SUMARIO
I Concepto de capa física
I Los medios físicos de transmisión
I El cable coaxial
I El cable de par trenzado
I La fibra óptica
I Dispositivos de la capa física
3
OBJETIVOS
··Enumerar las funciones de la capa física.
··Conocer el proceso de transmisión de la información.
··Clasificar las señales y los medios de transmisión.
··Crear cableado para la conexión de dispositivos.
··Identificar los dispositivos de capa física.
La capa física
1 >> Concepto de capa física
La capa física es la primera capa del modelo de referencia OSI.
La función principal de la capa física es la transmisión de bits a lo largo de un canal de comunicación. Su diseño debe asegurar que, siempre que un equipo de la red envíe un bit, este se reciba de manera correcta en el equipo de destino al que va dirigido.
Para establecer el canal de comunicación se utilizan los medios de trans- misión. Estos medios son el cable, que une a los equipos de una red, o el aire, si la red es inalámbrica.
Los datos (texto, imágenes, vídeos...) viajan mediante señales eléctricas en medios de cobre o señales luminosas en fibra óptica.
Es en esta capa donde se definen las características que deben seguir este tipo de señales, como por ejemplo:
– El número de voltios que se utilizan para representar el valor 1 y el valor 0.
– El valor en microsegundos que dura cada bit en la transmisión (sincro- nización).
– El tipo de transmisión que se llevará a cabo: puede ser en una sola di- rección o en ambas direcciones y de forma simultánea o alternada.
– La forma de establecer la conexión inicial.
– El modo en que se interrumpe la conexión cuando los equipos han aca- bado de transmitir.
Los canales de comunicación que se emplean para enviar los datos definen dos parámetros importantes: la velocidad de transmisión y la distancia máxima que alcanza la señal sin deteriorarse.
La velocidad es conocida por el nombre de ancho de banda y es un límite establecido por el medio de transmisión.
También cabe destacar que cada señal se envía con una probabilidad de error. Por tanto, el receptor debe ser capaz de corregir las señales erróneas que le llegan del emisor, de modo que si se ha enviado un 1, se reciba un 1 y no un 0.
Cuando se empieza a diseñar una red, lo primero que debe hacerse es de- finir los valores adecuados de la capa física, que son los aspectos mecánicos, los eléctricos y el medio de transmisión que ha de emplear la red que se está implementando.
En el diseño de la red también debemos tener en cuenta que los medios de transmisión más rápidos son generalmente más caros, por tanto debe- remos ajustar en función de las necesidades del cliente la relación veloci- dad/precio que deseamos que tenga nuestra red.
La relación velocidad/precio es análoga al envío de un paquete por correo.
El paquete puede circular por medios rápidos pero caros (autopistas) o por medios no tan rápidos pero más baratos (carreteras generales).
simplex, half-duplex, full-duplex sincrona, asincrona
Señal digital
El concepto de señal digital ha sido tan importante para la industria electróni- ca que a todos los dispositivos que la utilizan se les llama dispositivos digita- les (ordenadores, calculadoras, relojes, etc.).
sen (x) 2
–2
0 3 4 5 6
Tiempo
Magnitud
2 1 –1,5
–1 –0,5 0 0,5 1 1,5
3.1. Ejemplo de señal analógica con valores continuos en el tiempo.
Tiempo
1 0 1 0 1
Intensidad
3.2. Representación de una señal digital con valores discretos en el tiempo.
2 >> La transmisión de la información
Dentro de la capa física es donde realmente se produce el flujo de trans- misión de la información que un dispositivo quiere enviar a otro. Introdu- cimos aquí los conceptos necesarios para entender este proceso.
2.1 > Señales
Desde el punto de vista de las redes de área local podría definirse señal como la variación de una magnitud física, normalmente corriente eléctrica, ondas electromagnéticas o pulsos de luz, que se utiliza para transmitir información.
Estas señales son semejantes a las de tráfico. La persona que está condu- ciendo capta las señales de tráfico de un modo visual y estas le proporcionan información sobre el estado de la carretera, los límites de velocidad, etc.
En la naturaleza existen muchos tipos de señales que proporcionan infor- mación al ser humano y que este recibe a través de sus cinco sentidos.
Este tipo de señales tienen una característica común: sus valores son con- tinuos en el tiempo y todos los valores de la señal son tenidos en cuenta.
Las señales que coinciden con esta descripción son conocidas como señales analógicas y se pueden representar del mismo modo que en la figura 3.1.
Las señales analógicas son muy útiles para los humanos pero no para los circuitos electrónicos, que necesitan simplificar al máximo su circuitería.
Por este motivo los dispositivos electrónicos utilizan un tipo de señal que sólo tiene en cuenta dos valores posibles, a los que les hará corresponder los números 0 y 1. Por tanto, se dice que estas señales representan valores discretos en el tiempo, es decir no contínuos ya que un valor está muy se- parado del otro.
Este tipo de señales reciben el nombre de señales digitales y podemos verlas representadas en la figura 3.2.
Como la señal utilizada para transmitir información digital será una mag- nitud física, muchas veces a los números digitales 1 y 0 también se les co- noce como valor alto y valor bajo de la señal respectivamente.
Las señales, además de distinguirse entre analógicas y digitales, pueden definirse según los siguientes tres parámetros esenciales:
– Amplitud: es la distancia entre el punto más alto y el punto más bajo de una señal. Si, por ejemplo, la señal es eléctrica, la amplitud vendrá medida en voltios. Podemos verlo en la siguiente figura:
– Frecuencia: es una característica de todo aquello que se repite. Por ejemplo, si quedamos con un amigo un día a la semana lo hacemos con menos frecuencia que si quedamos con él tres días a la semana. Para sa- ber la frecuencia que tiene una señal hemos de escoger una unidad de tiempo, normalmente un segundo, y comprobar cuántas veces se repite la señal durante ese tiempo. La frecuencia se mide en ciclos por segundo o hercios (Hz).
– Fase: este concepto hace referencia al punto en el que comienza la señal con respecto al origen de un sistema de coordenadas. Si comienza en el propio origen diremos que está en fase, pero si comienza después diremos que está desfasada. Este desfase puede medirse en ángulos (por grados o radianes), en distancia de onda (metros) o en tiempo (segundos).
2.2 > Canales de comunicación
Para poder distribuir la información en forma de señales nece- sitamos un medio físico por el que transportarla. Este medio se conoce como canal de comunicación y, en redes, puede ser un cable o bien el aire.
El canal y la señal están íntimamente relacionados ya que, dependiendo del medio de transmisión, la señal deberá ser de una naturaleza u otra.
Veamos, pues, las señales que exige cada canal:
– En cables coaxiales o de par trenzado las señales son eléctricas.
– En cables de fibra óptica las señales son pulsos de luz.
– En el aire las señales son ondas electromagnéticas.
Los dispositivos de una red deberán disponer de la electrónica necesaria para interpretar las magnitudes físicas de esas señales y traducirlas a in- formación comprensible para el usuario.
Amplitud 5 V
0 V
3.3. Parámetros de las ondas que circulan por el aire.
Actividades propuestas
1·· Pon ejemplos de señales analógicas que proporcionen información al ser humano a través de cada uno de sus cinco sentidos.
3.4. Imágenes con diferentes frecuencias y fases
Canal de comunicación
Un canal de comunicación se denomina también canal de datos.
2.3 > Adaptación de la información a las señales
Como hemos visto, el ser humano recibe la información mediante señales analógicas que poseen muchos valores en el tiempo. Los ordenadores, sin embargo, funcionan con señales digitales que utilizan tan sólo dos valores discretos.
Por tanto, es preciso un proceso que transforme la información que entienden las personas en información que manejan los or- denadores.
