Redes Cap3

1Capítulo 3Dispositivos de Comunicación

Los dispositivos utilizados en una red van desde la capa 1 a la 7 del modelo OSI.Son dispositivos:Físicos.Lógicos.Son elegidos de acuerdo:Tipo de red que se tenga.Topología de la misma.Para su elección se toman en cuenta aspectos:Técnicos.Económicos.Medios:CobreSon los más utilizados en LANs.Fibra ÓpticaPara largas distancias (WAN) y backbonesLANs.WirelessInalámbricos, son la nueva alternativa.2Introducción

CobreLos cables (hilos) de cobre son hoy en día los más frecuentemente utilizados para las LANs.Portan la señal utilizando corriente eléctrica.Son susceptibles a distintos tipos de ruido e interferencias.Existen distintos tipos de cables de cobre.33.1 Medios de CobreCoaxial UTP

ÁtomosEstán compuestos de electrones, protones y neutrones.VoltajePresión o Fuerza Electro Motriz, que se aplica cuando protones y neutrones están separados.Resistencia e impedanciaSe oponen al flujo de la corriente (atenuación).Las impedancias pueden poseer componentes inductivos y/o capacitivos.CorrienteFlujo de carga creada cuando los electrones se mueven.CircuitosLazos cerrados de material conductor o semiconductor.Los semiconductores además de ser conductores son materiales que permiten controlar la electricidad con gran precisión.43.1.1 Conceptos Básicos

3.1.1.1 Circuito Eléctrico Típico Circuitos de:IluminaciónToma corrientesFuerzaRed5

Permiten que se determine:Velocidad.Tipo de señal.Analógica.Digital.Longitud (que tan lejos puede llegar).Especificaciones de Ethernet:10BASE2.10Mbits/seg, 200m s/atenuación, thinnet, coaxial.10BASE5.10Mbits/seg, 500m s/atenuación, thicknet, coaxial.10BASE-T.10Mbits/seg, pares trenzados UTP ó STP.63.1.2 Especificaciones de Cables

Velocidad y rendimiento: 10-100 Mbps.Precio promedio por nodo: Económico.Tamaño de los medios y del conector: Medio.Longitud máxima del cable: 500 m.73.1.2.1 Cable Coaxial

Velocidad y rendimiento: 10-100 Mbps.Precio promedio por nodo: Moderadamente caro.Tamaño de los medios y del conector: Mediano a grande.Longitud máxima del cable: 100 m.83.1.2.2 Cable STP (blindado)

Velocidad y rendimiento: 10-100 Mbps.Precio promedio por nodo: El más económico.Tamaño de los medios y del conector: Pequeño.Longitud máxima del cable: 100 m.9Con UTP Ó STP se puede conectar también 2 PCs sin hub: cable cruzado (hilos 1a3 y 2a6)3.1.2.3 Cable UTP (sin blindaje)

ElectricidadAgente fundamental constitutivo de la materia en forma de electrones (negativos) y protones (positivos) que normalmente se neutralizan. Corriente eléctrica: movimiento de estas partículas cargadas.Electricidad Estática:Corresponde a los electrones que se quedan liberados en un sitio sin moverse (con carga negativa) y tienden a “saltar” a un elemento conductor.Materiales EléctricosAislantesNo permiten el flujo de electrones (Plástico, caucho, aire, etc.).ConductoresPermiten el flujo de electrones (Cobre, Plata, Oro, Aluminio, etc.).SemiconductoresPermiten el flujo de electrones, además de controlar este con gran precisión (Carbono, Germanio, Silicio, Galio Arseniuro, etc.).103.1.3 Señales

Una onda electromagnética modulada que se desea obtener.

Todos ellos pueden transportar datos de networking. 3.1.3.1 Tipos de Señales

3.1.3.1.1 Señales Analógicas y Digitales12Señal analógica

Tiene las siguientes características:

Tiene un voltaje que varía continuamente en función del tiempo.

Es típica de los elementos de la naturaleza.

Se ha utilizado ampliamente en las telecomunicaciones (más de 100 años).

