PDF de programación - Medios físicos de transmisión de la información y sistemas de cableado estructurado

Medios físicos de transmisión
de la información y sistemas
de cableado estructurado

1

Medios físicos de transmisión de la

información por ondas

electromagnéticas

• Medios guiados

– Cables metálicos (normalmente de cobre)

• Coaxiales
• De pares trenzados (apantallados o sin apantallar)

– Cables de fibra óptica

• Multimodo
• Monomodo

• Medios no guiados

– Enlaces vía radio
– Enlaces vía satélite

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Velocidad de propagación de
las ondas electromagnéticas

Medio

Velocidad (Km/s)

Vacío o aire

300.000

Cobre

Fibra Óptica

200.000 (aprox.)
180.000 (aprox.)

• La velocidad de propagación impone un retardo mínimo en

la transmisión de información; además hay que contar el
que introducen los equipos

• El tipo de material para cableado define la velocidad y la

distancia de la red.

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Problemas de la transmisión de

señales en cables metálicos

• Desfase. Variación de la velocidad de propagación de

la señal en función de la frecuencia.

• Interferencia electromagnética (ruido):

– Externa (motores, emisiones de radio y TV, etc.). Solo

es importante en cable no apantallado.

– De señales paralelas: diafonía o crosstalk (efecto de

cruce de líneas). La diafonía puede ser:
• Del extremo cercano . Ratio NEXT (Near End Crosstalk):

Señal Referencia - señal inducida en el lado del emisor

• Del extremo lejano . Ratio FEXT (Far End Crosstalk): Señal

Referencia - señal inducida en el lado receptor

– La diafonía aumenta con la frecuencia

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Diafonía o Crosstalk

La señal eléctrica transmitida por un par

induce corrientes en pares vecinos

La señal inducida en cables vecinos se propaga en ambas direcciones
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Near end Crosstalk (NEXT)

El NEXT lo produce la señal inducida que vuelve y es

percibida en el lado del emisor

6

Far end crosstalk (FEXT)

El FEXT lo produce la señal inducida que es percibida

en el lado receptor. Es mas débil que el NEXT

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Componentes del Crosstalk:

FEXT y NEXT

• El NEXT es más fuerte que el FEXT

•

porque la intensidad de la señal inducida
en el extremo cercano es mayor.
Si se usa una frecuencia distinta en cada
sentido (ej.: ADSL) el NEXT no es
problema

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Soluciones al ruido

• Ruido térmico provocado por el movimiento aleatorio de los

electrones: No se puede hacer nada, salvo dar a las señales la amplitud
suficiente.

• El problema del NEXT se puede corregir con un seguimiento estricto
de los procedimientos de terminación estándar y cables de trenzado de
calidad.

• Problema de la corriente y de la tierra de referencia: Trabajar
conjuntamente con la compañía eléctrica. Cuadros de protección,
cables cortos de tomas de tierra que no se conviertan en antenas etc.

• EMI /RFI: Apantallamiento y cancelación ( trenzado de cables).

9

Cancelación

10

Atenuación

Cualquier señal al propagarse por un
medio de transmisión pierde potencia. La
señal se reduce con la distancia.

• Motivos:

-Resistencia del cablePérdida en calor de
la energía de la señal.
-Emisión electromagnética al ambiente

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Soluciones para la atenuación

Resistencia del cable:

Mayor sección del cable Menor resistencia
Menor pérdida en forma de calor

Emisión Electromagnética al ambiente:
Mayor frecuencia Mayor emisiónMayor
atenuación
Por tanto, Apantallamiento Menor atenuación

Atenuación aprox. proporcional a la raíz cuadrada de la

frecuencia de la señal transmitida

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Atenuación en función de la frecuencia

de algunos cables típicos

Cable de pares
trenzados galga
AWG 24 (∅ 0,95 cm)

Cable coaxial

grueso (∅ 0,95 cm)

30

10

3

1

1

0,3

)

/

m
K
B
d
(

n
ó
i
c
a
u
n
e
t
A

0,1
1 KHz

1 MHz

1 GHz
Frecuencia

Fibra
óptica

1 THz

1 PHz

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Atenuación (en dB/100m) de diversos

tipos de cable a varias frecuencias

MHz

UTP-3

UTP-5

STP

RG-58

10BASE5

(10BASE2)

