CAPA FÍSICA DE RED

 PRESENTACIÓN

El uso de las redes de datos es cada día mas importante en nuestra sociedad moderna, por ello se hace indispensable contar con acceso a ellas en nuestro entorno personal o laboral, ya sea a través de nuestros propios dispositivos o utilizando recursos proporcionados por las organizaciones. El conectarse a una red puede darse de manera informal o siguiendo esquemas que responden a ciretrios de seguridad informática, por lo tanto, debemos saber cuales son los diferentes medios utilizados por las redes actuales, para así mismo proporcionar soluciones adecuadas a las empresas o al mercado laboral de nuestro país.

En esta actividad se estudiará la capa física del modelo OSI o modelo TC/IP, las cuales se encuentran en la parte inferior de la pila, al igual que los medios físicos de conexión. Es importante tener en cuenta que sin la capa física, no existirá una red.

ACCESO A LA RED

Los medios de transmisión se pueden clasificar como guiados y no guiados. Los medios guiados proporcionan un camino físico a través del cual se propaga la señal; entre éstos están el par trenzado, el cable coaxial y la fibra óptica. Los medios no guiados utilizan una antena para transmitir a través del aire, el vacío o el agua.

Tradicionalmente, el par trenzado ha sido el medio por excelencia utilizado en las comunicaciones de cualquier tipo. Con el cable coaxial se pueden obtener mayores velocidades de transmisión para mayores distancias. Por esta razón, el coaxial se ha utilizado en redes de área local de alta velocidad y en aplicaciones de enlaces troncales de alta capacidad. No obstante, la capacidad tremenda de la fibra óptica la hace más atractiva que el coaxial y, en consecuencia, la fibra ha copado la mayor parte del mercado de las LAN de alta velocidad y las aplicaciones a larga distancia.

La emisión por radio, las microondas terrestres y los satélites son las técnicas que se utilizan en la transmisión no guiada. La transmisión por infrarrojos se utiliza en algunas aplicaciones LAN.

PROPÓSITO DE LA CAPA FÍSICA

La capa física se encarga de definir todos los aspectos relacionados con los elementos físicos de conexión de los dispositivos a la red, así como de establecer los procedimientos para transmitir la información sobre la serial física empleada. Existen tres formatos básicos de medios de red:

 

Para habilitar la interoperabilidad de la capa física, los organismos de estandarización rigen todos los aspectos de estas funciones

COMPONENTES FÍSICOS. Los estándares de la capa física abarcan tres áreas funcionales:

  1. Componentes físicos: Los componentes físicos son los dispositivos de hardware electrónico, medios y otros conectores que transmiten las señales que representan los bits. Todos los componentes de hardware, como NIC, interfaces y conectores, materiales y diseño de los cables, se especifican en los estándares asociados con la capa física. Los diversos puertos e interfaces de un router también son ejemplos de componentes físicos con conectores y diagramas de pines específicos derivados de los estándares.
  2. Codificación: Es un método que se utiliza para convertir una transmisión 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. Es el método o patrón utilizado para representar la información digital. Similar a la forma en que el código Morse codifica un mensaje con una serie de puntos y guiones.
  3. Señalización

La capa física debe generar las señales inalámbricas, ópticas o eléctricas que representan los bits en los medios. La forma en que se representan se denomina método de señalización. Los estándares de la capa física deben definir qué tipo de señal representa un “1” y qué tipo de señal representa un “0”. Esto puede ser tan simple como un cambio en el nivel de una señal eléctrica o de un pulso óptico. Por ejemplo, un pulso largo podría representar un 1 mientras que un pulso corto podría representar un 0.

Las figuras muestran diferentes tipos de señalización.

ANCHO DE BANDA

Los diferentes medios físicos admiten la transferencia de bits a distintas velocidades. La transferencia de datos generalmente se discute en términos de ancho de banda, el cual se dfine como la capacidad a la que un medio puede transportar datos; este mide la cantidad de datos que pueden fluir desde un lugar hacia otro en un período de tiempo determinado.

z En ocasiones, el ancho de banda se piensa como la velocidad a la que viajan los bits, sin embargo, esto no es adecuado. Por ejemplo, tanto en Ethernet a 10 Mbps como a 100 Mbps, los bits se envían a la velocidad de la electricidad. La diferencia es el número de bits que se transmiten por segundo.

Una combinación de factores determina el ancho de banda práctico de una red:

  • Las propiedades de los medios físicos
  • Las tecnologías seleccionadas para la señalización y la detección de señales de red
  • Las propiedades de los medios físicos, las tecnologías actuales y las leyes de la física desempeñan una función al momento de determinar el ancho de banda disponible.

En la tabla, se muestran las unidades de medida comúnmente utilizadas para el ancho de banda.