Dado que los ordenadores pioneros eran grandes máquinas calculadoras, inicialmente los esfuerzos se concentraron en traducir únicamente núme- ros, estableciendo una relación entre los números decimales que emplean las personas y los números binarios que emplean las máquinas. Veamos en primer lugar las diferencias entre estos dos sistemas de numeración.
Sistema decimal
El sistema decimal posee diez símbolos para su representación: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}. Al número de símbolos de un sistema numérico se le llama base. Una vez fijados los sím- bolos de representación, se combi- nan para obtener números más grandes. De este modo, después del 9 obtenemos el 10 y así sucesiva- mente.
Este es el sistema que utilizamos las personas, básicamente, porque te- nemos diez dedos y esto nos ayuda en nuestras operaciones.
En los números obtenidos a partir de la combinación de símbolos, cada símbolo tiene un peso dependiendo de la posición que ocupe. Se dice por ello que este sistema es posicional. Las posiciones tienen más peso cuanto más a la izquierda están. Por ejemplo, en el número 152, el símbolo 1 es menor que el 5 y el 2, pero al ocupar la posición “2” (el número de más a la derecha ocupa la posición “0”) su peso es mayor y por eso se lee: ciento cincuenta y dos.
Sistema binario
Como ya se ha dicho, con el objetivo de reducir los circuitos electrónicos al máximo, los dispositivos digitales utilizan un sistema compuesto úni- camente por dos símbolos {0, 1}, de ahí el nombre de binario. Al igual que en el sistema decimal, los símbolos se combinan para obtener números mayores. Así, después del 1, combinamos y obtenemos el 10, el 11, el 100 y sucesivos.
El sistema binario es muy útil para los ordenadores pero no para las per- sonas. Por lo tanto es importante saber cómo se traducen los números bi- narios a decimales y viceversa, ya que así entenderemos cómo funciona el proceso de traducción de la información entre el hombre y la má- quina.
3.5. Los números del 1 al 5 con los dedos.
Conversión de números binarios y decimales
Una propiedad que poseen los sistemas posicionales es que podemos des- componer todos sus números en una serie de sumas y multiplicaciones de la siguiente manera:
1 352(10)= 1 · 103+ 3 ⋅ 102+ 5 ⋅ 101+ 2 ⋅ 100
Es decir, todo número puede descomponerse en la suma de su símbolo, multiplicado por la base elevada a la posición que ocupa el símbolo en el número. Esta cualidad es lo que se conoce como Teorema fundamental de la numeración.
Para convertir un número binario en decimal hacemos uso de este teorema.
Por ejemplo:
110 011(2)= 1 ⋅ 25+ 1 ⋅ 24+ 0 ⋅ 23+ 0 ⋅ 22+ 1 ⋅ 21+ 1 ⋅ 20= 51(10) Para convertir un número decimal en binario se realizan sucesivas divi- siones entre 2, que es la base de destino, y se toman los restos de cada di- visión en orden inverso. Veamos un ejemplo (en rojo los restos):
Así, el número 47 del sistema decimal es el 101111 del sistema binario.
Codificación/decodificación de la señal
Ahora que ya conocemos el funcionamiento interno de los dispositivos di- gitales, veamos de qué manera operan para interpretar lo que es un 1 y lo que es un 0 haciendo uso de señales físicas.
Codificar significará, por tanto, convertir los unos y ceros en una señal física y real, como el voltaje en el caso de cables eléctricos, los pulsos de luz en la fibra óptica y las ondas electromagnéticas en el aire.
Existen dos tipos de codificaciones usuales en el mundo de las comunica- ciones:
– Codificación lógica transistor a transistor (TTL): es la codificación más sencilla; consiste en asignar una señal alta al 1 binario y una señal baja al 0 binario. La señal alta estará entre +3,3 V y +5 V y la señal baja entre 0 V y 0,8 V (figura 3.6).
– Codificación Manchester: esta codificación se basa en el uso de las de- nominadas transiciones. Una transición consiste en pasar de una señal baja a una señal alta, lo que definiría un 1 binario, o de una señal alta a una baja, que definiría un 0 binario.
47 2 23 2
11 2
5 2
2 2
1 1
1 1
1 0
1 2 0
Cómo se indica la base
Para indicar en qué base de numeración está escrito un número, dicha base se escribe entre paréntesis a la derecha:
1 101(2)→ Número en base 2 3 422(5)→ Número en base 5
Alto
Bajo
0 V 5 V
3,3 V
0,8 V
3.6. Señal alta y baja en TTL.
El código Manchester es más complejo de procesar, pero es el más inmune al ruido, ya que permite detectar errores más fácilmente. Además, gracias al uso de transiciones, proporciona sincronización automática, ya que el receptor sabe que habrá una transición y puede usar este conocimiento para permanecer sincronizado con el transmisor. De hecho, este método de sincronización de bits se llama cambio de estado garantizado. Esta es la codificación que se usa en Ethernet.
Modulación/demodulación de la señal
Por regla general, las señales que hay que enviar suelen ser débiles y con gran propensión a las interferencias. Para evitar estas dificultades y conse- guir un mejor aprovechamiento del canal, las señales se modulan cam- biando alguno de sus parámetros.
La señal que contiene la información que se debe transmitir se llama señal moduladora y a ella se le suma una señal portadora que será la que varíe alguna de sus características.
Los tipos de modulación más frecuentes se basan en la amplitud (AM) en la frecuencia (FM) y en la fase (PM), que modularán la señal alterando cada una de sus características correspondientes.
Cuando la señal portadora llega al otro extremo del envío, se tiene que de- modular para obtener la señal original que se quería enviar. La modulación permite enviar varias señales, cada una con distinta frecuencia, por un mismo canal.
1 1 1 0 0 1 0 1
1 byte = 8 bits
TTL
Manchester
3.7. Codificación TTL y Manchester.
Salida
Portadora Señal
3.8. Modulación en frecuencia de una señal.
La codificación Manchester Es importante destacar que la codifica- ción Manchester se utiliza en la defini- ción original de Ethernet. En las nuevas descripciones de estándares para Fast Ethernet o GigabitEthernet se han in- troducido nuevos tipos de codificación.
2.4 > Tipos de transmisión
La señal puede transmitirse de diferente manera en función de la circuitería electrónica que la interprete. Atendiendo a esto, existen las siguientes cla- sificaciones:
– Serie/paralelo: en la transmisión serie se envían uno detrás de otro cada uno de los bits que componen la señal en la transmisión en paralelo se envían los bits agrupados, un grupo detrás de otro.
Aunque en primera instancia podría parecer que la transmisión en pa- ralelo es siempre más rápida que la transmisión en serie, en la realidad no es así, ya que para enviar los bits agrupados se necesita complicar mucho la circuitería, lo que encarece los dispositivos y ralentiza el pro- ceso de los datos. Es por eso que la mayoría de los dispositivos de hoy en día utilizan el tipo de transmisión en serie.
– Síncrona/asíncrona: en la transmisión síncrona el emisor y el receptor realizan el traspaso de información con el apoyo de un reloj que será el que determinará cuánto dura cada bit en la transmisión. Este tiempo de duración es definido por una señal de sincronismo (SYN) que se envía al comienzo de la transmisión. El proceso acaba cuando se envían los bits de final de bloque (end transmission block o ETB).
En la transmisión asíncrona no existe una dependencia temporal entre el emisor y el receptor. Con esto se consigue que el emisor pueda enviar a una determinada velocidad y el receptor pueda recibir a otra. En esta transmisión se utiliza un bit de arranque, para determinar que a conti- nuación se envía un carácter de 8 bits, y el carácter acaba con el envío de un bit de parada. El bit de arranque suele servir de señal de sincroni- zación entre el emisor y el receptor y el bit de parada se utiliza para se- parar un carácter de otro en el envío.
