Redes de área local: Nivel físico 2. Nivel Físico · Cable coaxial de banda base, 50 Ω. Banda...

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Autor: Oscar Ortiz. 2 - 13

Redes de área local: Nivel físico

2. Nivel Físico

2.1. Topologías.2.2. Medios de transmisión.2.3. Técnicas de transmisión.2.4. Técnicas de codificación digital.



2.1. TopologíasBus

Estación Estación

EstaciónEstación

Terminador

Terminador

B U S

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2.1. TopologíasBus

Todas las estaciones están conectadas a un único canal de comunicación denominado bus (conexión multipunto), terminado en ambos extremos por su impedancia característica.Cualquier estación puede transmitir información al bus, siendo necesario un algoritmo de acceso al bus que evite el que dos o más estaciones transmitan simultáneamente ya que en ese caso se produciría una “colisión” de la información transmitida.La información transmitida por el bus se difunde por él en ambasdirecciones, llegando a todas las estaciones de la red.En caso de fallo de una estación, quedaría aislada del resto de la red sin afectar al funcionamiento del bus.



2.1. TopologíasArbol

Estación Estación

Estación Estación

Estación Estación

Terminador

Terminador

Terminador

Terminadorde

Cabecera

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2.1. TopologíasArbol

Es una generalización de la topología bus.

Todas las ramas del árbol comienzan en un punto llamado terminador de cabecera (Headend).

De cada una de las ramas principales pueden derivar otras ramas.



2.1. TopologíasAnillo

Estación

EstaciónEstación

Estación

A N I L L O

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2.1. TopologíasAnillo

Las estaciones están colocadas formando un bucle cerrado.Cada estación actúa de repetidora, recibiendo los datos de la estación precedente y reenviándolos a la siguiente estación.La información circula en una única dirección (comunicación unidireccional).Es necesario un algoritmo que permita a las estaciones la inserción de información en la red.Una de las estaciones realiza el control de la red (monitor).Resulta vulnerable frente a cualquier fallo de los repetidores. Este problema puede solucionarse por medio de un doble anillo.



2.1. TopologíasEstrella

Estación Estación

Estación

Estación

Estación

Estación

Nodo

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2.1. TopologíasEstrella

Cada estación está conectada a un nodo central de conmutación por medio de una conexión punto a punto.La técnica de conmutación utilizada es la conmutación de circuitos.El control de la red lo lleva a cabo el nodo central.En caso de fallo de una estación o del medio de transmisión que la une al nodo central, la estación queda aislada del resto de la red.El volumen de tráfico máximo que puede cursar la red está limitado por la congestión del nodo central.



2.2. Medios de Transmisión

Las características principales de los medios de transmisión utilizados en redes de área local son:

Características de transmisión.Fiabilidad.Inmunidad a las interferencias.Seguridad.Complejidad de la instalaciónCoste total (material y mano de obra)

Los medios de transmisión típicos en redes de área local son:Cable de paresCable coaxialCable de fibra óptica

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2.2. Medios de TransmisiónCable de pares

Un par está formado por dos hilos de cobre, aislados entre si y rodeados de una cubierta protectora. Los dos hilos que forman el par están dispuestos en espiral, es decir, están trenzados el uno con el otro, denominándose al conjunto par trenzado (Twisted pair).Se utilizan dos tipos de par trenzado:

Par trenzado sin apantallar

Par trenzado apantallado

Este tipo de par añade una pantalla (trenza metálica) que proporciona mejor protección contra interferencias electromagnéticas que el UTP, pero es más caro y ocupa más espacio.




Cable de pares UTP (Unshielded Twisted Pair)

Un cable UTP está formado por cuatro pares de hilos de 100 Ω.

Las categorías de cable de pares UTP están definidas en la norma EIA/TIA 568.