1
4
5
10
16
25
100
300

2,6
5,6

13,1

2,0
4,1

6,5
8,2
10,4
22,0

1,1
2,2

4,4
6,2
12,3
21,4

3,2
4,6

1,2
1,7

14

Cable coaxial

• Es el que tiene menor atenuación y menor
interferencia. La impedancia puede ser de
50 o 75 Ω

• 50 Ω: usado en redes locales Ethernet:

10BASE2 (185 ms) y 10BASE5 (500 ms)
• 75 Ω: usado en conexiones WAN y redes

CATV (Community Antenna TeleVision) o
televisión por cable.

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CORTE DE UN CABLE

COAXIAL

• Velocidad y
rendimiento:
10-100 Mbps.

• Coste promedio

por nodo:
económico.

• Tamaño de los

medios y del
conector: Medio

• Longitud

máxima del
cable: 500 m (
mediana)

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Cable de pares trenzados

• La base del bucle de abonado del sistema telefónico.
También se utiliza en todos los sistemas de red local
modernos

• Los pares suelen ir trenzados para minimizar interferencias
• Inadecuado para largas distancias por la atenuación
• Según el apantallamiento puede ser:

– UTP (Unshielded Twisted Pair) o sin apantallar.
– STP (Shielded Twisted Pair) o apantallado mediante

malla de cobre.

– FTP o ScTP (Foil Twisted Pair o Screened Twisted

Pair)

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CORTE DE UN CABLE UTP
• Velocidad y

medios y del
conector:
Pequeño

• Longitud

rendimiento: 10-
100 Mbps.

• Coste promedio
por nodo: El más
económico.

• Tamaño de los

máxima del
cable: 100 m (
corta)

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CORTE DE UN CABLE ScTP

• Velocidad y

rendimiento: 10-100
Mbps.

• Coste promedio por
nodo:Moderadamente
caro

• Tamaño de los

medios y del
conector: Mediano a
grande.

• Longitud máxima
del cable: 100 m (
corta)

19

CORTE DE UN CABLE STP

• Velocidad y

rendimiento: 10-100
Mbps.

• Coste promedio por
nodo:Moderadamente
caro

• Tamaño de los

medios y del
conector: Mediano a
grande.

• Longitud máxima
del cable: 100 m (
corta)

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Categorías de cables de pares

trenzados
Frec. Máx.

Vueltas/m

Categoría

1

2

3

4

5

5e

6

7 (desarrollo)

Capac. Máx. datos

0

0

10-16

16-26

26-33

(MHz)
No espec.

1

16

20

100

100

250

600

(Mb/s)

No se utiliza

4 (2 pares)

100 (2 pares)

100 (2 pares)

1000 (4 pares)

1000 (4 pares)

¿4000?

¿10000?

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Aplicación de los tipos de cables más habituales

10 Gb/s

ATM 2,5.

G. Eth.

1 Gb/s

ATM 622.

ATM 155.

F. Eth.
FDDI

100 Mb/s

T. R. 16 Mb

Eth.

10 Mb/s

T. R. 4 Mb

1 Mb/s

Por definir

Requiere
tecnología
sofisticada
(dudoso)

Requiere
tecnología
sofisticada

Requiere
tecnología
sofisticada

Cat. 3

Cat. 5

Cat. 5E

Cat. 6

Fibra

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La relación señal/ruido

Señal recibida = señal atenuada del emisor
Ruido = NEXT (principalmente)

La interferencia externa
se considera despreciable

Transmisor

(Salida)

Ordenador

NEXT

Receptor
(Entrada)

Señal

Señal

Receptor
(Entrada)

Conmutador
o hub LAN
Transmisor

(Salida)

Transmisión de la señal en una conexión

LAN sobre cable de pares trenzados

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Efecto del NEXT

Se necesita mas señal (electrones azules y morados)

que NEXT (electrones grises)

Señal

(de remoto a local)

Transmisor

(Salida)

