Topologías y medios de transmisión

Facultad de Informática

Redes de Área Local e Interconexión de Redes Redes de Área Local e Interconexión de Redes

Topologías y medios de

transmisión

2

Indice

Medios de transmisión

z Medios guiados y no guiados

z Par trenzado

z Coaxial

z Fibra óptica

Topologías y medios de transmisión

z Bus / árbol

z Anillo

z Estrella

3

Emisor / Receptor

Medio Físico

Emisor / Receptor

Medio Físico

Emisor / Receptor

Punto a Punto

Emisor / Receptor

Emisor / Receptor

Repetidor / Amplificador Medio

Físico

Emisor / Receptor

Emisor / Receptor

Medio Físico

Multipunto

Medios de Transmisión (I)

El medio de transmisión es el camino físico entre el emisor y el receptor de una red de comunicación.

Medios de transmisión guiados:

z par trenzado

z cable coaxial

z fibra óptica

Ancho de banda Longitud

Seguridad Instalación

Coste

4

Medios de Transmisión (II)

Medios de transmisión no guiados:

(punto a punto y difusión)

z Microondas terrestres

z Microondas por satélite

z Ondas de radio

z Infrarrojos

2 – 40 Ghz, direccionales

30 Mhz – 1GHz Omnidireccionales

ISM

3 x 10^{11 –} 2 x 10¹⁴ Hz Unidireccionales

Seguridad

Punto a punto

Difusión

5

Medios de Transmisión (III)

Factores relacionados con el medio de transmisión y la señal, que determinan la distancia y velocidad:

Ancho de banda

z Al aumentar el ancho de banda -> puede incrementarse la velocidad ( ejemplo: velocidad W bps -> 2W Hz de A.banda)

Atenuación

z En orden decreciente: par trenzado -> cable coaxial -> fibra

Interferencias

z Medios no guiados

z Pares trenzados, en mangueras

Número de receptores

z Atenúan y distorsionan la señal -> menor distancia

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Hilos de Cobre

Aislante

Conectores

MdT: Par trenzado (I)

Descripción física:

z Consiste en dos cables aislados y trenzados en forma espiral. Los cables son de cobre o de acero cubiertos de cobre. El trenzado minimiza la interferencia entre pares.

Los cables tienen un diámetro entre 0.016 y 0.036 pulgadas.

z Trenzado, reduce las interferencias electromagnéticas

7

MdT: Par trenzado (II)

Características de transmisión:

z Se utilizan para transmitir tanto señales analógicas como digitales.

z El uso más común es en telefonía (ancho de banda 4 KHz). Se pueden transmitir hasta 24 canales de voz

mediante FDM utilizando un ancho de banda hasta 268 KHz.

z Redes de Area Local, a 10, 100, 1000 Mbps

Tipos:

z UTP: Unshielded Twisted Pair (No apantallado)

z STP: Shielded Twisted Pair (apantallado, malla metálica)

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MdT: Par trenzado (III)

Categorías (Norma EIA-568-A):

z Categoría 1 = Sin criterios de prestaciones

z Categoría 2 = Hasta 1 MHz (cableado telefónico)

z Categoría 3 = Hasta 16 MHz (Ethernet 10Base-T)

z Categoría 4 = Hasta 20 MHz (Token-Ring, 10Base-T)

z Categoría 5 (y 5e) = Hasta 100 MHz (100Base-T, 10Base-T)

z Categoría 6 (y 6e)= Hasta 550 MHz (1-10GBase-T)

Conectividad:

z Es más utilizado para conexiones punto a punto.

Ambito geográfico:

z En RAL’s unos 100 m.

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Inmunidad al ruido:

z Es bastante susceptible a las interferencias y ruido debido a la facilidad de acoplamiento de campos electromagnéticos.

z Si corre paralelo a una línea de corriente eléctrica puede inducir una señal de 50 Hz

z Los pares adyacentes pueden producir “cruce de líneas”

Coste:

z Es más barato que el coaxial y el óptico en coste por metro. Sin embargo, dadas sus limitaciones de

conectividad, los costes de instalación pueden aproximarse a los de otros medios.

