se corta el cable en 2 partes. Las desventajas de este método es que su instalación requiere de un gran cuidado en la instalación ya que si el orificio se hace demasiado profundo se puede romper el núcleo y queda el cable sin conexión alguna. Otra desventaja notable es que los cables utilizados en este tipo de conexión son bastante más gruesos que en la unión T y también de más alto valor monetario.

Los conectores para cable coaxial deben ser soldados con plata, no con estaño, esto asegura un buen contacto y la durabilidad del conector.

Algunas veces, se utilizan señales binarias, en cables coaxiales, de forma directa, este método no ofrece al receptor un medio para determinar el momento en el que cada bit empieza y termina; por esta razón se prefiere utilizar una técnica denominada Codificación Manchester o una técnica llamada Codificación diferencial Manchester.

2.2.2 Principales características Cable coaxial banda ancha:

2.3 Fibra óptica :

La fibra óptica, está constituido por una vaina que contiene un conjunto de fibras muy finas, de vidrio o plástico, que puede propagar señales luminosas, perdiendo un mínimo de esas señales en distancias importantes. La información, que comienza en forma de señal eléctrica y luego se transforman en ondas luminosas que se propagan por la fibra.

Principales características.

• Topologías : anillo, estrella.
• Se puede transmitir datos, voz y video.
• Alcance 10 Kms.
• La fibra es altamente confiable, tiene poca pérdida de señal.

Los cables de fibra óptica tienen muchas aplicaciones en el campo de las comunicaciones de datos :

• Conexiones locales entre ordenadores y periféricos o equipos de control y medición.
• Interconexión de computadores y terminales mediante enlaces dedicados de fibra óptica, enlaces multiplexados de fibra óptica o redes de área local de fibra óptica.
• Enlaces de fibra óptica de larga distancia y gran capacidad.

Los cables de fibra óptica ofrecen muchas ventajas frente a los cables eléctricos para transmitir datos :

• Mayor velocidad y capacidad de transmisión
• Inmunidad total ante las interferencias electromagnéticas
• Menor tasa de error
• Menor peso
• Menor diámetro, más flexibles y faciles de instalar

La luz se propaga dentro de las fibras ópticas de dos formas, en propagación monomodo y propagación multimodo.

• Propagación monomodo :  La luz recorre una única trayectoria en el interior del núcleo, proporcionando un gran ancho de banda.
• Propagación multimodo : El diámetro del núcleo y el número de trayectorias que recorre la luz en su interior, resultantes de las distintas reflexiones, es mucho mayor.  Esto da lugar a una dispersión en las componentes de los pulsos, dado que cada una de estas componentes recorre una trayectoria distinta y alcanza su destino en un instante distinto, tras haber sufrido un número de reflexiones internas diferente, lo que disminuye la velocidad de transmisión.

Existen tres tipos generales de fibras ópticas :

• Fibras multimodo de índice en escala. El diámetro del núcleo está entre los 50 y 60 micrones, pero puede llegar a los 200 micrones, mientras que el diámetro del recubrimiento suele acercarse a la medida estándar de 125 micrones. La dispersión es elevada, limitando el ancho de banda entre 10 y 50 MHz/Km, y sus aplicaciones se limitan a conexiones relativamente cortas en enlaces de datos de baja velocidad.

• Fibras monomodo de índice en escala. El diámetro del núcleo es pequeño, normalmente entre 1 y 10 micrones y el diámetro del recubrimiento suele acercarse al a medida estándar de 125 micrones. La dispersión es baja y se pueden lograr anchos de banda de varios GHz/Km, aunque los costos de fabricación y empalme han frenado su difusión.

• Fibras multimodo de índice gradual. El diámetro del núcleo está entre los 50 y 60 micrones, y el diámetro del recubrimiento suele acrecarse a la medida estándar de 125 micrones. La luz se refracta desde las partes más externas del núcleo, evirtándose las reflexiones que aparecerían en las fibras de índice en escala. Aunque existen muchos modos de propagación, la velocidad es mayor que en las fibras multimodo de indice en escala, lo que reduce la dispersión. El ancho de banda puede exceder  de 1 GHz/Km y este tipo de fibra se ha utilizado desde que comenzaron a emplearse enlaces de datos de fibra óptica.

2.4 Comunicación microondas :

En un sistema microondas se usa el espacio como medio físico de transmisión. La transmisión es en línea recta, por lo que se ve afectada por accidentes geográficos o edificaciones, el alcance promedio es de 40 Kms. La ventaja corresponde a la capacidad de transportar muchos canales de voz a grandes distancias, esto a traves de repetidoras.

Los enlaces de microondas se usan extensamente como enlaces teléfonicos allí donde los cables coaxiales o de fibra óptica no son prácticos. Se necesita una línea de visión directa para transmitir en la banda SHF, de modo que es necesario disponer de antenas de amicroondas en torres elevadas en la cima de colinas o accidentes del terreno, para asegurar un camino directo con la intervención del mínimo de repetidores.

Las bandas de frecuencias más comunes para comunicaciones mediante microondas son las de 2, 4, 6, y 6,8 GHz.  Las primeras transmisiones hacían uso de modulación de frecuencia para los canales analógicos de voz, pero en la actualidad se utilizan transmisiones digitales en todas las transmisiones de datos y en la mayor parte de las transmisiones de voz. Un enlace de microondas a 140 Mbits/s puede proporcionar hasta 1920 canales de voz .

Los enlaces de microondas presentan unas tasas de error en el rango de 1 en 1.000.000 a 1 en 1.000.000.000.000, dependiendo de la relación señal/ruido en los receptores. Pueden presentarse problemas de propagación debido a lluvias intensas, que provocan distorsiones.

2.5 Comunicación satelital :

El satélite de comunicaciones es un dispositivo que actúa principalmente como reflector de las emisiones terrenas, por lo que permite la comunicación entre estaciones terrenas. Físicamente, los satélites giran alrededor de la Tierra en forma sincrónica con está a una altura de 35.680 Kms, en un arco directamente ubicado sobre el Ecuador. Esta es la distancia requerida para que un satélite gire alrededor de la tierra en 24 Horas, llegando al mismo punto de partida.

La separación entre dos satélites de comunicaciones, es de 2.880 Kms y corresponde a un ángulo de 4° visto desde la Tierra, esto nos indica que el número de satélites a conectar es finito.

Los primeros satélites eran pasivos, lo único que hacían era reflejar la señal que se les enviaba desde la Tierra. Con el avance de la tecnología, la contrucción de propulsores más potentes y al aparecer componentes electrónicos más pequeños y ligeros, se hizo posible instalar amplificadores dentro del satélite, con lo cual la señal podía ser emitida desde la estación terrestre, recibirse en el satélite, amplificarse y retransmitirse de nuevo a la Tierra.

La órbitas de estos satélites eran elípticas, y no solían superar los 10.000 Km de altitud sobre la Tierra. Esta órbita tan baja hacía que el satélite se desplazase con respecto al horizonte terrestre más deprisa que la rotación de nuestro planeta. Ello provocaba a las estaciones terrestres problemas de seguimiento del satélite, ya que éste desaparecía frecuentemente del horizonte.

Los satélites actuales ocupan órbitas geosíncronas (geoestacionarias), situadas a 36.000 Km de la Tierra sobre el plano del ecuador. Están diseñados para girar en torno a la Tierra a una velocidad de 11.070 Km/Hr. La atracción terrestre mantiene en órbita al satélite, y esta velocidad precisa hace que su posición permanezca estacionaria frente a la superficie terrestre.

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