Las curvas de voltaje vs tiempo muestran una variación discreta.

Es típica de la tecnología, más que de la naturaleza .PropagaciónUna cantidad de energía viaja por un medio (se propaga) de un lugar a otro (depende del tipo de medio, geometría y la frecuencia de los pulsos).AtenuaciónPérdida de fuerza de las señales con la distancia.ReflexiónDependen del medio. Las señales rebotan y pueden interferir en los bits posteriores.RuidoDiafonía, es originada a partir de señales de otros hilos del mismo cable.Ruido térmico, debido al movimiento de los electrones.Ruido de tierra de referencia, conexión a tierra no aislada.Ruido de corriente AC, presencia cercana de cables de alimentación eléctrica (uso de mismos ductos).133.1.4 Factores que Influyen en las Señales

3.1.4.1 EMI y RFIEMIInterferencia electromagnéticas, debidas a sistemas de iluminación, motores eléctricos.RFIInterferencias de radiofrecuencia debidas a sistemas de radio y televisión.14El método empleado para anular EMI y RFI es la cancelación:

Uso de varios hilos trenzados sobre los cuales las fuerzas electromagnéticas producidas por la corriente que circula sobre estos se cancela. También se utiliza el blindaje

Dos bits de comunicaciones de diferentes hosts comparten el mismo medio al mismo tiempo generando un tercer nivel de voltaje no permitido.En este caso los bits se destruyen.Es el funcionamiento típico de Ethernet.153.1.4.2 Colisiones1 10

DispersiónLa señal se ensancha con el tiempo, debido a los tipos de medios involucrados. Un bit puede comenzar a interferir con el bit siguiente y confundirlo con los bits que se encuentran antes y después de él. FluctuaciónLos pulsos de reloj hacen que una CPU calcule que los datos se guarden en la memoria y que la NIC envíe bits. Si el reloj del host origen no está sincronizado con el host destino, se producirá una fluctuación de fase de temporización (los bits llegarán un poco antes o más tarde de lo esperado).Se puede solucionar mediante una serie de complicadas sincronizaciones de reloj, incluyendo sincronizaciones de hardware y software, o de protocolo. 163.1.4.3 Otros Factores

LatenciaTambién denominada retardo, tiene 2 causas principales:Ningún elemento puede trasladarse a mayor velocidad que la de la luz en el vacío (Teoría de la Relatividad. 3*108m/s).Las señales inalámbricas de networking se trasladan a una velocidad levemente inferior a la velocidad de la luz en el vacío.Las señales de networking en medios de cobre se trasladan a una velocidad de 1,9x108 m/s a 2,4x108 m/s. Las señales de networking en la fibra óptica se trasladan a aproximadamente 2,0x108 m/s.Si el bit atraviesa cualquier dispositivo, los transistores y los dispositivos electrónicos introducen más latencia.La solución para la latencia:Uso cuidadoso de los dispositivos de internetworking.Estrategias de codificación.Protocolos de capa. 17

Las señales digitales (ceros y unos) son convertidas en:Pulsos eléctricos.Pulsos de luz.Ondas electromagnéticas.Existen diversos tipos de codificaciones utilizadas ampliamente en la electrónica.Tipos de codificaciones:Codificación TTL (Lógica de Transistor a Transistor):Se caracteriza por una señal alta (5V) y una señal baja (3.3 V), para uno y cero respectivamente.Codificación de Manchester:Mas compleja y mas inmune al ruido, posee bits de transición que indican que va existir un cambio. Gracias a estos se pueden mejorar los procesos de sincronización.183.1.5 Codificación

Modular una señal quiere decir tomar una onda y cambiarla para que transporte información.Existen diversos tipos de modulaciones:AM, modulación de amplitud.FM, modulación de frecuencia.PM, modulación de fase.19PortadoraAmplitudModuladaFrecuenciaModuladaModulaciónde Fase3.1.6 Modulación