Los modos de comunicación que pueden darse entre dispositivos son los siguientes:
– Simplex: en este tipo de transmisión un dispositivo actúa siempre como emisor y otro como receptor. La información puede enviarse en un único sentido. Un ejemplo de transmisión simplex lo tenemos en las es- taciones de radio o televisión (figura 3.10).
– Half-duplex: también conocida como semiduplex, permite el uso del canal para enviar datos en las dos direcciones, pero no de una forma si- multánea. Un ejemplo de este tipo de transmisión lo tenemos en los walkie-talkies, donde debemos apretar un botón para colocar el dispositivo en modo de emisión o en modo de recepción.
– Full-duplex: este tipo de comunicación es el más aconsejable, ya que per- mite enviar y recibir datos por el mismo canal de forma simultánea entre dos dispositivos que alternarán sus funciones de emisión y recepción. Un ejemplo de comunicación full-duplex lo tenemos en el teléfono.
Todos los dispositivos de una LAN están preparados para una transmisión full-duplex aunque, como veremos más adelante, si se trata de una red Ethernet la transmisión real es half-duplex debido a que, si el canal está ocupado, intentar una transmisión simultánea produce una colisión que supone enviar los paquetes de nuevo.
3.9. Puerto que utiliza la transmisión en paralelo.
Emisor
Receptor Receptor
Emisor 3.12. Modo de comunicación Full-dúplex.
Emisor Receptor
3.10. Modo de comunicación Simplex.
Emisor Receptor
Receptor Emisor
3.11. Modo de comunicación Half-dúplex.
2.5 > Propiedades
Las señales y los medios por los que estas circulan utilizan una serie de magnitudes físicas para poder cuantificar el traspaso de la informa- ción.
Estas magnitudes son las siguientes:
– Voltaje: es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. En el envío de una señal eléctrica se puede usar el 1 binario como valor más elevado de voltaje y el 0 binario como valor más bajo de voltaje. Esto se conoce como lógica positiva; si se escogiese al revés hablaríamos de ló- gica negativa. Se mide en voltios (V).
– Resistencia: todos los medios por donde puede circular una corriente eléctrica presentan una resistencia al paso de esta corriente que se mide en ohmios (Ω). La resistencia de un material incide directamente en la potencia de envío de la señal: a mayor resistencia, menor potencia de envío. Es por tanto importante escoger materiales que presenten poca resistencia al paso de la corriente eléctrica.
– Potencia: en física se define como la cantidad de energía que se puede entregar por unidad de tiempo. Se mide en vatios (W) y nos proporciona la medida de la intensidad con la que se está enviando una señal. La po- tencia depende directamente del voltaje e indirectamente de la resis- tencia del material. Claro es que, a mayor potencia de envío, mayor dis- tancia podrá recorrer una señal.
Existe una propiedad que puede referirse tanto a las señales como a los medios de transmisión. Estamos hablando del ancho de banda:
– Ancho de banda de una señal: es la frecuencia en la que se concentra la mayor parte de la potencia de la señal. Se mide en hercios (Hz).
– Ancho de banda de un canal: se define como el margen de frecuencias de una señal que es capaz de transmitir o procesar el canal. Los canales están condicionados tanto por limitaciones físicas de los medios de transmisión (p.ej. el cable), como por el resto de elementos del sistema (conexiones, repetidores...).
Por otra parte, existe el concepto de ancho de banda en conexiones de red, más conocido por velocidad de transmisión, que es el número de bits que pueden enviarse en una unidad de tiempo.
La unidad de tiempo que se suele contemplar para medir la velocidad de transmisión es el segundo (s), contabilizándose los bits por segundo (bps).
Normalmente son más útiles sus escalas de kilobits por segundo (Kbps) o megabits por segundo (Mbps).
Lógica positiva vs. lógica negativa
La mayoría de los circuitos electrónicos de hoy en día utilizan lógica positiva en lugar de negativa. Esto se debe más a conceptos filosóficos y humanos que a conceptos prácticos de la propia circui- tería.
Bits y bytes
Un byte está formado por 8 bits, es de- cir:
1 kilobyte = 1 024 bytes = 8 192 bits
Actividades propuestas
2·· Se quiere transmitir una señal de 2 Mbps con una frecuencia de 1 MHz por un medio de transmisión que posee un ancho de banda de 500 KHz. ¿Es esto posible? Justifica tu respuesta.
3·· Con los datos del ejercicio anterior, define el ancho de banda de la conexión, el del canal y el de la señal.
2.6 > Verificación del canal
El canal está sujeto a distintas perturbaciones que hacen que la señal que viaja en él pueda sufrir modificaciones.
Las perturbaciones son un conjunto de acciones, internas o ex- ternas, que pueden modificar la señal provocando que la señal recibida no sea igual a la transmitida.
Las perturbaciones más frecuentes que sufren las señales son las siguientes:
– Atenuación: es la pérdida de potencia que sufre la señal con la distancia.
La amplitud de la señal se va perdiendo porque parte de la energía de la misma pasa al cable que la conduce. El diseño de red debe asegurar que la señal llegue con la suficiente potencia para ser capturada por el re- ceptor. Para que la potencia de la señal sea constante se utilizan repeti- dores y concentradores, como veremos más adelante.
– Reflexión de red: ocurre cuando el receptor refleja cierta cantidad de la energía con la que llegan los pulsos de voltaje, lo que puede interferir en los bits posteriores de la señal. Para evitarlo, es importante que los medios de red tengan una impedancia específica que coincida con la de los componentes de la tarjeta de red. Un caso muy concreto de reflexión de red es cuando dos personas están hablando por teléfono y una de ellas escucha su propia voz en forma de eco. Este suceso tan común re- cibe el nombre de desacople de impedancias.
– Ruido: consiste en una perturbación no deseada que se adiciona a la señal de envío. Todas las señales tienen ruido, de manera que, cuando hablamos de la potencia de una señal, se calcula la relación señal-ruido (S/N), inten- tando que esta sea lo más alta posible. Una relación de señal-ruido baja puede corromper los bits y transformar los unos en ceros o viceversa.
Los posibles ruidos a los que se enfrentan las señales pueden clasificarse del siguiente modo:
– Interferencias electromagnéticas (EMI) y de radiofrecuencia (RFI):
son originadas por señales externas que se introducen en la propia señal de envío. Las interferencias de radiofrecuencia se deben generalmente a sistemas de radio y televisión, ya que un cable de cobre puede actuar como antena y, cuando esto sucede, este absorbe las señales eléctricas que circulan por el ambiente o por los cables cercanos, generando una señal de envío errónea.
– Diafonía: se la conoce también como crosstalk. Se produce cuando, en cables muy cercanos entre sí, parte de la señal de uno es absorbida por el otro. Es muy habitual en medios no trenzados.
– Ruido térmico: el ruido térmico es inevitable en las señales eléctricas.
Lo produce el movimiento de los electrones al circular por el cable. Es relativamente pequeño en comparación con los otros tipos de ruido.
– Ruido de tierra de referencia y de corriente eléctrica: los edificios es- tán llenos de cables que conducen la corriente eléctrica necesaria para el funcionamiento de los aparatos; esto puede generar ruidos indeseables en nuestra red. Se debe aislar completamente la señal de referencia de masa de la toma de tierra, pues esto impide el escape de corriente eléc- trica. Este es el tipo de ruido más difícil de detectar.
Amplitud atenuada t v
t v
Amplitud de la señal
3.13. Atenuación de la señal: pérdida de amplitud.
t 1 1 0 1
3.14. Señal digital con ruido.
2.7 > Medios físicos de transmisión más habituales Veamos ahora los canales que se usan con mayor frecuencia.