MdT: Par trenzado (y IV)

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Malla Vivo

Aislante

Conectores

MdT: Coaxial (I)

Descripción física:

z Consiste en dos conductores aislados de cobre o

aluminio de forma que uno recubre al otro en toda su longitud. Los cables tienen un diámetro entre 0.4 y 1 pulgadas. Se utilizan dos tipos de cables de 75 Ω

(CATV) y 50 Ω.

z Menos susceptible a interferencias, que el par trenzado

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MdT: Coaxial (II)

Características de transmisión:

z En redes de área local se utiliza tanto en transmisión en banda base, como banda ancha.

z El de 50Ω se utiliza exclusivamente para transmisión digital.

Normalmente se emplea codificación Manchester. La velocidad de transmisión llega a los 10 Mbps. (10BASE2)

z El de 75Ω se utiliza tanto para transmisión digital como para analógica. (10BROAD36)

z Para señales analógicas son posibles frecuencias hasta 300 ó 400 MHz.

z Utilizando banda ancha se pueden definir un gran número de canales FDM (señal de TV = 6 MHz). Para los datos digitales se utilizan ASK, FSK o PSK. En un canal se pueden alcanzar entre 5 y 20 Mbps.

z Para mayores velocidades (>50 Mbps) es necesario el ancho de banda completo (Banda portadora).

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MdT: Coaxial (III)

Conectividad:

z Se utiliza tanto para conexiones punto a punto como para multipunto. Es más utilizado para conexiones multipunto.

z El de 50Ω soporta una centena de dispositivos, mientras que el de 75Ω puede llegar a mil.

Ámbito geográfico:

z En banda base 0.5 a 1 Km.

z En banda ancha unas pocas decenas de Km.

z En banda portadora (50 Mbps) en torno a 1 Km.

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MdT: Coaxial (y IV)

Inmunidad al ruido:

z Depende de la aplicación y la implementación. En general es superior a la del par trenzado.

Coste:

z Es más barato que el óptico y más caro que el par trenzado en coste por metro.

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Ejemplo: Montaje de una Intranet

Creación de una Intranet Privada

z Instalación del Hardware: Tarjetas de red -> Medio físico (Topología y Necesidades futuras)

z Coaxial puro

z Par trenzado (UTP)

z Coaxial y UTP

z Instalación del Software de Red

z Red basada en Servidores vs Peer-to-Peer

z Seleccionar la pila de protocolos a utilizar z Conexión de la Intranet a Internet

z Conexión directa

z Conexión mediante Gateway

z Cable

z Modem

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Ejemplo: Aula de PC,s

Cable Coaxial puro

z Hardware

z Conectores tipo T

z Terminadores z Software

z Agregar Tarjeta

z Instalar protocolo

z NETBEUI

z Windows

z TCP/IP.

Direcciones de Intranet

z 192.168.0.1 – 192.168.0.10 Wins, DNS, Gateway ¿¿¿ ???

Terminador

Terminador

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Ejemplo: Aula de PC,s

Cable Coaxial y UTP

z Adaptador z Software

z Modificar TCP/IP Obtener dirección automáticamente (DHCP)

Terminador Terminador

Adaptador de medios RJ 45

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Ejemplo: Aula de PC,s

Par Trenzado UTP

z Hardware

z Adaptadores

z Topología estrella

z + Cable

z + Ampliable

z TCP/IP.

z Direcciones IP 192.168.0.1 – 192.168.0.10

Hub

¿¿¿ Fiabilidad ???

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Ejemplo: Aula de PC,s

Conexión de Intranet a Internet

UPV (Infraestructura) z Conexión directa

z DHCP

RJ 45 Hub

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Ejemplo: Aula de PC,s

Conexión de Intranet a Internet

A traves de un Gateway

z ONO, ADSL

z Requerimos

z PC (puente y router)

z 2 Tarjetas de red (Una conectada a cada una de las redes)

z 1 tarjeta de Red conectada a la Intranet y un

módem o módem ADSL conectado al proveedor de Internet

z Software específico de Routing

z Linux, NT y 2000 ->Incorporado

z Win98 -> Winproxy, Sybergen, Nat32, ...

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Ejemplo: Aula de PC,s

Conexión de Intranet a Internet

A traves de un Gateway (2 tarjetas) z Hardware

z Adaptadores

z Software

z Router(Proxy)

z Clientes:

Gateway

y DNS Clientes

z Dir IP de la tarjeta de la

Intranet delRouter

Hub

ONO ADSL(Router)

Proxy (2 Tarjetas de Red) USB

1) Ejemplos en casa??

2) ¿¿Ventajas Proxy??