3.1.7 Conexiones de Cables Utilizadas20

Espectro electromagnéticoConjunto de ondas electromagnéticas (radiación electromagnética) que emite (espectro de emisión), o absorbe (espectro de absorción) una sustancia.Esta radiación identifica la sustancia, es como una huella dactilar.Varía de acuerdo a longitud de onda:Rayos Gama,Rayos X, Ultravioleta, Luz visible, Infrarojo, Micro ondas, Radio, Energía y Telefonía.Modelo de rayos de luzLos rayos de luz son líneas directas generadas por una fuente.Dependen del material que atraviesan, en algunos rebotan.La densidad óptica se refiere a cuanto del rayo disminuirá cuando atraviesa una sustancia.213.2 Medios Ópticos

ReflexiónEs el fenómeno por el cual un rayo de luz que incide sobre una superficie es reflejado.RefraxiónSe produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente.Reflexión total internaSe obtiene (se optimiza) controlando:Apertura numérica de la fibra.Rango de ángulos de rayos de luz incidentes a través de la fibra que será completamente reflejada.Modos.Caminos que un rayo de luz puede seguir cuando está viajando por la fibra.22

3.2.1 MediosLos medios de fibra óptica son:Monomodo.Multimodo.Cada cable de fibra óptica que se usa en networking está compuesto de dos fibras de vidrio envueltas en revestimientos separados:Una fibra transporta los datos transmitidos desde un dispositivo A a un dispositivo B. La otra transporta los datos desde el dispositivo B hacia el dispositivo A. Las fibras son similares a dos calles de un solo sentido que corren en sentido opuesto:Esto proporciona una comunicación full-duplex.Revestimiento:23

Velocidad y rendimiento: 100+ Mbps.Precio promedio por nodo: El más caro.Tamaño de los medios y del conector: Pequeño.Longitud máxima del cable Multimodo: Hasta 2000 m.Generado por múltiples haces de luz de led.243.2.1.1 Fibras Multimodo

Velocidad y rendimiento: 100+ Mbps.Precio promedio por nodo: El más caro.Tamaño de los medios y del conector: Pequeño.Longitud máxima del cable Monomodo: Hasta 3000 m.Generado por un haz de luz de láser.Son comunes para las grandes distancias de los backbones de universidades y WAN. 253.2.1.2 Fibras Monomodo

3.2.2 AdvertenciasLa luz de láser que se utiliza con la fibra monomodo tiene una longitud de onda mayor que la de la luz visible. El láser es tan poderoso que puede causar graves daños a la vista. Nunca mire directamente:Al interior del extremo de una fibra conectada a un dispositivo en su otro extremo. Hacia el interior del puerto de transmisión en una NIC, switch o router. Recuerde mantener las cubiertas protectoras en los extremos de la fibra e insertarlos en los puertos de fibra óptica de switches y routers.26

3.2.3 Otros ComponentesLos enlaces de fibra óptica utilizan luz para enviar datos:Hace falta algún elemento para convertir la electricidad en luz y, en el otro extremo de la fibra, para convertir la luz nuevamente en electricidad:Esto significa que se requiere un transmisor y un receptor.Transmisor:Recibe los datos que se deben transmitir desde los switches y routers. Convierte las señales electrónicas en pulsos de luz equivalentes.Receptor:Cuando la luz llega al receptor, se genera electricidad. La primera tarea del receptor es detectar el pulso de luz que llega desde la fibra. Luego, el receptor convierte el pulso de luz nuevamente en la señal eléctrica original tal como ingresó al transmisor al otro extremo de la fibra. Ahora, la señal nuevamente adquiere la forma de cambios de voltaje. La señal está lista para ser enviada por el cable de cobre al dispositivo electrónico receptor. 27

Receptores con enlaces de fibra óptica:Reciben el nombre de diodos p-intrínsecos–n (fotodiodos PIN).Los fotodiodos PIN están fabricados para ser sensibles a 850, 1310 ó 1550 nm de luz que el transmisor genera al otro extremo de la fibra. Cuando un pulso de luz de la longitud de onda adecuada da en el fotodiodo PIN, éste rápidamente genera una corriente eléctrica de voltaje apropiado para la red. Cuando la luz deja de iluminar el fotodiodo PIN, éste deja de generar voltaje al instante. Esto genera cambios de voltaje que representan los unos y ceros de los datos en el cable de cobre.28