Medios guiados
Estos medios utilizan un cable físico como medio de transmisión:
– Corriente eléctrica: principalmente hace uso del cable de par trenzado y el coaxial. El cable de par trenzado ya se utilizaba en las líneas telefó- nicas para el intercambio de voz y el cable coaxial fue inicialmente el más usado en las redes locales. Posteriormente, el desarrollo de nuevas tecnologías de par trenzado, unido a la sencillez de su instalación, lo convirtieron en el cable preferido para las LAN.
– Pulsos de luz: utiliza el cable de fibra óptica. Un pulso de luz puede emplearse para indicar un bit de valor 1 y entonces la ausencia de pulso indicaría un bit de valor 0. Cada vez están más implementados, sobre todo para WAN y MAN, dada su gran velocidad y la capacidad de propa- gar la señal a gran distancia. Su único inconveniente es que su precio es elevado en comparación a otros medios de transmisión.
Medios no guiados
Estos medios utilizan el aire como medio de transmisión:
– Infrarrojos: permite la conexión entre dos nodos de red a unas veloci- dades que oscilan entre los 9 600 bps y los 4 Mbps. Su gran inconveniente es que los dispositivos que se quieran conectar deben estar alineados uno frente al otro. Su distancia de operación puede llegar a los 70 metros mediante el uso de repetidores. Para este tipo de medio se define un estándar físico para la transmisión y recepción de datos con el nombre de IrDA (infrared data association).
– Radiofrecuencia: emplea ondas de radio a altas frecuencias, desde 900 MHz hasta 2,4 GHz, para establecer el intercambio de información. Se utiliza en edificios donde es difícil establecer una estructura de cableado.
Al igual que las microondas, hace uso del protocolo Wi-Fi para constituir la red.
– Microondas: utilizan ondas electromagnéticas a altas frecuencias. Operan en la banda de 2,4 GHz y alcanzan velocidades de hasta 11 Mbps. También se usan para la comunicación con satélites en bandas de frecuencia más elevadas. Uno de los usos más importantes de las microondas surgió con la aparición del protocolo bluetooth, que alcanza una velocidad de 1 Mbps y su radio de acción son 10 metros, pudiendo llegar a los 100 metros me- diante el uso de repetidores. Actualmente se encuentra en la mayoría de los dispositivos móviles para el intercambio inalámbrico de voz y datos.
Actividades propuestas
4·· Investiga sobre la velocidad de cada uno de los medios de transmisión vistos y ordénalos de menor a mayor.
5·· En esta sección hemos visto algunos de los ruidos que pueden atacar a la señal, pero existen muchos más.
Investiga un poco sobre los tipos de ruido que atacan a las señales y explica por qué son perjudiciales.
3 >> El cable coaxial
El cable coaxial es un tipo de cable que se utiliza para transportar señales eléctricas de alta frecuencia.
3.1 > Características generales
Por su diseño, el cable coaxial presenta un gran blindaje contra las interferencias externas que puede recibir la señal de datos.
Por ello se utiliza para transmitir a grandes distancias con una buena velocidad de transmisión.
La denominación “coaxial” proviene de la forma en la que está construido, ya que lo constituyen un conductor principal y una serie de capas concén- tricas, cada una con una misión específica.
El cable coaxial está formado por los siguientes elementos:
– Un conductor central de cobre que constituye el núcleo, también llamado vivo, por donde circulan los datos. Puede ser un único filamento rígido o varios filamentos enrollados entre sí.
– Una capa de plástico que rodea al conductor y que hace de aislante.
– Un conductor en forma de malla que cubre el aislante, también llamado blindaje. Su función es actuar como masa y proteger el núcleo del ruido eléctrico.
– Una cubierta exterior de plástico protector, normalmente de PVC o de caucho, que envuelve el conjunto del cable.
PVC (policloruro de vinilo) Es el tipo de plástico que más se utiliza para construir el aislante y la cubierta exterior del cable coaxial. Es flexible, lo que hace que sea de fácil instalación.
Al quemarse, desprende gases tóxicos.
3.16. Cables coaxiales de distintos diámetros.
Núcleo Malla
Dieléctrico Funda
3.15. Esquema de un cable coaxial.
El diseño del cable le aporta cierta rigidez que no permite que se le doble en un ángulo de 90 grados, ya que podría partirse el cable o producirse un cortocircuito.
Inicialmente, el cable coaxial fue el cable preferido de uso para las LAN, ya que superaba en velocidad al cable de par trenzado y además es más re- sistente a las interferencias y la atenuación. Hoy en día ya no es así; la tec- nología de par trenzado ha mejorado mucho, dotándolo de mayor velocidad y menor costo que el cable coaxial.
Actualmente el uso principal del cable coaxial es el que se hace con la te- levisión, empleándose entre la antena y el televisor. También las compa- ñías de fibra óptica que ofrecen los tres tipos de transmisión (TV, teléfono e Internet) utilizan el cable coaxial como terminador final del circuito, co- locándolo en los edificios donde se quieren ofrecer estos servicios.
3.2 > Tipos de cable coaxial
Históricamente y en función del uso que se le ha dado, el cable coaxial se ha dividido en dos tipos: el de banda ancha y el de banda base.
Cable coaxial de banda ancha
Se utiliza habitualmente para transmitir señales analógicas a alta frecuencia, sobre todo para la televisión y el teléfono, y permite combinar los dos tipos de señales en el mismo cable. Su impedancia característica es de 75 Ω.
Este tipo de cable puede llegar a transmitir señales con frecuencias mayores de 300 MHz, lo que posibilita que las transmisiones se dividan en canales de una cierta frecuencia, por ejemplo 6 MHz. Cada uno de estos canales podrá emplearse para enviar señales de vídeo o de audio de alta calidad;
de ahí que en la televisión por cable puedan sintonizarse tantos canales, ya sea de vídeo o de radio.
Cable coaxial de banda base
Su impedancia característica es de 50 Ω y se utiliza principalmente para conectar redes de ordenadores.
Los cables de banda base se dividen, a su vez, en dos categorías: coaxial delgado y coaxial grueso.
El cable coaxial delgado, también llamado thin o cable blanco, puesto que es de color blanco por convención, tiene las siguientes características:
– Su grosor es de 0,64 cm, con un núcleo de 6 mm, lo que hace que sea muy flexible.
– Es capaz de transportar una señal sin pérdidas hasta 185 m.
En función de cómo está formado su núcleo, existen diferentes cables del- gados que se agrupan en una familia que recibe el nombre de RG-58:
– RG-58/U: formado por un núcleo de cobre sólido.
– RG-58 A/U: formado por un núcleo de 7 a 12 hilos trenzados.
– RG-58 C/U: versión militar del RG-58 A/U. El núcleo está formado por hilos de cobre estañado.
La Ethernet configurada con cable coaxial delgado se llama 10Base2, Thinnet o Cheapernet.
El cable coaxial grueso, también llamado thick o cable amarillo, ya que es de color amarillo por convención, tiene las siguientes características:
– Su grosor es de 1,27 cm, con un núcleo de 12 mm.
– Posee un ancho de banda de 10 Mbps.
– Es capaz de enviar señal sin pérdidas hasta 500 m, por lo que se utiliza muy frecuentemente para conectar redes Thinnet entre sí.
La Ethernet configurada con cable coaxial grueso se llama 10Base5, Thicknet o Thick Ethernet.
La diferencia básica entre el coaxial delgado y el grueso es la flexibilidad de un cable con respecto al otro. En instalaciones con curvas y recovecos será recomendable utilizar coaxial delgado.
