Los usos comunes de los medios de cobre, de fibra y de red inalámbrica.

Conectores comunes de medios de cobre

Los diferentes estándares de la capa física especifican el uso de distintos conectores. Estos estándares establecen las dimensiones mecánicas de los conectores y las propiedades eléctricas aceptables de cada tipo de implementación diferente en el cual se implementan. Si bien algunos conectores pueden parecer idénticos, éstos pueden conectarse de manera diferente según la especificación de la capa física para la cual fueron diseñados. El conector RJ‐45 definido por ISO 8877 se utiliza para diferentes especificaciones de la capa física en las que se incluye Ethernet. Otra especificación, EIA‐TIA 568, describe los códigos de color de los cables para colocar pines a las asignaciones (diagrama de pines) para el cable directo de Ethernet y para los cables de conexión cruzada.

Cada vez que se realiza la terminación de un cableado de cobre, existe la posibilidad de que se pierda la señal y de que se genere ruido en el circuito de comunicación. Las especificaciones de cableado de Ethernet en los lugares de trabajo establecen cuáles son los cables necesarios para conectar una computadora a un dispositivo intermediario de red activa.

Conectores comunes de fibra óptica

Los conectores de fibra óptica incluyen varios tipos. La figura muestra algunos de los tipos más comunes:

Punta Recta (ST) (comercializado por AT&T): un conector muy común estilo Bayonet, ampliamente utilizado con fibra multimodo.

Conector suscriptor (SC): conector que utiliza un mecanismo de doble efecto para asegurar la inserción positiva. Este tipo de conector se utiliza ampliamente con fibra monomodo.

Conector Lucent (LC): un conector pequeño que está adquiriendo popularidad en su uso con fibra monomodo; también admite la fibra multimodo.

Tres tipos comunes de errores de empalme y terminación de fibra óptica son:

• Desalineación: los medios de fibra óptica no se alinean con precisión al unirlos.

• Separación de los extremos: no hay contacto completo de los medios en el empalme o la conexión.

• Acabado final: los extremos de los medios no se encuentran bien pulidos o puede verse suciedad en la terminación.

Se puede realizar una prueba de campo al emitir una luz brillante en un extremo de la fibra mientras se observa el otro extremo. Si la luz es visible, entonces la fibra es capaz de transmitir luz. Si bien esta prueba no garantiza el funcionamiento de la fibra, es una forma rápida y económica de detectar una fibra deteriorada.

     Las características básicas de los medios de cobre, de fibra y de red inalámbrica.

La capa física se ocupa de la señalización y los medios de red. Esta capa produce la representación y agrupación de bits en voltajes, radiofrecuencia e impulsos de luz. Muchas organizaciones que establecen estándares han contribuido con la definición de las propiedades mecánicas, eléctricas y físicas de los medios disponibles para diferentes comunicaciones de datos. Estas especificaciones garantizan que los cables y conectores funcionen según lo previsto mediante diferentes implementaciones de la capa de Enlace de datos.

Por ejemplo, los estándares para los medios de cobre se definen según lo siguiente:

• Tipo de cableado de cobre utilizado.

• Ancho de banda de la comunicación.

• Tipo de conectores utilizados.

• Diagrama de pines y códigos de colores de las conexiones a los medios.

• Distancia máxima de los medios.

Medios de cobre

El medio más utilizado para las comunicaciones de datos es el cableado que utiliza alambres de cobre para señalizar bits de control y datos entre los dispositivos de red. El cableado utilizado para las comunicaciones de datos generalmente consiste en una secuencia de alambres individuales de cobre que forman circuitos que cumplen objetivos específicos de señalización.

Otros tipos de cableado de cobre, conocidos como cables coaxiales, tienen un conductor simple que circula por el centro del cable envuelto por el otro blindaje, pero está aislado de éste. El tipo de medio de cobre elegido se especifica mediante el estándar de la capa física necesario para enlazar las capas de Enlace de datos de dos o más dispositivos de red.

Los medios de red generalmente utilizan conectores y tomas. Estos elementos ofrecen conexión y desconexión sencillas. Además, puede utilizarse un único tipo de conector físico para diferentes tipos de conexiones. Por ejemplo, el conector RJ‐45 se utiliza ampliamente en las LAN con un tipo de medio y en algunas WAN con otro tipo. La figura muestra algunos conectores y medios de cobre de uso común.

Otros cables de cobre

Se utilizan otros dos tipos de cable de cobre:

1. Coaxial

2. Par trenzado blindado (STP)

Cable coaxial

El cable coaxial consiste en un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante flexible.

