Topologías y medios de transmisión

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1 Redes de Área Local e Interconexión de Redes Topologías y medios de transmisión Facultad de Informática

2 Indice Medios de transmisión Medios guiados y no guiados Par trenzado Coaxial Fibra óptica Topologías y medios de transmisión Bus / árbol Anillo Estrella 2

3 Medios de Transmisión (I) El medio de transmisión es el camino físico entre el emisor y el receptor de una red de comunicación. Medios de transmisión guiados: par trenzado cable coaxial fibra óptica Emisor / Receptor Medio Físico Emisor / Receptor Punto a Punto Medio Físico Emisor / Receptor Ancho de banda Longitud Seguridad Instalación Coste Emisor / Receptor Medio Físico Emisor / Receptor Repetidor / Amplificador Emisor / Receptor Medio Físico Emisor / Receptor Multipunto 3

4 Medios de Transmisión (II) Medios de transmisión no guiados: (punto a punto y difusión) Microondas terrestres Microondas por satélite 2 40 Ghz, direccionales Punto a punto Ondas de radio 30 Mhz 1GHz Omnidireccionales ISM Difusión Infrarrojos 3 x x Hz Unidireccionales Seguridad 4

5 Medios de Transmisión (III) Factores relacionados con el medio de transmisión y la señal, que determinan la distancia y velocidad: 5 Ancho de banda Al aumentar el ancho de banda -> puede incrementarse la velocidad ( ejemplo: velocidad W bps -> 2W Hz de A.banda) Atenuación En orden decreciente: par trenzado -> cable coaxial -> fibra Interferencias Medios no guiados Pares trenzados, en mangueras Número de receptores Atenúan y distorsionan la señal -> menor distancia

6 MdT: Par trenzado (I) Descripción física: Consiste en dos cables aislados y trenzados en forma espiral. Los cables son de cobre o de acero cubiertos de cobre. El trenzado minimiza la interferencia entre pares. Los cables tienen un diámetro entre y pulgadas. Conectores Hilos de Cobre Aislante Trenzado, reduce las interferencias electromagnéticas 6

7 MdT: Par trenzado (II) Características de transmisión: Se utilizan para transmitir tanto señales analógicas como digitales. El uso más común es en telefonía (ancho de banda 4 KHz). Se pueden transmitir hasta 24 canales de voz mediante FDM utilizando un ancho de banda hasta 268 KHz. Redes de Area Local, a 10, 100, 1000 Mbps Tipos: UTP: Unshielded Twisted Pair (No apantallado) STP: Shielded Twisted Pair (apantallado, malla metálica) 7

8 MdT: Par trenzado (III) Categorías (Norma EIA-568-A): Categoría 1 = Sin criterios de prestaciones Categoría 2 = Hasta 1 MHz (cableado telefónico) Categoría 3 = Hasta 16 MHz (Ethernet 10Base-T) Categoría 4 = Hasta 20 MHz (Token-Ring, 10Base-T) Categoría 5 (y 5e) = Hasta 100 MHz (100Base-T, 10Base-T) Categoría 6 (y 6e)= Hasta 550 MHz (1-10GBase-T) Conectividad: Es más utilizado para conexiones punto a punto. Ambito geográfico: En RAL s unos 100 m. 8

9 MdT: Par trenzado (y IV) 9 Inmunidad al ruido: Es bastante susceptible a las interferencias y ruido debido a la facilidad de acoplamiento de campos electromagnéticos. Si corre paralelo a una línea de corriente eléctrica puede inducir una señal de 50 Hz Los pares adyacentes pueden producir cruce de líneas Coste: Es más barato que el coaxial y el óptico en coste por metro. Sin embargo, dadas sus limitaciones de conectividad, los costes de instalación pueden aproximarse a los de otros medios.