Cable estándar Ethernet
El cable coaxial grueso se utilizó en el desarrollo de la Ethernet original, por este motivo se le conoce como cable estándar Ethernet.
3.3 > Conectores y tomas
Tanto el cable delgado como el grueso utilizan un conector llamado BNC (bayonet neill-concelman) para conectarse a los equipos.
Existen conectores BNC de varios tipos, entre los que destacan los siguien- tes:
– Conector final del cable BNC: se trata de un conector en forma de tubo con un centro circular conectado al núcleo del cable. Rodeando el tubo aparece un anillo concéntrico que rota y sirve para atornillar el ca- ble al conector hembra mediante el mecanismo de bayoneta.
– Conector BNC en forma de T: consiste en dos conectores hembra y uno macho que le dan una forma similar a la letra “T”. Los conectores hembra se conectan a cables coaxiales en la red y el macho va directa- mente conectado al adaptador de red del ordenador. Fue muy usado en la Ethernet 10Base2.
– Prolongador BNC: también llamado barril, está formado por dos co- nectores BNC hembra, de modo que permite unir dos segmentos de cable coaxial para crear uno más largo.
– Terminador BNC: es un conector BNC macho o hembra que se utiliza para cerrar el extremo del bus del cable y evitar que las señales perdidas ocasionen interferencias. Una red montada con coaxial no podría fun- cionar sin ellos.
En la sección anterior hemos comentado que el coaxial grueso se suele utilizar para unir redes montadas con coaxial delgado. Pues bien, para unir Thicknet con Thinnet se utiliza un transceptor.
Este transceptor está equipado con un conector llamado vampiro, que es un orificio con un diámetro y una profundidad muy precisos que se perfora en el cable y termina en el núcleo del mismo. En este orificio se atornilla un conector especial que lleva a cabo la misma función de la unión en
“T”. De esta forma, el conector vampiro es el que realiza la verdadera co- nexión física con la Thinnet, perforando la cubierta aislante. El transceptor posee un conector AUI (attachment unit interface) al que podemos conectar un cable para que realice la transmisión/recepción de las señales de la red.
3.17. Conector final del cable BNC macho.
3.21. Transceptor para conectar Thicknet a Thinnet.
Conector AUI
Thicknet Conector vampiro
3.18. Conector BNC en forma de T.
3.19. Prolongador BNC.
3.20. Terminador BNC
Creación de cables coaxiales
·· Para crear cables coaxiales necesitamos las siguientes herramientas:
– Pelador de cables (figura 3.22).
– Engarzadora o crimpadora BNC (figura 3.23).
– Cúter o alguna otra herramienta cortante.
– Cable coaxial y conectores BNC.
La herramienta engarzadora se utiliza para presionar el conector BNC al cable y evitar así que el conector se suelte fácilmente. Hoy en día existen conectores BNC que pueden enroscarse al cable; en caso de disponer de uno de ellos, no es necesario utilizar la engarzadora.
Existen también herramientas engarzadoras que poseen unas cuchillas en un extremo de las pinzas, las cuales nos permiten prescindir del pelador de cables y del cúter.
El objetivo final al crear un cable coaxial es dejar al descubierto una pe- queña parte del núcleo que será la que realizará la conexión. Para ello seguiremos los siguientes pasos:
1. Con la ayuda de un pelador de cables, eliminamos la envoltura de un extremo del cable. Se elimina alrededor de 1,5-2 cm, que es lo que mide aproximadamente el conector BNC, dejando así espacio para co- nectarlo.
2. La malla debe retirarse manualmente y colocarse alrededor del cable.
Para ello podemos utilizar el cúter y realizar un corte transversal que nos permita despejar la malla del dieléctrico.
3. Cortamos 1 cm aproximadamente de dieléctrico, dejando al descubierto esa distancia de núcleo. Para cortar el dieléctrico podemos utilizar el cúter.
4. Colocamos el conector BNC y lo presionamos mediante la herramienta engarzadora. Hay que presionar con fuerza y comprobar que el conector no se suelta con facilidad. A este proceso también se le conoce colo- quialmente como crimpado.
Técnica
3.22. Pelador de cables.
3.23. Herramienta engarzadora para conectores BNC.
3.26. Crimpado del conector con la engarzadora.
3.25. Cable coaxial preparado para insertar el conector BNC.
3.24. Extracción de la envoltura de un extremo del cable.
3.4 > Verificación del cable coaxial
Una vez creado el cable es necesario comprobar que funciona y que se puede conectar a la red.
Para comprobar el cable podemos utilizar tres métodos diferentes:
– Conectar el cable entre dos ordenadores y utilizar la orden ping entre ellos para ver si hay intercambio de paquetes.
– Utilizar un comprobador de cables.
– Utilizar un multímetro digital o tester para medir variables electrónicas.
La primera de las opciones que se propone es la más simple. Si la orden ping no envía paquetes o no los envía todos correctamente es que el cable no funciona bien y se puede desechar.
Respecto a la segunda opción, el comprobador de cables es un aparato que proporciona dos extremos de conexión BNC. Para comprobar que el cable funciona, el testeador envía corriente por un extremo del cable y comprueba si la corriente se recibe en el otro extremo.
Y, por otro lado, multímetro digital es una herramienta electrónica que se utiliza para medir diversos valores de los circuitos. Como este aparato puede medir la resistencia entre dos puntos, podremos utilizarlo para co- rroborar que nuestro cable tiene la impedancia correcta. Para ello, opera- remos del siguiente modo:
– El multímetro debe colocarse para medir ohmios. Podemos situarlo en la escala de los 100 ohmios, ya que nos interesa saber la impedancia del cable creado.
– Colocamos cada una de las pinzas del multímetro en cada uno de los extremos del cable y comprobamos la lectura realizada.
– Una lectura entre 50 y 75 ohmios querrá decir que el cable tiene una impedancia correcta y, por tanto, su funcionamiento debe ser perfecto.
3.27. Comprobador de cables coaxiales. 3.28. Multímetro digital.
1 2 3 4 3.30. Numeración de los pares de cable.
4 >> El cable de par trenzado
4.1 > Características generales
El cable de par trenzado es el método de transmisión más antiguo, de hecho era el empleado en las primeras líneas telefónicas.
El cable de par trenzado está formado por dos alambres entre- lazados entre sí en forma helicoidal formando un trenzado que consigue reducir la interferencia electromagnética por el efecto de cancelación.
El efecto de cancelación lo produce el hecho de entrelazar el cable ya que, al tener esta disposición, cada una de las vueltas del cableado genera un campo electromagnético en dirección opuesta al de la vuelta anterior.
Esto provoca que el efecto de un campo se cancele con el del otro. La única parte del cable que queda expuesta a interferencias es la más cercana al conector debido a que, necesariamente, los alambres del cable no están trenzados y pierden así su blindaje.
Una característica importante de este tipo de cables es la tasa de trenzado, que se corresponde con el número de vueltas por metro. Cuantas menos vueltas se den, mayor es el riesgo de sufrir interferencias y menor la calidad del cable.
El cable de par trenzado usado en las LAN está formado por cuatro pares de alambres, cada uno de ellos de 1 mm de espesor, y está recubierto por un material aislante, normalmente PVC. El conjunto del cable está envuelto por una cubierta que suele ser de teflón. Los pares se identifican mediante un código de colores:
3.29. Campos electromagnéticos en direcciones opuestas cancelan sus efectos mutuamente.
Cable de par trenzado Par 1 blanco-azul
Par 3 blanco-verde
azul verde
Par 2 blanco-naranja
Par 4 blanco-marrón
naranja marrón
A pesar de no presentar tan buen blindaje a las perturbaciones externas como el cable coaxial, el cable de par trenzado es el más utilizado hoy en día en las LAN. Sus principales ventajas son su precio y su delgadez y fle- xibilidad, que facilitan la instalación. Además constantemente se introdu- cen mejoras tecnológicas que incrementan su velocidad de transmisión, su longitud, etc.