EIA ≡ Electronics Industry AssociationTIA ≡ Telecommunications Industry Association


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2.2. Medios de TransmisiónCable de pares UTP

La normativa americana sobre cables es la AWG (AmericanWire Gauge), de forma que al aumentar el número identificativodisminuye el diámetro del conductor:


10 0.102 2.590

12 0.081 2.050

14 0.064 1.630

16 0.051 1.290

18 0.040 1.020

20 0.0320.812

22 0.025 0.643

24 0.020 0.511

26 0.016 0.409

28 0.0130.330

30 0.010 0.254

AWGDiametropulgadas

Diametromm



Cable de pares FTP (Foiled Twisted Pair)

Un cable FTP, también llamado ScTP, está formado por cuatro pares de hilos con un recubrimiento metálico que protege al conjunto de pares frente a interferencias electromagnéticas.


Malla metálica

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Cable de pares STP (Shielded Twisted Pair)

Un cable STP está formado por cuatro pares de hilos con un recubrimiento metálico que protege al conjunto de pares frente ainterferencias electromagnéticas.

Además cada par va envuelto en una malla metálica.Es el más robusto frente a interferencias.


Malla metálica


2.2. Medios de TransmisiónCategorías de cables de pares


10BaseT, 100BaseTX, 1000BaseT100 MHz

Cable sólido de pares trenzados 22 ó 24 AWG5

10BaseT, Token Ring16 Mbits/seg20 MHzCable sólido de pares

trenzados 22 ó 24 AWG4

10BaseT, Token Ring 4 Mbits/seg16 MHzCable sólido de pares

trenzados 24 AWG3

Datos hasta 4 Mbits/seg1 MHzCable sólido de pares trenzados 22 ó 24 AWG2

Telefonía20 KHzPares no trenzados 22 ó 24 AWG1

AplicaciónFrecuencia máximaCaracterísticasCategoría

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2.2. Medios de TransmisiónCategorías de cables de pares de alto rendimiento


STP600 MHzCable sólido de pares

trenzados apantallados.23 AWG

7

FTP300 MHzCable sólido de pares

trenzados.24 AWG

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UTP100 MHzCategoría 5 mejorada.

26 AWG5E

Tipo de cableFrecuencia máximaCaracterísticasCategoría


2.2. Medios de TransmisiónAtenuación de cables de pares

Atenuación máxima en dBs por 100 metros


12,322,0-100

4,48,213,116

6,210,4-25

21,4--300

2,24,15,64

1,12,02,61

STP(150Ω)

Categoría 5Categoría 3Frecuencia (MHz)

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2.2. Medios de TransmisiónCable de pares: Tipos según IBM

Tipo 1

Tipo 2

Tipo 3

Tipo 6



2.2. Medios de TransmisiónCable coaxial

Está formado por un conductor cilíndrico central de cobre y una malla metálica concéntrica, separados entre sí por un aislante yrodeados por una cubierta protectora.

Se utilizan dos tipos de cable coaxial:Cable coaxial de banda base, 50 Ω. Banda de paso típica de 100 MHz.

Grueso (RG-11) de 5 a 10 mm. de diámetro y de color amarillo.Fino (RG-58) de 5 mm. de diámetro y de color negro.

Cable coaxial de banda ancha, 75 Ω (RG-59). Banda de paso típica de 400 MHz. Se utiliza en televisión por cable (CATV).


Malla metálica

Conductor central

CubiertaAislante

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2.2. Medios de TransmisiónFibra óptica

Una fibra óptica es una guía cilíndrica de sílice (núcleo), recubierta de otra capa concéntrica también de sílice (revestimiento) y rodeados por una cubierta protectora.


Revestimiento

Núcleo

Cubierta



El índice de refracción del núcleo (n1) es mayor que el del revestimiento (n2). Es decir, se debe cumplir la condición n1> n2 para que la fibra óptica se comporte como una guía de onda y la señal luminosa se propague por el núcleo.


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Si n1 es constante en todo el diámetro del núcleo la fibra se denomina “fibra de salto de índice”, en caso contrario se trataría de una “fibra de índice gradual”.