Unidad de ancho de banda Abreviatura Equivalencia
Bits por segundo bps 1 bps = Unidad fundamental de ancho de banda
Kilobits por segundo Kbps 1 Kbps = 1,000 bps = 103 bps
Megabits por segundo Mbps 1 Mbps = 1,000,000 bps = 106 bps
Gigabits por segundo Gbps 1 Gbps = 1,000,000,000 bps = 109 bps
Terabits por segundo Tbps 1 Tbps = 1,000,000,000,000 bps = 1012 bps

 

Los términos utilizados para medir la calidad del ancho de banda incluyen:

  • Latencia: cantidad de tiempo que les toma a los datos transferirse desde un punto determinado hasta otro, incluidas las demoras.
  • Rendimiento: medida de transferencia de bits a través de los medios durante un período de tiempo determinado.
  • Capacidad de transferencia útil: medida de datos utilizables transferidos durante un período determinado. La capacidad de transferencia útil es el rendimiento menos la sobrecarga de tráfico para establecer sesiones, acuses de recibo, encapsulación y bits retransmitidos. La capacidad de transferencia útil siempre es menor que el rendimiento, que generalmente es menor que el ancho de banda.

MODULACION DE SEÑALES DIGITALES

 

Modificación de algunos parámetros que definen una onda portadora (amplitud, frecuencia, fase), por una señal moduladora que se quiere transmitir.

 

Existen básicamente dos tipos de modulación:

  • la modulación ANALÓGICA, que se realiza a partir de señales analógicas de información y
  • la modulación DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de señales generadas por fuentes digitales.

 

Fuente: https://www.monografias.com/trabajos52/modulacion-angular-y-am/Image4664.gif

 

 

 

MODULACION DIGITAL

 

Una señal modulada es la que , viajando a través de una línea de transmisión transporta de forma analógica la información que originalmente se encuentra en forma digital.

 

 

 

 

 

 

Es importante abreviar bits por segundo como «bps» (con una «b» minúscula) que significa los bits y no los bytes.

 

  • Como un byte es igual a 8 bits, entonces 100 Bps es igual a 800 bps.

 

  • Las variaciones de Bps, como megabytes por segundo o gigabytes por segundo, generalmente se abrevian con una barra oblicua, como MB/s o GB/s.

 

  • Estas mediciones se usan comúnmente para definir velocidades de transferencia de componentes internos, como HDD y a la SSD.

 

TIPOS BÁSICOS DE MODULACIÓN DIGITAL

 

 

 

 

 

 

MODOS DE TRANSMISION

 

SIMPLEX HALF DUPLEX FULL DUPLEX
En este modo solo es posible la transmisión en un sentido, del terminal que origina la información hacia el que la recibe y procesa.
Ejemplo las emisoras de radiodifusión.		 Permite la transmisión en ambos sentidos de manera alterna.

Ejemplo de este tipo son las transmisiones efectuadas por radioaficionados.

 Consiste en la transmisión en ambos sentidos de manera simultánea. Esta forma de trabajo es la más eficiente.

Ejemplo las comunicaciones telefónicas.

 

TALLER  No.1

  • Utilizando herramientas TIC elabore las siguientes actividades

 

  1. Elaborar un mapa mental u organizador gráfico donde se resuman las fuciones y características de la capa física en la red.
  2. Ingrese al sitio web https://fast.com/es/ y realice una medición de su conexión a internet. Tome los datos de la velocidad de su canal, el tiempo de latencia de subida y de descarga y la velocidad de carga en Mbps.

 

  1. Haga una búsqueda en internet y establezca la diferencia entre megabits (Mbps) y megabytes (Mb).

 

 

  1. Consulte los términos desconocidos y agréguelos al glosario

 

  1. Convierta su nombre en código binario y representelo en modulación digital ASK, FSK y PSK

 

 CABLEADO DE COBRE

El cableado de cobre es el tipo más común cableado utilizado en las redes. Hay tres tipos diferentes de cableado de cobre que se utilizan cada uno en situaciones específicas. En las redes se utilizan medios de cobre porque son económicos y fáciles de instalar, y tienen baja resistencia a la corriente eléctrica. Sin embargo, estos medios están limitados por la distancia y la interferencia de señal. Los datos se transmiten en los cables como impulsos eléctricos; entre más lejos viaja una señal, más se deteriora, esto se conoce como atenuación de señal.

La Interferencia puede afectar la transmisión de datos.

 

  • Para contrarrestar los efectos negativos de la EMI y la RFI, algunos tipos de cables de cobre se empaquetan con un blindaje metálico y requieren una conexión a tierra adecuada.
  • Para contrarrestar los efectos negativos del crosstalk, algunos tipos de cables de cobre tienen pares de hilos de circuitos opuestos trenzados que cancelan dicho tipo de interferencia en forma eficaz.