4.2 > Tipos de cables de par trenzado
La clasificación de los cables de par trenzado se realiza en función de una característica llamada apantallamiento. En un cable que emplea apanta- llamiento, una lámina o trenzado metálicos rodea cada par de cables o grupo de pares de cables. De aquí se concluye que los cables más apanta- llados presentarán mayor blindaje a perturbaciones externas pero serán menos flexibles y más caros.
Así, podemos hablar de los cables de par trenzado no apantallados (UTP), apantallados (STP) y con pantalla global (FTP).
Cable de par trenzado no apantallado o UTP (unshielded twisted pair)
Como su propio nombre indica, este cable no posee ningún tipo de apan- tallamiento adicional (figura 3.31). Esto lo convierte en el cable más flexible, más barato y de más fácil instalación.
A pesar de ser, lógicamente, el cable más vulnerable, presenta un buen rendimiento en las aplicaciones usadas por la mayoría de los usuarios.
Por este motivo es el que más se usa en las redes.
Su impedancia característica es de 100 ohmios.
Cable de par trenzado apantallado o STP (shielded twisted pair) Cada uno de los pares de este tipo de cable viene recubierto por una malla conductora cuya función es realizar un apantallamiento frente a interfe- rencias. También dispone de una lámina externa de aluminio alrededor del conjunto de pares que absorbe el ruido eléctrico y disminuye las ondas electromagnéticas salientes del propio cable. Esto logra que este tipo de cable sea menos vulnerable que el UTP, pero más rígido y caro a la hora de realizar instalaciones.
El STP se utiliza generalmente en las instalaciones de grandes procesos de datos por su ancho de banda y sus buenas características contra las radia- ciones electromagnéticas. A velocidades de Ethernet altas, proporciona un rendimiento mayor que el cable UTP, lo cual justifica el encarecimiento de la red.
Su impedancia característica es de 150 ohmios.
3.31. Cable UTP con sus 4 pares entrelazados.
3.32. Cable STP donde se pueden apreciar los dos apantallamientos.
Cable de par trenzado con pantalla global o FTP (foiled twisted pair) También conocido como ScTP, este tipo de cable es un híbrido entre el UTP y el STP. El cable no apantalla los pares individualmente, pero si los recubre de forma global con un papel de aluminio apantallado, lo que le proporciona unas características intermedias entre el UTP y el STP, inclu- yendo el precio.
Ha de tenerse en cuenta que el apantallamiento global del FTP y del STP debe llevarse a tierra en ambos extremos para evitar que el aluminio actúe como una antena receptora de ruido. Por este motivo estos cables incluyen un pequeño hilo conductor que recibe el nombre de drenaje.
Su impedancia característica es de 120 ohmios.
Categorías de cable de par trenzado
Los cables de par trenzado se agrupan en categorías en función de su ancho de banda y de su calidad. Existen tres organismos internacionales, ANSI, TIA y EIA, que unieron sus esfuerzos para definir una serie de es- tándares que deberían cumplir los cables de cada una de las categorías.
Todo ello se agrupó en lo que se conoce como TIA/EIA-568.
En la siguiente tabla se describen las categorías que nos interesan:
El cable más usado en las LAN actuales es el UTP de categoría 5.
4.3 > Conectores y tomas
Para los cables de par trenzado se utilizan básicamente tres tipos de co- nectores:
RJ-45 macho: es el conector usado para los cables de par trenzado (UTP).
3.33. Cable FTP también llamado ScTP.
Categoría Descripción
Categoría 3 Alcanza hasta 10 Mbps. Para el estándar de Ethernet 10Base-T.
Categoría 4 Alcanza una velocidad de hasta 16 Mbps.
Categoría 5 Alcanza hasta 100 Mbps. Se define para los estándares Ethernet y FastEthernet.
Categoría 5e
Alcanza hasta 1 Gbps. Es como la categoría anterior pero con mejores normas de prueba. Se define para los estándares FastEthernet y GigabitEthernet.
v Actividades propuestas
6·· Como puede apreciarse en la imagen del cable FTP, este posee un haz de hilos de nylon. ¿Para qué crees que se incorpora en el cable?
Siglas
ScTP (screener unshielded twisted pair): par trenzado apantallado.
ANSI (American National Standards Ins- titute): instituto americano para la cre- ación de estándares.
TIA (Telecommunications Industry Asso- ciation): asociación de ingenieros de te- lecomunicaciones.
EIA (Electronic Industries Alliance): or- ganización formada por compañías elec- trónicas y de alta tecnología de Estados Unidos.
TIA/EIA-568
Es un estándar creado en 2001 con el objetivo de definir el tipo de cableado que usar en una LAN y cómo conectarlo.
4.3 > Conectores y tomas
Para los cables de par trenzado se utilizan básicamente tres tipos de co- nectores:
– RJ-45 macho: es el conector usado para los cables de par trenzado (UTP).
Posee 8 pines de conexión, siendo el primero tal y como se ilustra en la figura 3.34.
– RJ-49 macho: es el que se utiliza para los cables FTP y STP. Este conector es exactamente igual al RJ-45, con la única excepción de que incluye una chapa metálica que, en conexión con la tarjeta de red del ordenador, pondrá a tierra el apantallamiento de aluminio que poseen estos cables para evitar que el propio aluminio haga de antena y genere interferencias.
– RJ-45 hembra: es el que hace de toma de conexión con los machos. Es adecuado para instalarse en rosetas, patch panel o cualquier otro disposi- tivo. También se le conoce como keystone jack.
4.4 > Cable directo y cable cruzado
Como hemos visto, el conector RJ-45 tiene 8 pines. En la siguiente tabla podemos ver la función de cada uno de los pines cuando se conecta un cable de categoría 5 al ordenador:
3.34. Conector RJ-45 con su pin número 1 indicado.
3.35. Conector RJ-49 macho con la parte
inferior metálica. 3.36. Conector RJ-45 hembra.
Pin 1
Número de pin Función
Pin 1 Transmitir datos (polo positivo).
Pin 2 Transmitir datos (polo negativo) Pin 3 Recibir datos (polo positivo).
Pin 4 Sin conexión.
Pin 5 Sin conexión.
Pin 6 Recibir datos (polo negativo).
Pin 7 Sin conexión.
Pin 8 Sin conexión.
Cuando se construye un cable de par trenzado, la lógica nos lleva a colocar el mismo código de colores en los dos extremos del cable. Al hacer esto, estamos creando un cable directo.
Pensando con esta misma lógica, los conectores RJ-45 hembra que se in- sertan en las rosetas, en los hubs o en los switches tienen intercambiados los pines de enviar y recibir, de tal manera que cuando la tarjeta de red de un ordenador envía corriente por un pin, esta se recibe correctamente en el otro extremo.
En estos casos, la transmisión de datos se produce de la siguiente manera:
El problema surge cuando queremos conectar un ordenador a otro sin uti- lizar un aparato intermedio. Si conectamos un cable directo veremos que los pines de transmitir y recibir están colocados en la misma posición y, por tanto, la conexión no funciona.
Para conseguir esta conexión tenemos que cruzar los hilos del cable, dando lugar a lo que se llama cable cruzado. Podemos verlo en la siguiente fi- gura:
El cable cruzado no sólo se utiliza para conectar un ordenador con otro, sino que también se usa para conectar un hub a un switch o un switch a otro switch.
Actualmente existen tarjetas de ordenador y bocas de switch que detectan automáticamente si la conexión es directa o cruzada y ajustan sus pines en función de ello.