Se utilizan dos tipos de fibra óptica:multimodo (65/125 µm.)monomodo (8/125 µm.)





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Además se pueden utilizar distintas zonas del espectro óptico, donde se producen mínimos de atenuación:

primera ventana (850 nm)segunda ventana (1300 nm)tercera ventana (1550 nm)



2.2. Medios de TransmisiónComparación


MonomodoMultimodoBanda Ancha

Banda BaseSTPUTP

Fibra ópticaCoaxialPar trenzadoParámetro

muy buenabuenamedia a buenabaja a mediaSeguridad de

transmisión

perfectabuenamediabaja a media

Inmunidad a interferencias

muy buenabuenamediabaja a media

Fiabilidad de transmisión

muy alto xGb/s

muy alto x100 Mb/salto 100-400 Mb/s

bajo a medio100 Kb/s –100 Mb/s

Ancho de banda

Características Técnicas

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2.2. Medios de TransmisiónComparación


MonomodoMultimodoBanda Ancha

Banda BaseSTPUTP

Fibra ópticaCoaxialPar trenzadoParámetro

muy altomedio

altoalto

complejacompleja

x Km200 m

medio a altomuy altomedio a alto

bajo a medio

Coste global de la instalación

bajo a mediomedio a altomediobajoCoste del medio

mediasencilla a mediamediasencillaComplejidad de

instalación

x Km180 -500 m100 mLargo

característico

Instalación


2.3. Técnicas de transmisiónBanda base (baseband)

La señal una vez codificada, se introduce directamente en el medio de transmisión.Utiliza todo el ancho de banda del medio, de forma que en un instante determinado de tiempo sólo se transmite una señal.Es adecuada para la transmisión a distancias cortas.Los dispositivos de interfaz y los repetidores son muy económicos.No es adecuada para ambientes con altos niveles de ruido o interferencias electromagnéticas.


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2.3. Técnicas de transmisiónBanda ancha (broadband)

La señal se modula sobre una portadora analógica, pudiendo transmitir simultáneamente varias portadoras (multiplexación por división en frecuencia).La transmisión de señales es unidireccional, por lo que se necesita disponer de un canal para la transmisión y otro para larecepción.Es adecuada para la interconexión de equipos con un alto grado de utilización.Los dispositivos de interfaz son caros.Se utilizan dos configuraciones:

Un cable (split cable)Dos cables (dual cable)



2.3. Técnicas de transmisiónBanda ancha. Configuración Split-Cable

El ancho de banda se divide en dos bandas:banda inferior, para la información enviada desde las estaciones a la cabecera de la red.banda superior, para la información enviada desde la cabecera de la red a las estaciones

La cabecera de la red efectúa una conversión(elevación) de frecuencia.


MAU Nº 1

MAU Nº 2

FRECUENCY

TRANSLATORHEAD END

f1

f1

f2

f2

f1Low Frequency Signal

High Frequency Signalf2

TAP

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2.3. Técnicas de transmisiónBanda ancha. Configuración Dual-Cable

Las frecuencias portadoras de transmisión y recepción son idénticas (ambas f1) y cada estación tiene dos conexiones con el medio (una con el cable de transmisión y otra con el cable de recepción).


MAU Nº 1

MAU Nº 2

HEAD END

f1

TAP

INBOUND OUTBOUND

f1


2.4. Técnicas de Codificación Digital

Las técnicas de codificación digital más comunes usadas en redes de área local son:

Manchester.Manchester diferencial.NRZI4B/5B8B/10BMLT-38B6T4D-PAM5


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2.4. Técnicas de Codificación DigitalManchester

El valor “1” viene representado por:un nivel alto de tensión entre 0 y T/2.un nivel bajo de tensión entre T/2 y T.

El valor “0” viene representado por:un nivel bajo de tensión entre 0 y T/2.un nivel alto de tensión entre T/2 y T.