10 MdT: Coaxial (I) Descripción física: Consiste en dos conductores aislados de cobre o aluminio de forma que uno recubre al otro en toda su longitud. Los cables tienen un diámetro entre 0.4 y 1 pulgadas. Se utilizan dos tipos de cables de 75 Ω (CATV) y 50 Ω. Menos susceptible a interferencias, que el par trenzado Aislante Vivo Malla Conectores 10

11 MdT: Coaxial (II) Características de transmisión: En redes de área local se utiliza tanto en transmisión en banda base, como banda ancha. El de 50Ω se utiliza exclusivamente para transmisión digital. Normalmente se emplea codificación Manchester. La velocidad de transmisión llega a los 10 Mbps. (10BASE2) El de 75Ω se utiliza tanto para transmisión digital como para analógica. (10BROAD36) Para señales analógicas son posibles frecuencias hasta 300 ó 400 MHz. Utilizando banda ancha se pueden definir un gran número de canales FDM (señal de TV = 6 MHz). Para los datos digitales se utilizan ASK, FSK o PSK. En un canal se pueden alcanzar entre 5 y 20 Mbps. Para mayores velocidades (>50 Mbps) es necesario el ancho de banda completo (Banda portadora). 11

12 MdT: Coaxial (III) Conectividad: Se utiliza tanto para conexiones punto a punto como para multipunto. Es más utilizado para conexiones multipunto. El de 50Ω soporta una centena de dispositivos, mientras que el de 75Ω puede llegar a mil. Ámbito geográfico: En banda base 0.5 a 1 Km. En banda ancha unas pocas decenas de Km. En banda portadora (50 Mbps) en torno a 1 Km. 12

13 MdT: Coaxial (y IV) Inmunidad al ruido: Depende de la aplicación y la implementación. En general es superior a la del par trenzado. Coste: Es más barato que el óptico y más caro que el par trenzado en coste por metro. 13

14 14 Ejemplo: Montaje de una Intranet Creación de una Intranet Privada Instalación del Hardware: Tarjetas de red -> Medio físico (Topología y Necesidades futuras) Coaxial puro Par trenzado (UTP) Coaxial y UTP Instalación del Software de Red Red basada en Servidores vs Peer-to-Peer Seleccionar la pila de protocolos a utilizar Conexión de la Intranet a Internet Conexión directa Conexión mediante Gateway Cable Modem

15 Ejemplo: Aula de PC,s Cable Coaxial puro Hardware Conectores tipo T Terminadores Software Agregar Tarjeta Instalar protocolo NETBEUI Windows TCP/IP. Direcciones de Intranet Wins, DNS, Gateway??? Terminador 15 Terminador

16 Ejemplo: Aula de PC,s Cable Coaxial y UTP (Conectamos aula a Red de la UPV) Hardware Adaptador Software Modificar TCP/IP Obtener dirección automáticamente (DHCP) RJ 45 Adaptador de medios Terminador 16 Terminador

17 Ejemplo: Aula de PC,s Par Trenzado UTP Hardware Adaptadores Topología estrella + Cable + Ampliable TCP/IP. Hub Direcciones IP Fiabilidad??? 17

18 Ejemplo: Aula de PC,s Conexión de Intranet a Internet UPV (Infraestructura) Conexión directa DHCP RJ 45 Hub 18

19 Ejemplo: Aula de PC,s Conexión de Intranet a Internet A traves de un Gateway ONO, ADSL Requerimos PC (puente y router) 2 Tarjetas de red (Una conectada a cada una de las redes) 1 tarjeta de Red conectada a la Intranet y un módem o módem ADSL conectado al proveedor de Internet Software específico de Routing Linux, NT y >Incorporado Win98 -> Winproxy, Sybergen, Nat32,... 19

20 Ejemplo: Aula de PC,s Conexión de Intranet a Internet A traves de un Gateway (2 tarjetas) Hardware Adaptadores Software ADSL(Router) Router(Proxy) Clientes: Gateway y DNS Clientes ONO Hub 1) Ejemplos en casa?? 2) Ventajas Proxy?? Dir IP de la tarjeta de la Intranet delrouter Proxy (2 Tarjetas de Red) USB 20

21 Ejemplo: Aula de PC,s Conexión de Intranet a Internet A traves de un Gateway (Tarjeta de red y Modem) Hardware Adaptador y Modem Software Similar al caso anterior Hub ONO Modem 21

22 MdT: Fibra óptica (I) Descripción física: Consiste en tres secciones concéntricas, el núcleo (uno o más hilos de vidrio o plástico) está revestido con una envoltura de vidrio o plástico de propiedades ópticas distintas. La envoltura externa protege el conjunto. Revestimiento Cubierta Núcleo 22

23 MdT: Fibra óptica (II) Características de transmisión: Monomodo ( 100 Gbps -> 1 Km ) Multimodo ( 100 Mbps -> 300 m ) ( 100 Mbps -> 4 Km ) 23 Futuro: Multimodo índice graduado WDM (Wavelength Division Multiplexing). 1 Tbps