1 1
2 2
3 3
6 6
TX+
RJ-45 en el
ordenador RJ-45 en la
roseta
TX–
RX+
RX–
RX+
RX–
TX+
TX–
3.38. Esquema de la transferencia de datos cuando se utiliza un cable directo.
1 1
2 2
3 3
6 6
TX+
RJ-45 en el
ordenador RJ-45 en otro
ordenador
TX–
RX+
RX–
TX+
TX–
RX+
RX–
3.39. Esquema de la transferencia de datos cuando se utiliza un cable directo.
3.37. Los extremos de un cable con sus cables cruzados.
Creación de cables de par trenzado
·· Para crear cables de par trenzado necesitamos las siguientes herramientas:
– Engarzadora RJ-45.
– Cúter o alguna otra herramienta cortante.
– Cable de par trenzado y conectores RJ-45.
La herramienta engarzadora se utiliza para presionar el conector RJ-45 al cable, provocando que el conector no se suelte fácilmente.
Existen herramientas engarzadoras que poseen unas cuchillas en los dos extremos de las pinzas (figura
3.40). Las cuchillas del extremo superior se usarán para retirar la envoltura del cable y la del extremo inferior es ideal para cortar el cable según la longitud deseada. Si disponemos de una de estas engarzadoras, podremos prescindir del cúter o de cualquier otra herramienta cortante.
Como sabemos, podemos crear cables de par trenzado directos o cruzados. Comenzaremos creando el directo y, posteriormente, veremos cómo se crea un cable cruzado.
Creación de un cable de par trenzado directo
1. Usamos la herramienta cortante para cortar el cable según la longitud deseada. Si nuestra herramienta en- garzadora posee una cuchilla, podremos utilizarla para este proceso.
2. Cortamos la cubierta protectora 2-2,5 cm aproximadamente y destrenzamos los cables (figura 3.41).
3. De los pares destrenzados, cortamos la longitud del cable sobrante para ajustarlo a la medida del conector RJ-45 (figura 3.42). Es muy importante que no sobresalga cable por fuera del conector, ya que haría que esa parte del cable estuviese expuesta a interferencias y ruido.
Técnica
3.40. Herramienta engarzadora para conectores RJ-45.
3.42. Ajustes de los pares a la medida del conector.
4. Preparamos los cables para introducirlos en el conector RJ-45.
Para ello podemos seguir las especificaciones del TIA/EIA-568, que define dos estándares de conexión: el T568A y el T568B.
No hay diferencia en utilizar uno u otro, siempre y cuando uti- licemos el mismo estándar en los dos extremos, ya que estamos realizando un cable directo. (¡Atención! Es importante no con- fundir el nombre de los conectores T568A o T568B con el nombre del estándar, que actualmente es el TIA/EIA-568-C).
8 1
8 1
T568A T568B
3.43. Código de colores que cumple con el estándares T568A y T568B.
3.41. Cables destrenzados según el estándar T568B.
5. Introducimos con cuidado el conector RJ-45 (figura 3.44).
6. Una vez colocado el conector, lo presionamos con la herramienta engarzadora para que no se suelte fácil- mente, lo que se conoce como crimpado (figura 3.45).
Creación de un cable de par trenzado cruzado
Para crear un cable cruzado se siguen los mismos pasos que en el directo; la única diferencia es que en un ex- tremo del cable deberemos seguir el código de colores del estándar T568A y en el otro extremo seguiremos el estándar T568B.
De esta manera conseguimos que los pines de enviar información de un extremo estén ligados con los pines de recibir información del otro extremo.
3.45. Engarzado o crimpado del conector al cable.
3.44. Colocación del conector sobre el cable.
4.5 > Verificación del cable de par trenzado
Para comprobar si hemos creado bien nuestro cable utilizaremos un teste- ador de cables de par trenzado.
Este aparato está dividido en dos módulos, cada uno de ellos con un co- nector RJ-45 hembra para que podamos insertar el cable por los dos extre- mos. El testeador envía corriente por cada uno de los ocho hilos del cable y comprueba si se recibe corriente en el otro extremo. Posee una serie de LED en los dos extremos que nos indican si el cable está transmitiendo co- rrectamente por ese hilo o no.
También es válido para comprobar cables cruzados, lo único que debemos tener en cuenta es que, cuando en un extremo se enciendan los LED co- rrespondientes a los hilos uno y dos, en el otro extremo deben encenderse los LED tres y seis.
3.46. Comprobación de un cable de par trenzado.
5 >> El cable de fibra óptica
5.1 > Características generales
El cable de fibra óptica es un medio de red capaz de transmitir pulsos de luz modulada. Ofrece velocidades de datos más altas, mayor distancia de propagación de la señal y no es susceptible a interferencias electromagnéticas ni de radiofrecuencia.
Existe un principio en física en el cual está basado la tecnología del cable de fibra óptica: “cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, el rayo se refracta (se desvía) en la frontera entre los dos medios”. La cantidad de re- fracción depende de los índices de refracción de los medios por donde se ha hecho pasar al rayo de luz.
Escogiendo los índices de refracción correctos de un conducto que haga de guía y otro que haga de frontera, se consigue tener atrapado el rayo de luz en un conducto guía, propagando la señal a lo largo de varios kilómetros sin tener, prácticamente, ninguna pérdida. Esto sucede gracias a que no circula corriente eléctrica por el cable, lo que le concede inmunidad ante las interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia.
El funcionamiento de la fibra óptica consiste, por tanto, en convertir señales eléctricas provenientes de un ordenador en pulsos de luz que se reconver- tirán de nuevo en su destino en las señales eléctricas correspondientes.
Elementos de transmisión de la señal
El elemento principal de transmisión es el cable de fibra óptica, que tiene los siguientes componentes:
– Un núcleo de fibra de vidrio de alta pureza, muy compacto y del grosor de un cabello humano. Su índice de refracción es muy alto.
– Un revestimiento de vidrio o plástico que rodea al núcleo, con un índice de refracción bajo.
– Un material protector de plástico (como el kevlar o el mylar) que rodea al revestimiento y proporciona protección y amortiguación al frágil nú- cleo de fibra de vidrio.
– Una cubierta exterior que envuelve todo el cable y le proporciona pro- tección. Además se ajusta a las normativas de construcción y de preven- ción de incendios.
3.47. Grupo de fibras de vidrio.
Cubierta exterior Pantalla plástica
(revestimiento)
Kevlar de refuerzo Fibra de vidrio
(núcleo)
3.48. Esquema de un cable de fibra óptica.
Reflexión interna total
En la figura 3.47 se puede ver el princi- pio que caracteriza la fibra óptica: el haz de luz queda atrapado en la fibra de vidrio con un índice de alta refrac- ción al tener un medio de plástico de baja refracción como frontera. Este pro- ceso se llama reflexión interna total.
El cable de fibra óptica ofrece mayores ventajas que el resto de medios de red. Por lo tanto, su precio también es mayor y esto hace que se instale únicamente en casos específicos. En redes de área local sólo lo veremos cuando la red sea de alto rendimiento.
Además del cable por donde circula el haz de luz, el medio de transmisión óptica consta de dos componentes más:
– Una fuente de luz que hace de emisor, emitiendo pulsos de luz si se les aplica una corriente eléctrica. Esta puede ser de dos tipos:
• Diodo emisor de luz (LED): se suelen utilizar con cables de fibra óptica multimodo.
• Diodo de inyección láser (ILD): emite un rayo de luz más intenso y con mayor frecuencia que el LED, aunque su coste es más elevado. Se utilizan con cables de fibra multimodo de índice graduado y mono- modo.
– Un detector que hace de receptor. Se trata de un fotodiodo que genera pulsos eléctricos cuando recibe haces de luz.