El estado de reposo, se representa por un nivel alto de tensión, de forma continua.Como consecuencia de lo anterior, en la transmisión/recepción de los datos (0,1), siempre existe una transición en la mitad del periodo, facilitando la extracción de la temporización de la señal recibida.


v

-v

1 1 1 0 0 0 1 0 01

t


2.4. Técnicas de Codificación DigitalManchester Diferencial

Valores “1” y “0”Para los valores “1” y “0” siempre existe una transición de nivel en t=T/2, facilitando la extracción de la temporización de la señal recibida.El valor “0” además tiene otra transición de nivel en t=0.El valor “1” no tiene transición de nivel en t=0.

Símbolos “J” y “K”Para los símbolos “J” y “K” no existe una transición de nivel en t=T/2.El símbolo “K” tiene transición de nivel en t=0.El símbolo “J” no tiene transición de nivel en t=0.Los símbolos “J” y “K”, dado que son opuestos, se transmiten en parejas para evitar la componente continua.


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2.4. Técnicas de Codificación DigitalManchester Diferencial


1 1 10 0 J K


2.4. Técnicas de Codificación DigitalNRZI (Non Return to Zero Invertive)


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2.4. Técnicas de Codificación Digital4B/5B

Mapea los 16 posibles valores de 4 dígitos binarios (4B) en un subconjunto de 16 códigos de 5 dígitos binarios (5B) (dentro del total de 32).

Luego, cada conjunto de 4 bits se codifica con 5 bits, aumentando así la velocidad de línea en 5/4 (de 100 Mbps pasa a 125 Mbps).

Los otros 16 códigos 5B se utilizan para funciones de control. Por ejemplo, el código 5B “IDLE” para enviar continuamente señal durante el tiempo entre tramas.



2.4. Técnicas de Codificación Digital8B/10B

Fue desarrollado y patentado por IBM.

8 bits de datos se convierten en 10 bits en transmisión.

Este código, junto con el 4B/5B, es un ejemplo del código general mB/nB.


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2.4. Técnicas de Codificación DigitalMTL-3

El código MLT-3 (MultiLevel Threshold-3) alterna de forma cíclica 3 niveles de tensión.

Cada bit se codifica con una presencia o ausencia de transición:el valor “uno” lógico (1) cambia el nivel de tensión del bit anterior al nivel de tensión siguiente.el valor “cero” lógico (0) mantiene el nivel de tensión del bit anterior.


+V

0

-V

0


2.4. Técnicas de Codificación DigitalMTL-3


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2.4. Técnicas de Codificación Digital8B6T

Es un código ternario. (+V / 0 / -V).Los datos a transmitir se agrupan en bloques de 8 bits.Cada bloque de 8 bits se mapea sobre un grupo de 6 símbolos ternarios.Cada grupo se transmite en round-robin sobre 3 canales distintos.


Codificador

8B6TSplitterBloques

de 8 bits8B (100Mbps) 6T (25Mbaudios)

6T (25Mbaudios)6T (25Mbaudios)

+ - 0 + - 002

0 + - + - 001

+ - 0 0 + -00

Grupo 6TBloque de 8 bits

0 + - - 0 +05

- 0 + 0 + -04

- 0 + + - 003


- + 0 0 + -08

- 0 + - 0 +07

+ - 0 – 0 +06



2.4. Técnicas de Codificación Digital4D-PAM5

Modulación de pulsos en amplitud de 5 niveles.

Cada símbolo se transmite como un nivel de 5 posibles (+2, +1, 0, -1, -2).

Este código se usa en redes Gigabit Ethernet que usan como medio de transmisión 4 pares UTP Categoría 5 (especificación 1000BaseT).

El byte a transmitir se divide en cuatro grupos de 2 bits, transmitiéndose cada grupo por un par.


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2.4. Técnicas de Codificación Digital4D-PAM5

El esquema de transmisión sería el siguiente:


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