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

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

2. 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

3. Velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas • 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.

4. Problemas con las señales y las comunicaciones • Reflexión de red • Problemas de cronometraje: dispersión, latencia, desfase. • Ruido • Atenuación de la red

5. Cuando los pulsos de voltaje, o bits, son discontinuos, se puede reflejar algo de energía. Dicha energía puede interferir con los bits posteriores. En las señales ópticas se producen por discontinuidades en la fibra de vidrio. SOLUCIÓN: Misma impedancia entre los dispositivos y el medio. Reflexión de red

6. Dispersión, desfase y latencia • La dispersiónse produce cuando la señal es más amplia que el tiempo. Alarga la señal digital hasta el punto de que los dispositivos no pueden distinguir donde termina un bit y empieza el siguiente. • Desfase es producido por diferentes sincronismos de los equipos origen y destino.Los bits pueden llegar antes o después de lo esperado. • Latencia o retraso es provocada por la propia naturaleza del medio y por dispositivos de red.

7. Ruido • No existe una señal eléctrica que no tenga ruido. Es aditivo a la señal. • Conveniente: ratio Señal/Ruido elevado. • Demasiado ruido puede corromper un bit y transformar unos en ceros y a la inversa.

9. Específicos • Fibra óptica es inmune a FEXT/NEXT y al ruido de tierra de referencia y de corriente. • Sistemas inalámbricos son propensos a las interferencias EMI/RFI.

10. 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).

11. Cancelación

12. Problemas de la transmisión de señales en los cables metálicos. Transmitir un caudal elevado  Ancho de Banda grande  Frecuencias elevadas  • Desfase • Interferencia electromagnética • Atenuación

13. Problemas de la transmisión de señales en cables metálicos (2) • 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

14. Diafonía o Crosstalk La señal eléctrica transmitida por un parinduce corrientes en pares vecinos La señal inducida en cables vecinos se propaga en ambas direcciones

15. Near end Crosstalk (NEXT) El NEXT lo produce la señal inducida que vuelve y es percibida en el lado del emisor

16. Far end crosstalk (FEXT) El FEXT lo produce la señal inducida que es percibida en el lado receptor. Es mas débil que el NEXT

17. 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

18. Atenuación Cualquier señal al propagarse por un medio de transmisión pierde potencia. La señal se reduce con la distancia. • Motivos: -Resistencia del cablePérdida en calor de la energía de la señal. -Emisión electromagnética al ambiente

19. 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 emisiónMayor atenuación Por tanto, Apantallamiento Menor atenuación Atenuación aprox. proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia de la señal transmitida

20. Atenuación. Ejemplo. • A 10 MHz la potencia de la señal en un cable RG-58 (coaxial fino) se reduce a: • la mitad en 75m • la cuarta parte en 150m • la octava parte en 225m • Decimos que la atenuación del cable RG-58 a 10 MHz es de 4 dB/100m

21. Atenuación en función de la frecuencia de algunos cables típicos 30 Cable de pares trenzados galga AWG 24 ( 0,95 cm) 10 Cable coaxial grueso ( 0,95 cm) 3 Atenuación (dB/Km) 1 1 Fibra óptica 0,3 0,1 1 THz 1 GHz 1 PHz 1 MHz 1 KHz Frecuencia

22. Atenuación en función de la frecuencia de un bucle de abonado típico Frecuencia (KHz) 200 500 600 900 100 300 700 800 1000 400 0 0 -20 -40 Atenuación (dB) 3,7 Km -60 5,5 Km -80 -100 -120

23. Atenuación (en dB/100m) de diversos tipos de cable a varias frecuencias

24. Cable coaxial • Es el que tiene menor atenuación y menor interferencia. La impedancia puede ser de 50 o 75  • 50 : usado en redes locales Ethernet: 10BASE2 (185 ms) y 10BASE5 (500 ms) • 75 : usado en conexiones WAN y redes CATV (Community Antenna TeleVision) o televisión por cable.

25. 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) CORTE DE UN CABLE COAXIAL

26. 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)

27. CORTE DE UN CABLE UTP • Velocidad y rendimiento: 10-100 Mbps. • Coste promedio por nodo: El más económico. • Tamaño de los medios y del conector: Pequeño • Longitud máxima del cable: 100 m ( corta)

28. 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)

29. 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)

30. Categorías de cables de pares trenzados

31. Aplicación de los tipos de cables más habituales 10 Gb/s ATM 2,5. Por definir G. Eth. 1 Gb/s Requiere tecnología sofisticada Requiere tecnología sofisticada (dudoso) ATM 622. ATM 155. F. Eth. FDDI 100 Mb/s Requiere tecnología sofisticada T. R. 16 Mb 10 Mb/s Eth. T. R. 4 Mb 1 Mb/s Cat. 5E Cat. 6 Cat. 5 Cat. 3 Fibra