5.2 > Tipos de cables de fibra óptica
Como hemos visto, la fibra óptica funciona por la reflexión de la luz dentro de su núcleo de vidrio. De esto se deduce que, variando la amplitud de los pulsos de entrada, podemos tener distintos haces de luz rebotando en el núcleo, cada uno de ellos con un ángulo distinto de reflexión. De acuerdo a ello la fibra óptica se clasifica en diferentes tipos:
– Multimodo.
– Multimodo con índice graduado.
– Monomodo.
Fibra óptica multimodo
En las fibras multimodo existen multitud de haces reflejados dentro de un núcleo de mayor diámetro que el resto de fibras. Pueden llegar a tener más de mil haces de propagación de luz, cada uno en un ángulo distinto.
Su principal inconveniente es que los haces se desfasan, lo que provoca que no pueda usarse para grandes distancias.
Este tipo de fibra es más económico y fácil de instalar que el resto de fibras y es el que se suele utilizar con fuentes de luz LED.
Revestimiento
Núcleo
3.50. Varios haces de luz rebotando con distintos ángulos de reflexión dentro del núcleo.
3.49. El superordenador Mare Nostrum utiliza conexiones de fibra óptica.
Fibra óptica multimodo con índice graduado
El núcleo de las fibras multimodo con índice graduado posee un diámetro menor que las multimodales y está formado por varias capas, cada una de las cuales tiene un índice de refracción propio, para conseguir que los haces de luz sigan una reflexión como la de la figura:
En estas fibras el número de haces de luz que viajan es menor y estos no sufren tanto desfase como las fibras multimodales, lo que supone que al- cancen mayores distancias.
Fibra óptica monomodo
En las fibras monomodo se envía un único haz de luz sin ningún tipo de rebote. Esto se consigue disminuyendo el diámetro del núcleo. Al no haber rebotes se logra aumentar la frecuencia de emisión, lo que aumenta a su vez el ancho de banda de la señal y se alcanzan así velocidades mayores a 10 Gbps.
A la fibra monomodo también se la llama axial, ya que el pulso de luz viaja transversalmente a lo largo de todo el cable.
Los rebotes de las fibras multimodo provocan que los haces pierdan energía y se dispersen los pulsos, sin embargo en la fibra monomodo, al no haber rebotes, se consiguen mayores distancias de emisión con muy baja atenuación.
Revestimiento
Núcleo
3.51. Reflexión de los haces de luz de la fibra multimodo con índice graduado.
Revestimiento
Núcleo
3.52. Fibra óptica monomodo con un único haz de luz que no rebota.
Actividades propuestas
7·· Realiza una tabla clasificatoria donde aparezcan la velocidad y la distancia máxima que puede alcanzar cada uno de los tipos de fibra óptica.
Cables submarinos
Un uso extendido de la fibra óptica son los cables submarinos que recorren el mundo proporcionando conectividad en- tre continentes. Podemos ver un amplio esquema de los mismos en la web:
http://www.submarinecablemap.com/
5.3 > Conectores y tomas
Los conectores finalizan el cable de fibra óptica. Su función es alinear el núcleo de la fibra a un adaptador que permitirá el paso de la luz entre dos o más fibras ópticas en las mejores condiciones posibles.
El adaptador es un dispositivo mecánico que permite la conexión entre conectores del mismo o de diferente tipo.
Existen muchos tipos de conectores de fibra óptica, entre los cuales desta- can, por utilizarse más, los siguientes:
– FC (ferrule connector): es un tipo de conector para fibras monomodo y multimodo. Permite una conexión en rosca con el adaptador, lo que aporta un buen alineamiento. Por este motivo está diseñado para entornos en los que puedan producirse vibraciones. Aparte de utili- zarse en las redes, también se usa en aplicaciones industriales y me- dicina.
– SC (standard connector o suscriber connector): es el conector más usado en Europa y EE. UU. Sirve para fibras monomodo o multimodo, tiene el cuerpo de plástico y un mecanismo de inserción llamado push-pull (em- puje-tire) cuya fijación al adaptador es en forma de clip. Posee un com- portamiento óptico muy estable, lo que permite que se reconecte muchas veces sin perder alineamiento óptico. Puede presentarse en formato du- plex, donde contará con una guía de plástico que une dos cables para que uno haga de emisor y el otro de receptor.
– ST (straight tip) o BFOC (bayonet fiber optic connector): su diseño está inspirado en la conexión de cables coaxiales mediante bayoneta. Al principio se utilizaba mucho en redes LAN, por lo que puede encontrarse en multitud de instalaciones, aunque actualmente ya no se emplee.
Posteriormente aparecieron unos conectores ópticos de tamaño reducido con el nombre de SFCC (small form factor connectors). Estos conectores se di- viden en dos grupos:
– LC (little connector o local connector): tienen un aspecto exterior similar a un pequeño SC, con el tamaño de un RJ-45 y se presentan en formato sencillo o duplex. El formato duplex consta de unas guías que unen dos cables para que uno haga de emisor y el otro de receptor. Se utiliza en entornos diversos con fibras monomodo y multimodo, diferenciándose el conector por un código de colores.
– MT-RJ (mechanical transfer-registered jack): permite conexiones duplex de fibras multimodo. En el espacio de un conector SC aloja sus dos fibras ópticas de conexión e incorpora un mecanismo de fijación rápido. Muy empleado en las LAN actuales.
Actividades propuestas
8·· Una de las diferencias entre los distintos tipos de fibra (monomodo, multimodo y multimodo con índice gradual) es el diámetro del núcleo. Busca en Internet los diámetros del núcleo de estos tres tipos de fibra para justificar su diferente funcionamiento.
3.54. Conector SC Dúplex.
3.55. Conector ST.
3.53. Conector FC.
Creación de un cable de fibra óptica
·· Como los cables de fibra óptica poseen muchos co- nectores, cada uno de ellos con su herramienta parti- cular para crimparlos, aquí nos decantamos por mos- trar cómo se fabrica un cable de fibra óptica con un conector SC de uso bastante frecuente y apto para fi- bras monomodo y multimodo.
Antes de comenzar el proceso de creación del cable es muy importante contar con protección ocular (gafas de seguridad), ya que al cortar la fibra de vidrio es po- sible que salten astillas que podrían dañarnos los ojos.
También se recomienda no mirar nunca dentro de la fi- bra, ya que la luz invisible láser puede dañar la retina del ojo.
La creación de fibra óptica es un proceso más complejo que el de los cables anteriores. Consta de dos partes:
el empalme del conector y el pulido de la fibra.
Para realizarlo necesitamos esta lista de componentes (figura 3.56):
– Pelacables de fibra óptica. No es un pelacables nor- mal, ya que posee distintos diámetros para las dis- tintas partes del cable.
– Engarzadora del conector SC.
– Tijera para cortar kevlar.
– Cúter de diamante, especial para cortar la fibra de vidrio (figura 3.57).
– Pegamento, normalmente cianoacrilato.
– Un líquido conocido como activador y una jeringuilla para colocarlo.
– Papeles de lija de 5, 1 y 0,3 micras, que se utilizarán para el pulido de la fibra de vidrio.
– Cristal o plástico de pulido y un disco de pulir.
– Alcohol y papel.
Técnica
3.56. Kit de herramientas de trabajo para cables de fibra óptica.
3.57. Cúter de diamante para cables de fibra óptica.
3.58. Disco de pulir para cables de fibra óptica.
Por su parte, el terminal SC consta de los siguientes componentes:
Dividiremos el montaje en dos partes: empalme del conector y pulido del cable.
Cabeza del terminal Terminal
Tapón Anilla de sujección
Cola del terminal
3.59. Componentes de un conector SC.