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Ejemplo: Aula de PC,s

Conexión de Intranet a Internet

A traves de un Gateway (Tarjeta de red y Modem) z Hardware

z Adaptador y Modem z Software

z Similar al

caso anterior

Hub

ONO

Modem

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Núcleo

Revestimiento Cubierta

Descripción física:

z Consiste en tres secciones concéntricas, el núcleo (uno o más hilos de vidrio o plástico) está revestido con una envoltura de vidrio o plástico de propiedades ópticas distintas. La envoltura externa protege el conjunto.

MdT: Fibra óptica (I)

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Multimodo

( 100 Mbps -> 300 m )

Multimodo índice graduado

( 100 Mbps -> 4 Km )

Monomodo

( 100 Gbps -> 1 Km )

Características de transmisión:

MdT: Fibra óptica (II)

Futuro: WDM

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Conectividad:

z Se utiliza tanto para enlaces punto a punto como para multipunto. Los emisores pueden ser LED (ligth-emiting diode) o ILD (injection laser diode) y los receptores son dispositivos de estado sólido PIN (silicio intrínseco entre niveles P y N de un diodo) o APD (fotodiodo de

avalancha).

Ambito geográfico:

z Con la tecnología actual se pueden conseguir distancias de 300 Km.

MdT: Fibra óptica (III)

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MdT: Fibra óptica (y IV)

Inmunidad al ruido:

z No le afectan las interferencias magnéticas ni eléctricas, lo que permite altas velocidades sobre grandes

distancias y una alta seguridad.

Coste:

z Es más caro que el coaxial y el par trenzado en coste por metro y componentes requeridos.

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Comparación de los diferentes tipos de medios de transmisión guiados

MdT: Valoración cualitativa

27

MdT no guiados: Microondas

Frecuencias

z Existen anchos de banda reservados para uso general.

z El resto de las frecuencias se tienen que autorizar.

Interferencias

z Entre diferentes redes inalámbricas.

z Selección del rango de frecuencias.

z Transmisión en banda ancha.

Seguridad

z La señal no queda confinada en el edificio de emisión.

z Se pueden interceptar las comunicaciones.

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MdT no guiados: Infrarrojos

Emisor/receptor

z Deben estar a la vista, o alcanzables mediante reflexión en una superficie clara.

Interferencias

z La señal no atraviesa muros.

z Interferencias con otros emisores de infrarrojos: la luz solar.

Seguridad

z La señal queda confinada en la habitación del emisor.

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Indice

Medios de transmisión

z Medios guiados y no guiados

z Par trenzado

z Coaxial

z Fibra óptica

Topologías y medios de transmisión

z Bus / árbol

z Anillo

z Estrella

Cableado estructurado

1) Complejidad Instalación 2) Tolerancia a fallos

3) Gestión de averias

4) Capacidad de expansión 5) Coste

6) Topología -> MAC

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Topologías

Topologías punto a punto

Estrella Anillo Irregular

Anillo

Bus Satélite

Topologías multipunto

31

Relaciones entre

Topologías y Medios

Hay tres ingredientes tecnológicos que determinan la naturaleza de las Redes de Area Local

z Topología

z Medio de Transmisión

z Técnica de Control de Acceso al Medio

Respecto al Medio de Transmisión, en las Redes de Area Local se utilizan comúnmente

z Medio metálico

z par trenzado

z cable coaxial z Fibras ópticas

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R R

R R

R R

Repetidor Transceiver

(TAP)

Cable de Transceiver

(50 m)

Terminador

Topología en Bus / Arbol.

T. en Bus / Arbol. (I)

1) Repetidor ??

2) MAC ??

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Operación:

z Todos los dispositivos comparten el mismo medio físico.

z Las estaciones transmiten los datos en forma de paquetes que contienen la dirección del destino.

z El paquete se propaga a través del medio. Todas las

estaciones reciben el paquete. La estación destino copia el paquete.

z Medio dividido en segmentos -> adecuar potencia señal.

z Señal absorbida por el terminador.

T. en Bus / Arbol. (II)

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T. en Bus / Arbol. (III)

Técnicas de transmisión:

z Banda base: Par trenzado o coaxial.

z Banda ancha: Coaxial.