Fuente:Introduction to Network. -Cisco

CUIDADOS CON LOS MEDIOS DE COBRE

  • Los medios de cobre son vulnerables a peligros eléctricos y de incendio.
  • Los peligros de incendio se deben a que el revestimiento y el aislamiento de los cables pueden ser inflamables o producir emanaciones tóxicas cuando se calientan o se queman.
  • Los peligros eléctricos son un problema potencial, porque los medios de cobre pueden conducir electricidad en formas no deseadas. Por ejemplo, un dispositivo de red defectuoso podría conducir corriente a otros dispositivos de red.
  • El cableado de cobre puede conducir los voltajes provocados por descargas eléctricas a los dispositivos de red.

 

Para prevenir situaciones potencialmente peligrosas y perjudiciales, es importante instalar correctamente el cableado de cobre según las especificaciones y normas vigentes.

 

CABLEADO UTP

Cuando se utiliza como medio de red, el cableado (UTP) consta de cuatro pares de hilos codificados por colores que están trenzados entre sí y recubiertos con un revestimiento de plástico flexible. Los cables UTP no utilizan blindaje para contrarrestar los efectos de la EMI y la RFI. En cambio, los diseñadores de cable han descubierto otras formas de limitar el efecto negativo del crosstalk:

  • Anulación – Cuando dos hilos en un circuito eléctrico están cerca, los campos magnéticos son exactamente opuestos entre sí. Por lo tanto, los dos campos magnéticos se anulan y también anulan cualquier señal de EMI y RFI externa.

 

  • Variando el número de vueltas por par de hilos – Los cables UTP deben seguir especificaciones precisas que rigen cuántas vueltas o trenzas se permiten por metro (3,28 ft) de cable. Observe en la figura que el par naranja y naranja/blanco está menos trenzado que el par azul y azul/blanco. Cada par coloreado se trenza una cantidad de veces distinta.

 

Los cables UTP generalmente se terminan con un conector RJ-45. El estándar TIA/EIA-568 describe las asignaciones de los códigos por colores de los hilos a la asignación de pines (diagrama de pines) de los cables Ethernet.

 

 

Según las necesidades se puede tener cables UTP directos o cruzados.

 

Tipo de cable Estándar Aplicación Ejemplo
Cable directo de Ethernet Ambos extremos son T568A o T568B. Conecta un host de red a un dispositivo de red como un switch o concentrador.
Cruzado Ethernet Un extremo T568A, otro extremo T568B. Conecta dos hosts de red Conecta dos dispositivos intermediarios de red (switch a switch o router a router)

 

CABLEADO COAXIAL

 

Consiste en un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante flexible. Sobre este material aislante hay una malla de cobre tejida o una hoja metálica que actúa como segundo alambre del circuito y como blindaje para el conductor interno. La segunda capa o blindaje reduce la cantidad de interferencia electromagnética externa. La envoltura del cable recubre el blindaje.

 

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. También transportan energía de radiofrecuencia (RF) entre las antenas y el equipo de radio.

 

Actualmente, los proveedores de servicio de Televisión por cable están convirtiendo sistemas de una a dos vías para proporcionar conectividad de Internet a sus clientes. Para ofrecer estos servicios, las partes de cable coaxial y los elementos de amplificación compatibles se reemplazan por cables de fibra óptica multimodo. Sin embargo, la conexión final hacia la ubicación del cliente y el cableado dentro de sus instalaciones aún sigue siendo de cable coaxial. Este uso combinado de fibra y coaxial se denomina fibra coaxial híbrida (HFC).

 

FIBRA ÓPTICA

 

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.

 

  • Debido a que las fibras de vidrio que se utilizan en los medios de fibra óptica no son conductores eléctricos, el medio es inmune a la interferencia electromagnética y no conduce corriente eléctrica no deseada cuando existe un problema de conexión a tierra.
  • Las fibras ópticas pueden utilizarse en longitudes mucho mayores que los medios de cobre sin la necesidad de regenerar la señal, ya que son finas y tienen una pérdida de señal relativamente baja. Algunas especificaciones de la capa física de fibra óptica admiten longitudes que pueden alcanzar varios kilómetros.

 

En la actualidad, el cableado de fibra óptica se utiliza en cuatro tipos de industrias:

 

  • Redes empresariales – Se utilizan para aplicaciones de cableado backbone y dispositivos de infraestructura de interconexión
  • Fibra hasta el hogar (FTTH) – se utiliza para proporcionar servicios de banda ancha siempre activos a hogares y pequeñas empresas
  • Redes de larga distancia – Utilizadas por proveedores de servicios para conectar países y ciudades
  • Redes de cable submarino – se utilizan para proporcionar soluciones confiables de alta velocidad y alta capacidad capaces de sobrevivir en entornos submarinos hostiles a distancias transoceánicas. Busque en Internet el «mapa de telegeografía de cables submarinos» para ver varios mapas en línea.