3.2.3.1 Fuentes de LuzExisten dos tipos de fuentes de luz que se utilizan para codificar y transmitir los datos a través del cable:Un diodo emisor de luz (LED):Produce luz infrarroja con longitudes de onda de 850 nm o 1310 nm. Se utilizan con fibra multimodo en las LAN. Para enfocar la luz infrarroja en el extremo de la fibra, se utilizan lentes.Amplificación de la luz por radiación por emisión estimulada (LASER):Una fuente de luz que produce un fino haz de intensa luz infrarroja, generalmente, con longitudes de onda de 1310nm o 1550 nm.29

3.2.3.2 ConectoresHay conectores unidos a los extremos de las fibras de modo que éstas puedan estar conectadas a los puertos del transmisor y del receptor. El tipo de conector que se usa con mayor frecuencia con la fibra multimodo es el Conector Suscriptor (conector SC). En una fibra monomodo, el conector de Punta Recta (ST) es el más frecuentemente utilizado.30

3.2.3.3 Repetidores y PanelesRepetidores:Son amplificadores ópticos que reciben pulsos de luz atenuante que recorren largas distancias y los convierte a su forma, fuerza y sincronización originales. Las señales restauradas pueden entonces enviarse hasta el receptor que se encuentra en el extremo final de la fibra.Paneles de conexión de fibra:Son similares a los paneles de conexión que se usan con el cable de cobre. Estos paneles aumentan la flexibilidad de una red óptica permitiendo que se realicen rápidos cambios en la conexión de los dispositivos, como por ejemplo, switches o routers con distintos tendidos de fibra o enlaces de cable disponibles.31

La fibra óptica no es sensible a los factores de ruido que afectan los medios de cobre.Cuando la luz se transmite por medio de la fibra, existe siempre una pequeña pérdida de energía.Mientras mayor sea la distancia mayor será la cantidad de energía perdida.Factores de pérdida de energía (ruido de fibra óptica):Dispersión: Debida a distorsiones microscópicas que refleja y dispersa la energíaAbsorción: Que realizan algunas pequeñas impurezas químicas que se pueden presentar en el material, generando calorRugosidades: Que se puedan presentar en la misma fibra323.2.4 Señales y Ruido en Fibra ÓpticaSeñal original Señal con energía pérdida (dispersada)

3.2.5 Instalación, Cuidado y Testeo de Fibra ÓpticaUna de las causas principales de la atenuación excesiva en el cable de fibra óptica es la instalación incorrecta. Si se estira o curva demasiado la fibra, se pueden producir pequeñas fisuras en el núcleo que dispersan los rayos de luz. Al curvar demasiado la fibra se puede cambiar el ángulo de incidencia de los rayos de luz que llegan al límite entre el núcleo y el revestimiento. Entonces, el ángulo de incidencia del rayo será menor que el ángulo crítico para la reflexión interna total. En lugar de reflejarse siguiendo la zona del doblez, parte de los rayos de luz se refractarán en el revestimiento y se perderán.Para evitar que la curvatura de la fibra sea demasiado pronunciada, generalmente, se introduce la fibra a un tipo de tubo instalado que se llama de interducto. El interducto es mucho más rígido que la fibra y no se puede curvar de forma pronunciada, de modo que la fibra en el interducto tampoco puede curvarse en exceso. El interducto protege la fibra, hace que sea mucho más sencillo el tendido y asegura que no se exceda el radio de la curvatura (límite de curva) de la fibra.33

3.2.5.1 Acabado de Conectores y EmpalmesUna vez que se ha tendido la fibra, se debe partir (cortar) y pulir adecuadamente los extremos de la fibra para asegurarse de que estén lisos.Se utiliza un microscopio o un instrumento de prueba con una lupa incorporada para examinar 34el extremo de la fibra y verificar que tenga la forma y pulido correctos. Entonces, con cuidado, se fija el conector al extremo de la fibra.