Ordenador

Receptor
(Entrada)

NEXT
(local)

NEXT
(remoto)

Señal

(de local a remoto)

Observar aquí y aquí

Receptor
(Entrada)

Conmutador
o hub LAN
Transmisor

(Salida)

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ACR

• La calidad de un cable para transmitir una señal viene dada

por la relación entre la diafonía y la atenuación, que se
denomina ACR (Attenuation Crosstalk Ratio)

• El ACR refleja el margen de seguridad con que funciona el

cable. También se denomina rango dinámico

• Usando logaritmos (dB) el ACR se puede calcular como:

ACR = NEXT – Atenuación

• La Atenuación y la diafonía se miden con un aparato. El ACR

se calcula.

• ACR = 0 dB significa que señal/diafonía=1)

25

Relación entre Atenuación, Diafonía. ACR

Ratio NEXT= Señal Referencia - Diafonía

Potencia de
señal (dB)

ACR=0 dB

ACR

(Attenuation/

Crosstalk Ratio)

0 dB

0 MHz

Ancho de banda

Atenuación

Frecuencia

(MHz)

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Evolución del cableado estructurado

TSB-568A
ISO 11801
EN50173

TSB-67

Certif.
100 MHz
Nivel 1

Certif.
100 MHz
Nivel 2

TSB-36
TSB-40 Conect.
Cat. 5

Cable
Cat. 5

Conect.
Cat. 4

Cable
Cat. 4

TIA 568

Certificadores

100 MHz

Rosetas
(millones)

70

60

50

40

30

20

10

0

1/1/91

1/1/92

1/1/93

1/1/94

1/1/95

1/1/96

1/1/97

27

Tiempo

Las dos formas estándar de cablear un conector RJ45

Par 2

Par 1

Par 3

Par 4

Par 2

Par 3

Par 1

Par 4

2

1
B/V V B/N A B/A N B/M M

5

7

8

6

3

4

2

1
6
B/N N B/V A B/A

4

5

3

7

8

MB/MV

T568A

Código de colores:

T568B

Par 1: A y B/A (Azul y Blanco/Azul)
Par 2: N y B/N (Naranja y Blanco/Naranja)
Par 3: V y B/V (Verde y Blanco/Verde)
Par 4: M y B/M (Marrón y Blanco/Marrón)

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Fibras ópticas

+ Mayor ancho de banda, mayor capacidad
+ Mucha menor atenuación, mayor alcance
+ Inmune a las interferencias radioeléctricas
+ Tasa de errores muy baja
- Costo más elevado
- Manipulación más compleja y delicada

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CORTE DE UN CABLE DE

FIBRA ÓPTICA

• Velocidad y

rendimiento: 100+
Mbps.

• Coste promedio por

nodo: El más caro

• Tamaño de los

medios y del
conector: Pequeño
• Longitud máxima

del cable:
-Monomodo: 3000 m
-Multimodo: 2000 m

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Fibras ópticas

• Transmisión simplex: la comunicación

bidireccional requiere dos fibras

• Dos tipos de diodos:

– LED (Light Emitting Diode) de luz normal (no

coherente): corto alcance y bajo costo

– Semiconductor Láser (luz coherente): largo alcance y

costo elevado

• Dos tipos de fibras:

– Multimodo (luz normal): 62,5/125 µm o 50/125 µm
– Monomodo (luz láser): 9/125 µm

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Tipos de fibras ópticas

Pulso

entrante

Los múltiples modos que se propagan
generan un ‘jitter’ que ensancha los pulsos
y limita la distancia o la frecuencia

Pulso
saliente

Multimodo

Cubierta
125 µm

Núcleo
62,5 µm

Monomodo

Cubierta
125 µm

Núcleo
9 µm

La dispersión se mide por el ancho de
banda, y se expresa en MHz*Km

Al propagarse solo un modo no se
produce ‘jitter’ y el pulso no se ensancha

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Dispersión en fibras ópticas

• En fibra multimodo con luz normal el haz produce un

ensanchamiento del pulso debido a los diferentes haces de
luz (‘modos’) que viajan por la fibra. La dispersión es
provocada por los pul