 

Tipos de Fibra Óptica

 

 

 

TALLER  No.2

  • Utilizando herramientas TIC elabore las siguientes actividades

 

  1. Consulte en internet los diferentes tipos de cables de cobre utilizados en redes de datos y y de fibra óptica y elabore una tabla u organizador gráfico, donde los clasifique. (Ver ejemplo)

 

Tipo de Cable Alcance en metros Velocidad máxima en bps Tipo de conector
UTP Categoría 3 100 m 10 mbps RJ45
 
 

 

  1. Complete el siguiente cuadro

 

Problemas de implementación Cableado UTP Cableado de fibra óptica
Ancho de banda soportado (en bps)
Distancia en metros
Inmunidad a EMI y RFI
Inmunidad a peligros eléctricos
Costos de medios y conectores
  1. Responda las siguientes preguntas

 

  • Si deseo conectar dos computadores directamente a través de un cable UTP, ¿Qué tipo de cable debo utilizar?

 

  • ¿Cuál tipo de cable de fibra óptica puede ayudar a los datos a viajar aproximadamente 1,24 millas o 2 km/2000m?

 

  • ¿Cuál tipo de cable de fibra óptica se utiliza para conectar telefonía de larga distancia y aplicaciones de televisión por cable?

 

  • ¿Cuál es una ventaja de usar cables de fibra óptica en lugar de cables de cobre?

 

MEDIOS INALAMBRICOS

Los medios inalámbricos transportan señales electromagnéticas que representan los dígitos binarios de las comunicaciones de datos mediante frecuencias de radio y de microondas. La tecnología inalámbrica Proporcionan movilidad y es ahora la principal forma en que los usuarios se conectan a las redes domésticas y empresariales.

 

 

Fuente: http://rigbu56rios.blogspot.com/2016/11/511-arquitectura-de-una-red-wimax.html

Fuente: http://ccouselo.blogspot.com/2017/05/construccion-y-pruebas-de-rendimiento.html

ESTÁNDARES INALÁMBRICOS

 

 

 

 

LAN INALAMBRICA

 

Una implementación común de tecnología inalámbrica de datos permite a los dispositivos conectarse en forma inalámbrica a través de una LAN. En general, una WLAN requiere los siguientes dispositivos de red:

 

  • Punto de acceso inalámbrico (AP) – Concentra las señales inalámbricas de los usuarios y se conecta a la infraestructura de red existente basada en cobre, como Ethernet. Los routers inalámbricos domésticos y de pequeñas empresas integran las funciones de un router, un switch y un punto de acceso en un solo dispositivo, como el que se ve en la figura.
  • Adaptadores NIC inalámbricos – Brindan capacidad de comunicaciones inalámbricas a los hosts de red

 

A medida que la tecnología fue evolucionando, surgió una gran cantidad de estándares WLAN basados en Ethernet. Al comprar dispositivos inalámbricos, asegúrese de compatibilidad e interoperabilidad.

 

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. Los administradores de red deben desarrollar y aplicar políticas y procesos de seguridad estrictos para proteger las WLAN del acceso no autorizado y los daños.

 

TALLER No. 3

 

  • Utilizando herramientas TIC elabore las siguientes actividades

 

  1. El Protocolo 802.11 es el encargado de estandarizar las redes WLAN. Consulte en internet cuales las características de cada uno de ellos

 

 

Protocolo Velocidad Frecuencia Canales
802.11 2 mbps 2.4 ghz.
802.11a
802.11b
802.11g
802.11n
802.11ac
802.11ax

 

  1. Si tengo un AP en una red inalámbrica, este pude funcionar como router, repetidor o puente. Consulte en que consiste cada uno de estos modos de funcionamiento. Represente los 3 modos en un dibujo de red de cada uno de ellos.

 

  1. Consulte en internet acerca de Zigbee y responda las siguientes preguntas:
    • ¿Qué banda y frecuencia utiiza la red para comunicarse?

 

  • ¿Cuáles son las principales ventajas de esta tecnología?

 

  • ¿Cuántos canales usa y que ancho de banda tiene cada uno?

 

  • ¿Cuál el protocolo que utiliza para acceso al medio?

 

  • ¿Cuáles son las topologías de red que se pueden usar en esta tecnología?

 

  • ¿Cuántas son las categorías de los nodos en una red zigbee?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

REFERENTES BILBIOGRÁFICOS

 

 

 

  Nombre Cargo Dependencia Fecha
Autor (es) Juan Carlos Sanabria A. Instructor CIES – Huila 2 de febrero de 2021