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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.
Autor: Oscar Ortiz. 2 - 14
Redes de área local: Nivel físico
2.1. TopologíasBus
Estación Estación
EstaciónEstación
Terminador
Terminador
B U S
2
Autor: Oscar Ortiz. 2 - 15
Redes de área local: Nivel físico
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.
Autor: Oscar Ortiz. 2 - 16
Redes de área local: Nivel físico
2.1. TopologíasArbol
Estación Estación
Estación Estación
Estación Estación
Terminador
Terminador
Terminador
Terminadorde
Cabecera
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Autor: Oscar Ortiz. 2 - 17
Redes de área local: Nivel físico
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.
Autor: Oscar Ortiz. 2 - 18
Redes de área local: Nivel físico
2.1. TopologíasAnillo
Estación
EstaciónEstación
Estación
A N I L L O
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Autor: Oscar Ortiz. 2 - 19
Redes de área local: Nivel físico
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.
Autor: Oscar Ortiz. 2 - 20
Redes de área local: Nivel físico
2.1. TopologíasEstrella
Estación Estación
Estación
Estación
Estación
Estación
Nodo
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Autor: Oscar Ortiz. 2 - 21
Redes de área local: Nivel físico
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.
Autor: Oscar Ortiz. 2 - 22
Redes de área local: Nivel físico
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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Autor: Oscar Ortiz. 2 - 23
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.
Redes de área local: Nivel físico
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2.2. Medios de Transmisión
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
Redes de área local: Nivel físico
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Autor: Oscar Ortiz. 2 - 25
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:
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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
Autor: Oscar Ortiz. 2 - 26
2.2. Medios de Transmisión
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.
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Malla metálica
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2.2. Medios de Transmisión
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.
Redes de área local: Nivel físico
Malla metálica
Autor: Oscar Ortiz. 2 - 28
2.2. Medios de TransmisiónCategorías de cables de pares
Redes de área local: Nivel físico
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
Redes de área local: Nivel físico
STP600 MHzCable sólido de pares
trenzados apantallados.23 AWG
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FTP300 MHzCable sólido de pares
trenzados.24 AWG
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UTP100 MHzCategoría 5 mejorada.
26 AWG5E
Tipo de cableFrecuencia máximaCaracterísticasCategoría
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2.2. Medios de TransmisiónAtenuación de cables de pares
Atenuación máxima en dBs por 100 metros
Redes de área local: Nivel físico
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
Redes de área local: Nivel físico
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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).
Redes de área local: Nivel físico
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.
Redes de área local: Nivel físico
Revestimiento
Núcleo
Cubierta
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2.2. Medios de TransmisiónFibra óptica
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.
Redes de área local: Nivel físico
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2.2. Medios de TransmisiónFibra óptica
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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2.2. Medios de TransmisiónFibra óptica
Redes de área local: Nivel físico
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2.2. Medios de TransmisiónFibra óptica
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)
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2.2. Medios de TransmisiónComparación
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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
Redes de área local: Nivel físico
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
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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)
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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.
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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).
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MAU Nº 1
MAU Nº 2
HEAD END
f1
TAP
INBOUND OUTBOUND
f1
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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.
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v
-v
1 1 1 0 0 0 1 0 01
t
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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
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1 1 10 0 J K
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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.
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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.
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+V
0
-V
0
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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.
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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
Grupo 6TBloque de 8 bits
- + 0 0 + -08
- 0 + - 0 +07
+ - 0 – 0 +06
Grupo 6TBloque de 8 bits
Autor: Oscar Ortiz. 2 - 54
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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