Los conectores incorrectamente instalados, empalmes no apropiados y el empalme de dos cables de diferentes tamaños de núcleo reducirán drásticamente la fuerza de la señal luminosa.3.2.5.2 Recomendaciones Una vez instalados, los conectores y los extremos de las fibras deben mantenerse totalmente limpios. Los extremos de las fibras deben cubrirse con cubiertas protectoras para evitar daños. Cuando las cubiertas son retiradas, antes de conectar la fibra a un puerto en un switch o router, se deben limpiar los extremos de las fibras. Limpiar los extremos de la fibra con paño especial sin pelusa para limpiar lentes, humedecido con alcohol isopropílico puro. Los puertos de fibra de un switch o router también deben mantenerse cubiertos cuando no se encuentran en uso y limpiarse de la misma forma antes de realizar la conexión. La suciedad en los extremos de una fibra disminuirá gravemente la cantidad de luz que llega al receptor.Antes de usar un cable de fibra óptica, es importante probarlo para asegurarse de que suficiente luz llegue al receptor para que éste pueda detectar los ceros y los unos en la señal.Al planear un enlace de fibra óptica, es necesario calcular la pérdida tolerable de la potencia de la señal.Esto se conoce como presupuesto de pérdida del enlace óptico. El decibel (dB) es la unidad utilizada para medir la cantidad de pérdida de potencia. Mide el porcentaje de potencia que sale del transmisor y realmente llega al receptor.Es de suma importancia probar los enlaces de fibra y se deben mantener registros de los resultados de estas pruebas. Se utilizan varios tipos de equipo de prueba para fibra óptica. Los instrumentos más importantes son los:Medidores de Pérdida Óptica.Reflectómetros Ópticos de Dominio de Tiempo (OTDR).35

La IEEE es la institución primaria de regulación de los estándares wireless.Los estándares fueron creados dentro de los marcos de la FCC (Federal CommunicationsCommision): Estándares 802.11, “b”, “a” y “g”.Los problemas que se presentan con estas redes son:Seguridad.Rendimiento.Compatibilidad de NICs.El dispositivo concentrador de estas redes es el “accesspoint” (AP).Estos dispositivos se instalan para actuar como hubs centrales para la WLAN.Son dispositivos con cableado hacia la LAN, que proveen conectividad mediante antena una cierta área denominada celda.Dependiendo de la composición de la ubicación en la cual el AP es instalado y el tamaño y ganancia de su antena, el tamaño de la celda puede variar enormemente, comúnmente: 91.44 a 152.4 metros.Para dar cobertura a áreas más grandes, se pueden instalar múltiples AP con un cierto grado de solapamiento, lo que permite hacer un “roaming” entre celdas (similar a la de las compañías de teléfonos celulares).El “overlap” recomendado es de 20 a 30% dentro la WLAN.Esto permite una continuidad de la señal sin problemas (conexión y desconexión instantáneas).El escaneo de red (scanning) se produce cuando un cliente está activo en la WLAN.Es decir está escuchando a la espera de dispositivos compatibles. puede ser:Activoorigina desde el nodo la petición de envío de una señal que contenga el Identificador de Servicio (SSID) de la red a la que se quiere unir: si concuerda, entonces la autenticación y asociación se completan.Pasivoes un proceso continuo, los nodos pueden asociarse ó desasociarse con los AP a medida que las señales se debilitan ó aumentan.363.3 Medios Inalámbricos

3.3.1 EstándaresLa tecnología clave que contiene el estándar 802.11 es el:Espectro de Dispersión de Secuencia Directa (DSSS). El DSSS se aplica a los dispositivos inalámbricos que operan dentro de un intervalo de 1 a 2 Mbps.Un sistema de DSSS puede transmitir hasta 11 Mbps, pero si opera por encima de los 2 Mbps se considera que no cumple con la norma. 37

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