32. Cable propuesto para categoría 7 (STP: Shielded Twisted Pair)

33. Relación entreAtenuación y NEXT • La atenuación se puede compensar con un emisor más potente o un receptor más sensible. • Pero la diafonía (especialmente el NEXT) impone una limitación en el uso de estas técnicas • A medida que aumenta la frecuencia la atenuación y la diafonía aumentan. • Para un cable dado existe una frecuencia a la cual la intensidad de la diafonía es comparable a la de la propia señal; esa es la frecuencia máxima aprovechable de un cable y fija su ancho de banda

34. La relación señal/ruido Señal recibida = señal atenuada del emisor Ruido = NEXT (principalmente) La interferencia externa se considera despreciable Señal Receptor (Entrada) Transmisor (Salida) Conmutador o hub LAN Ordenador NEXT Señal Receptor (Entrada) Transmisor (Salida) Transmisión de la señal en una conexión LAN sobre cable de pares trenzados

35. NEXT (local) NEXT (remoto) Observar aquí y aquí Efecto del NEXT Se necesita mas señal (electrones azules y morados) que NEXT (electrones grises) Señal (de remoto a local) Transmisor (Salida) Receptor (Entrada) Ordenador Conmutador o hub LAN Receptor (Entrada) Transmisor (Salida) Señal (de local a remoto)

36. 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)

37. Relación entre Atenuación, Diafonía. ACR Ratio NEXT= Señal Referencia - Diafonía Potencia de señal (dB) ACR=0 dB ACR (Attenuation/ Crosstalk Ratio) Atenuación 0 dB Frecuencia (MHz) 0 MHz Ancho de banda

38. Valores de NEXT (Near end crosstalk) , Atenuación y ACR para el cable UTP Nokia UC300 Diámetro: AWG 24 ( 0,51 mm)

39. Atenuación y NEXT en función de la frecuencia para cables categoría 5 y 6 0 10 20 Aten. Cat. 5 Aten. Cat. 6 30 dB NEXT Cat. 5 NEXT Cat. 6 40 50 60 70 150 50 100 200 0 Frecuencia (MHz)

40. Cableado estructurado • 1/1/1984: AT&T pierde en juicio el monopolio de las telecomunicaciones en USA. Repentinamente las empresas son dueñas de su red de telefonía interior • 1985: aparecen los primeros sistemas de cableado integrado. Las LANs pasan de usar cable coaxial al cable de pares • 1991: aparecen los estándares de cableado estructurado EIA/TIA 568 e ISO/IEC 11801. Ambos estándares son muy similares, aunque difieren en algunos detalles, especialmente en nomenclatura.

41. Evolución del cableado estructurado Rosetas (millones) TSB-568A ISO 11801 EN50173 70 60 TSB-36 TSB-40 Conect. Cat. 5 TSB-67 50 Cable Cat. 5 Certif. 100 MHz Nivel 1 40 Certif. 100 MHz Nivel 2 Conect. Cat. 4 Certificadores 100 MHz 30 Cable Cat. 4 20 10 TIA 568 0 1/1/94 1/1/96 1/1/95 1/1/97 1/1/91 1/1/93 1/1/92 Tiempo

42. Valores límite de Atenuación, NEXT y ACR para instalaciones categoría 5 según EIA/TIA 568

43. 1 1 4 4 7 7 2 2 5 5 3 3 8 8 6 6 Las dos formas estándar de cablear un conector RJ45 Par 2 Par 3 Par 3 Par 2 Par 1 Par 4 Par 1 Par 4 M B/N N B/M B/V B/A V V A B/V M B/A N B/M B/N A T568B T568A Código de colores: 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)

44. 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

46. 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

47. 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 m o 50/125 m • Monomodo (luz láser): 9/125 m

48. Tipos de fibras ópticas Multimodo Cubierta 125 m Núcleo 62,5 m Los múltiples modos que se propagan generan un ‘jitter’ que ensancha los pulsos y limita la distancia o la frecuencia Pulso saliente Pulso entrante Monomodo Cubierta 125 m Núcleo 9 m Al propagarse solo un modo no se produce ‘jitter’ y el pulso no se ensancha La dispersión se mide por el ancho de banda, y se expresa en MHz*Km

49. 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 pulsos de luz que llegan al extremo del cable en momentos distintos. • Este efecto es proporcional a la velocidad (anchura del pulso) y a la distancia. Se mide por el parámetro ancho de banda que se expresa en MHz*Km • Solo es importante en conexiones de alta velocidad (ATM a 622 Mb/s o Gigabit Ethernet)

50. Cálculo del alcance por dispersión • Enlace ATM a 622 Mb/s sobre fibra Multimodo : Dispersión Máxima tolerable es de 500 MHz * Km • Se considera que 622 Mb/s = 622 MHz 500 MHz *Km / 622 MHz = 0,8 Km