Usos del cable coaxial

El diseño del cable coaxial ha sido adaptado para diferentes necesidades. El coaxial es un tipo de cable importante que se utiliza en tecnologías de acceso inalámbrico o por cable. Estos cables se utilizan para colocar antenas en los dispositivos inalámbricos.

 

Medios de fibra

El cableado de fibra óptica utiliza fibras de plástico o de vidrio para guiar los impulsos de luz desde el origen hacia el destino. Los bits se codifican en la fibra como impulsos de luz. El cableado de fibra óptica puede generar velocidades muy superiores de ancho de banda para transmitir datos sin procesar. La mayoría de los estándares actuales de transmisión aún necesitan analizar el ancho de banda potencial de este medio.

Medios inalámbricos

Los medios inalámbricos transportan señales electromagnéticas mediante frecuencias de microondas y radiofrecuencias que representan los dígitos binarios de las comunicaciones de datos. Como medio de red, el sistema inalámbrico no se limita a conductores o canaletas, como en el caso de los medios de fibra o de cobre.

Los dispositivos y usuarios que no están autorizados a ingresar a la red pueden obtener acceso a la transmisión, ya que la cobertura de la comunicación inalámbrica no requiere el acceso a una conexión física de los medios. Por lo tanto, la seguridad de la red es el componente principal de la administración de redes inalámbricas.

Los estándares de IEEE y de la industria de las telecomunicaciones sobre las comunicaciones inalámbricas de datos abarcan la capas física y de Enlace de datos. Los cuatro estándares comunes de comunicación de datos que se aplican a los medios inalámbricos son:

• IEEE estándar 802.11: Comúnmente denominada Wi‐Fi, se trata de una tecnología LAN inalámbrica (Red de área local inalámbrica, WLAN) que utiliza una contención o sistema no determinista con un proceso de acceso a los medios de Acceso múltiple con detección de portadora/Prevención de colisiones (CSMA/CA).

• IEEE estándar 802.15: Red de área personal inalámbrica (WPAN) estándar, comúnmente denominada “Bluetooth”, utiliza un proceso de emparejamiento de dispositivos para comunicarse a través de una distancia de 1 a 100 metros.

• IEEE estándar 802.16: Comúnmente conocida como WiMAX (Interoperabilidad mundial para el acceso por microondas), utiliza una topología punto a multipunto para proporcionar un acceso de ancho de banda inalámbrico.

• Sistema global para comunicaciones móviles (GSM): Incluye las especificaciones de la capa física que habilitan la implementación del protocolo Servicio general de radio por paquetes (GPRS) de capa 2 para proporcionar la transferencia de datos a través de redes de telefonía celular móvil.

Los beneficios de las tecnologías inalámbricas de comunicación de datos son evidentes, especialmente en cuanto al ahorro en el cableado costoso de las instalaciones y en la conveniencia de la movilidad del host. Sin embargo, los administradores de red necesitan desarrollar y aplicar procesos y políticas de seguridad rigurosas para proteger las LAN inalámbricas del daño y el acceso no autorizado.

    La función de las señales que se utilizan para representar bits mientras se transporta una trama a través de los medios locales

Los bits de datos válidos deben agruparse en una trama. De lo contrario, los bits de datos se recibirán sin ningún contexto para darle significado a las capas superiores del modelo de red. La capa de Enlace de datos, la capa física o ambas pueden proporcionar este método de tramado. La figura describe algunos de los objetivos de la señalización de patrones. Los patrones de señales pueden indicar: el comienzo, el final o el contenido de una trama. Estos patrones de señales pueden codificarse en bits. Los bits se interpretan como códigos. Los códigos indican la ubicación donde comienzan y finalizan las tramas.

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Las técnicas de codificación utilizan patrones de bits denominados símbolos. Es posible que la capa física utilice un conjunto de símbolos codificados, denominado grupos de códigos, para representar la información de control o datos codificados. Un grupo de códigos es una secuencia consecutiva de bits de código que se interpretan y asignan como patrones de bits de datos. Por ejemplo, los bits de código 10101 pueden representar los bits de datos 0011.



 

   El propósito de la codificación y señalización de la capa física, según estos métodos se utilizan en las redes.

Eventualmente, todas las comunicaciones desde la red humana se convierten en dígitos binarios que se transportan individualmente a través de los medios físicos.

La transmisión de la trama a través de los medios se realiza mediante un stream de bits enviados uno por vez. La capa física representa cada uno de los bits de la trama como una señal. Cada señal ubicada en los medios cuenta con un plazo específico de tiempo para ocupar los medios. Esto se denomina tiempo de bit. Las señales se procesan mediante el dispositivo receptor y se vuelven a enviar para representarlas como bits.