Banda Base Banda Ancha

Señalización digital (Manchester o

Manchester diferecial) Señalización Analógica (requiere módem)

La señal consume el ancho de banda

completo Posible FDM (datos, vídeo, audio)

Bidireccional Unidireccional

Bus Bus o árbol

Unos pocos Km Decenas de Km

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Banda base Bidireccional

f1 f2

Banda (ancha) partida

Banda ancha cable dual

T. en Bus / Arbol. (IV)

Configuraciones:

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Controlador

Cable de Transceiver

Cable Coaxial

(grueso)

Transceiver

Banda Base / Cable Coaxial

z Componentes:

z Cable coaxial 50 Ω

z Terminadores 50 Ω

z Transceiver

z Cable de Transceiver

z Controlador

T. en Bus / Arbol. (V)

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Configuraci Configuraciónón

FíFísicasica

Cable Dual:

Cable Dual: Entrada y salida en cables separados, la cabecera es un conector.

Frecuencia Partida:

Frecuencia Partida: Entrada y salida en bandas de frecuencia distintas, la cabecera puede ser un conversor de frecuencia (analógico) o un remodulador (digital)

T. en Bus / Arbol. (VI)

Banda Ancha / Configuración Dual y Partida

z A diferencia de los sistemas de banda base, las tomas (taps) utilizadas permiten que las señales se propaguen en una sola

dirección. Esto significa que solamente las estaciones que se hallen

“aguas abajo” recibirán esas señales.

z Se necesitan dos caminos de datos. Estos dos caminos se juntan en un punto que se denomina cabecera (headend). En el caso de un bus la cabecera es un extremo del bus, en el caso de un árbol la cabecera es la raíz del árbol.

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T. en Bus / Arbol. (VII)

Componentes:

z Cable Coaxial 75 Ω

z Troncal (trunk): Semirígido, de 0,412 a 1,0 pulgadas, interiores y exteriores

z Distribución o ramal (feeder): distancias cortas, semirígido o flexible, de 0,4 a 0,5 pulgadas (RG-11 = 0,405 pulgadas ~ 800 m).

z Bajada (drop): conectan tomas y estaciones a los ramales, flexible, interiores, de 3 a 15 m. (RG-59 = 0,242 pulgadas, RG-6 = 0,332 pulgadas o RG-11)

z Terminadores 75 Ω

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T. en Bus / Arbol. (VIII)

Componentes (cont.):

z Amplificadores, en cables troncales y de distribución, para compensar la atenuación del cable.

z Acopladores direccionales: Dividen una entrada en dos salidas y combinan dos entradas en una salida.

z Divisores (splitters) igual atenuación en ambas ramas.

z Tomas (taps) más atenuación en el cable de bajada.

z Módems

z Controladores

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T. en Bus / Arbol. (y IX)

Comparación Banda Base / Banda Ancha

Ventajas Desventajas

Banda Base - Barato (sin módem) - Tecnología más simple - Facilidad de instalación

- Canal único

- Capacidad limitada - Distancia limitada Banda Ancha - Alta Capacidad

- Múltiples tipos de tráfico - Configuraciones más

flexibles

- Cobertura grandes distancias

- Tecnología CATV

- Coste de los módems

- Complejidad de instalación y mantenimiento

- Retardos de propagación dobles.

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Receptor O->E

Transmisor E->O

Estación

Fibra Optica

Fibra Optica

Bypass

Acoplador Pasivo

Detector Óptico

Estación

Fibra Optica Fibra

Optica

Acoplador Activo

Codifi cador Decodi

ficador

Trans.

Óptico

Medio óptico: Topología en Bus

z Acceso a un bus de fibra óptica se realiza mediante acopladores que pueden ser activos o pasivos

T. en Bus de f. óptica (I)

1) Coste??

2) Retardo??

3) Distancia??

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Bus con bucle

Bus unidireccional A

Bus unidireccional A

Doble bus

Bus unidireccional B

Bus unidireccional A

T. en Bus de f. óptica (II)

Configuraciones

DQDB 802.6

Ventajas e inconvenientes

43

Transmisión Escucha Bypass

T. en Anillo (I)

Topología en Anillo

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T. en Anillo (II)

Estados:

z Transmisión:

z Cada estación es responsable de retirar de la red el paquete que están emitiendo (no hay terminadores).

z Escucha:

z Cada bit recibido es retransmitido con un retardo de un bit necesario para:

z Analizar la dirección de destino de la trama

z Copiar el bit correspondiente en el caso de que la estación sea la destinataria de la trama.

z Modificar determinados bits (reconocimiento, reserva de prioridad, etc.) a medida que la trama pasa por la estación.

z Bypass

z Cuando las estaciones no están activas (apagadas) o ha sucedido algún fallo

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T. en Anillo (III)

Ventajas:

z Posee las ventajas de cualquier otra topología multiacceso (las tramas llegan a toda la red

“simultáneamente”).

z Las conexiones punto a punto permiten cubrir mayores distancias.

z El mantenimiento del cableado es más fácil.

z La electrónica emisión/recepción es más simple.