En la capa física del nodo receptor, las señales se vuelven a convertir en bits. Luego se examinan los bits para los patrones de bits del comienzo y el final de la trama con el objetivo de determinar si se ha recibido una trama completa.

Métodos de señalización

Los bits se representan en el medio al cambiar una o más de las siguientes características de una señal:

• Amplitud

• Frecuencia

• Fase

El método de señalización utilizado debe ser compatible con un estándar para que el receptor pueda detectar las señales y decodificarlas. El estándar incluye un acuerdo entre el transmisor y el receptor sobre cómo representar los 1 y los 0. Si no existe un acuerdo de señalización, es decir, si se utilizan diferentes estándares en cada extremo de la transmisión, la comunicación a través del medio físico no se podrá llevar a cabo. Los métodos de señalización para representar bits en los medios pueden ser complejos. Observaremos dos de las técnicas más simples para ejemplificar el concepto.

 

Codificación Manchester

En lugar de representar bits como impulsos de valores simples de voltaje, en el esquema de codificación Manchester, los valores de bit se representan como transiciones de voltaje. Se debe realizar una transición de voltaje en el medio de cada tiempo de bit. Esta transición puede utilizarse para asegurar que los tiempos de bit en los nodos receptores se encuentren sincronizados con el nodo transmisor. La transición a la mitad del tiempo de bit será en dirección ascendente o descendente para cada unidad de tiempo en la cual se transmite un bit. Para los valores de bit consecutivos, una transición en el límite del bit “configura” la transición adecuada de tiempo medio de bit que representa el valor del bit.

Si bien no es lo suficientemente eficiente como para ser utilizada en velocidades de señalización superiores, la codificación Manchester constituye el método de señalización empleado por Ethernet 10BaseT (Ethernet se ejecuta a 10 megabits por segundo).

 

 



La función de los servicios y protocolos de capa física en la admisión de comunicaciones a través de las redes de datos

      La capa física de OSI proporciona los medios de transporte para los bits que conforman la trama de la capa de Enlace de datos a través de los medios de red. Esta capa acepta una trama completa desde la capa de Enlace de datos y lo codifica como una secuencia de señales que se transmiten en los medios locales. Un dispositivo final o un dispositivo intermedio reciben los bits codificados que componen una trama.

El envío de tramas a través de medios de transmisión requiere los siguientes elementos de la capa física:

• Medios físicos y conectores asociados.

• Una representación de los bits en los medios.

• Codificación de los datos y de la información de control.

• Sistema de circuitos del receptor y transmisor en los dispositivos de red.

La capa de transporte ha segmentado los datos del usuario, la capa de red los ha colocado en paquetes y luego la capa de enlace de datos los ha encapsulado como tramas. El objetivo de la capa física es crear la señal óptica, eléctrica o de microondas que representa a los bits en cada trama.

Capa física: Funcionamiento

Los medios no transportan la trama como una única entidad. Los medios transportan señales, una por vez, para representar los bits que conforman la trama.

Existen tres tipos básicos de medios de red en los cuales se representan los datos:

• Cable de cobre

• Fibra

• Inalámbrico

 

La presentación de los bits es decir, el tipo de señal‐ depende del tipo de medio. Para los medios de cable de cobre, las señales son patrones de pulsos eléctricos. Para los medios de fibra, las señales son patrones de luz. Para los medios inalámbricos, las señales son patrones de transmisiones de radio.

Las tres funciones esenciales de la capa física son:

• Los componentes físicos

• Codificación de datos

• Señalización

Los elementos físicos son los dispositivos electrónicos de hardware, medios y conectores que transmiten y transportan las señales para representar los bits.

La codificación es un método utilizado para convertir un stream de bits de datos en un código predefinido. Los códigos son grupos de bits utilizados para ofrecer un patrón predecible que pueda reconocer tanto el emisor como el receptor.

Además de crear códigos para los datos, los métodos de codificación en la capa física también pueden proporcionar códigos para control, como la identificación del comienzo y el final de una trama.

La capa física debe generar las señales inalámbricas, ópticas o eléctricas que representan el “1” y el “0” en los medios. El método de representación de bits se denomina método de señalización. Los estándares de capa física deben definir qué tipo de señal representa un “1” y un “0”. Esto puede ser tan sencillo como un cambio en el nivel de una señal eléctrica, un impulso óptico o un método de señalización más complejo.

En las siguientes secciones, se examinarán diferentes métodos de señalización y codificación.