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T. en Anillo (IV)

Problemas potenciales:

z Vulnerabilidad del cable

z Fallos en repetidores

z Recorrido del anillo en caso de fallo

z Problemas en la inserción de nuevas estaciones

z Límites en el número de repetidores

z Inicialización y recuperación de fallos

¡¡¡ Protocolo MAC más Complejo !!!

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Concentrador (HUB)

T. en Anillo (y V)

Topología Anillo / Estrella

z Anillo con un

concentrador de cableado

z Sencillo aislar fallos

z Incorporación sencilla de nuevas estaciones

z Conlleva una gran cantidad de cableado

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Anillo Doble Reconfiguración

fallo de estación Reconfiguración

fallo de enlace

T. en Anillo de f. óptica (I)

Medio óptico: Topología en Anillo

z La forma de operación es idéntica a la del anillo con medio metálico, pero se pueden lograr mayores

distancias debido a la utilización de fibra óptica.

FDDI

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HUB de Cabecera

HUB de Cabecera HUB

Intermedio

HUB Intermedio

HUB Intermedio HUB

Intermedio

Dos pares trenzados

T. en Estrella (I)

Topología en Estrella (Bus lógico)

Hubs: 1ª, 2ª, 3ª y 4ª Generación ???

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T. en Estrella (II)

Características:

z Utiliza principalmente par trenzado, uno par para emisión y otro para recepción.

z Pueden utilizarse los cables telefónicos existentes.

z Distancias entre el HUB y la estación de hasta 100 m.

z Problemas:

z El cableado existente puede no ser adecuado para transmisión de datos. El par trenzado no siempre está “trenzado”.

z Los cables de pares corren muy próximos unos a otros y pueden haber problemas de interferencias.

z La versión inicial (StarLAN) empleaba 1 Mbps, versiones actuales (10BASE-T, 100BASE-T) llegan hasta 100

Mbps, nuevas versiones pueden llegar hasta Gbps.

51

T. en Estrella en f. óptica (I)

La topología en estrella es la primera topología que surgió para este tipo de medio físico.

Estrella pasiva

z Un conector pasivo múltiple

z Una estación se conecta al conector mediante dos fibras una para transmitir y otra para recibir.

z El número de estaciones puede ser de varias decenas.

z El radio máximo llega a 2,5 Km.

z Es una topología en estrella con comportamiento de bus lógico (con colisiones, etc.)

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T. en Estrella en f. óptica (II)

Estrella activa

z El acoplador central es un repetidor activo en lugar de un dispositivo pasivo

z El número de estaciones puede llegar a varias centenas.

z El radio máximo puede superar los 2,5 Km (depende de la fibra empleada)

z Es más cara que la estrella pasiva

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Control de enlace (LLC) IEEE 802.2

Servicio no orientado a conexión no confirmado Servicio en modo de conexión

Servicio no orientado a conexión confirmado

Control de acceso al medio (MAC)

CSMA/CD Bus con

paso de testigo

Rotación circular

con prioridad

Anillo con paso de

testigo

Anillo con paso de

testigo

DQDB CSMA

sondeo

Fisica IEEE 802.3

Cable coaxial de banda base 10 Mbps Par trenzado no

apantallado 10, 100 Mbps Cable coaxial de banda ancha 10 Mbps Fibra Óptica 10 Mbps

IEEE 802.4

Cable coaxial banda ancha 1, 5, 10 Mbps Cable coaxial banda portadora 1, 5, 10 Mbps Fibra óptica 5, 10, 20 Mbps

IEEE 802.12 ^Par_trenzado

no

apntallado 100 Mbps

IEEE 802.5

Par trenzado apantallado 4, 16 Mbps Par

trenzado no apantallado 4 Mbps

FDDI

Fibra óptica 100 Mbps Par trenzado no

apantallad o 100 Mbps

IEEE 802.6

Fibra óptica 100 Mbps

IEEE 802.11 Infrarrojos

1, 2 Mbps Espectro expandido 1, 2, Mbps

Topologías y normas