24 MdT: Fibra óptica (III) Conectividad: Se utiliza tanto para enlaces punto a punto como para multipunto. Los emisores pueden ser LED (ligth-emiting diode) o ILD (injection laser diode) y los receptores son dispositivos de estado sólido PIN (silicio intrínseco entre niveles P y N de un diodo) o APD (fotodiodo de avalancha). Ambito geográfico: Con la tecnología actual se pueden conseguir distancias de 300 Km. 24

25 MdT: Fibra óptica (y IV) Inmunidad al ruido: No le afectan las interferencias magnéticas ni eléctricas, lo que permite altas velocidades sobre grandes distancias y una alta seguridad. Coste: Es más caro que el coaxial y el par trenzado en coste por metro y componentes requeridos. 25

26 MdT: Valoración cualitativa Comparación de los diferentes tipos de medios de transmisión guiados 26

27 MdT no guiados: Microondas Frecuencias Existen anchos de banda reservados para uso general. El resto de las frecuencias se tienen que autorizar. Interferencias Entre diferentes redes inalámbricas. Selección del rango de frecuencias. Transmisión en banda ancha. Seguridad La señal no queda confinada en el edificio de emisión. Se pueden interceptar las comunicaciones. 27

28 MdT no guiados: Infrarrojos Emisor/receptor Deben estar a la vista, o alcanzables mediante reflexión en una superficie clara. Interferencias La señal no atraviesa muros. Interferencias con otros emisores de infrarrojos: la luz solar. Seguridad La señal queda confinada en la habitación del emisor. 28

29 Indice 29 Medios de transmisión Medios guiados y no guiados Par trenzado Coaxial Fibra óptica Topologías y medios de transmisión Bus / árbol Anillo Estrella Cableado estructurado 1) Complejidad Instalación 2) Tolerancia a fallos 3) Gestión de averias 4) Capacidad de expansión 5) Coste 6) Topología -> MAC

30 Topologías Topologías punto a punto Estrella Anillo Irregular Topologías multipunto Bus Anillo Satélite 30

31 31 Relaciones entre Topologías y Medios Hay tres ingredientes tecnológicos que determinan la naturaleza de las Redes de Area Local Topología Medio de Transmisión Técnica de Control de Acceso al Medio Respecto al Medio de Transmisión, en las Redes de Area Local se utilizan comúnmente Medio metálico par trenzado cable coaxial Fibras ópticas

32 T. en Bus / Arbol. (I) Topología en Bus / Arbol. 1) Repetidor?? 2) MAC?? R Transceiver (TAP) R Repetidor Terminador R R Cable de Transceiver (50 m) R R 32

33 T. en Bus / Arbol. (II) Operación: Todos los dispositivos comparten el mismo medio físico. Las estaciones transmiten los datos en forma de paquetes que contienen la dirección del destino. El paquete se propaga a través del medio. Todas las estaciones reciben el paquete. La estación destino copia el paquete. Medio dividido en segmentos -> adecuar potencia señal. Señal absorbida por el terminador. 33

34 T. en Bus / Arbol. (III) Técnicas de transmisión: Banda base: Par trenzado o coaxial. Banda ancha: Coaxial. Banda Base Señalización digital (Manchester o Manchester diferecial) La señal consume el ancho de banda completo Bidireccional Bus Unos pocos Km Banda Ancha Señalización Analógica (requiere módem) Posible FDM (datos, vídeo, audio) Unidireccional Bus o árbol Decenas de Km 34

35 T. en Bus / Arbol. (IV) Configuraciones: Banda base Bidireccional f1 f2 Banda (ancha) partida Banda ancha cable dual 35

36 T. en Bus / Arbol. (V) Banda Base / Cable Coaxial Componentes: Cable coaxial 50 Ω Terminadores 50 Ω Transceiver Cable de Transceiver Controlador Controlador Cable de Transceiver Cable Coaxial (grueso) Transceiver 36

37 T. en Bus / Arbol. (VI) Configuración Física 37 Banda Ancha / Configuración Dual y Partida A diferencia de los sistemas de banda base, las tomas (taps) utilizadas permiten que las señales se propaguen en una sola dirección. Esto significa que solamente las estaciones que se hallen aguas abajo recibirán esas señales. Se necesitan dos caminos de datos. Estos dos caminos se juntan en un punto que se denomina cabecera (headend). En el caso de un bus la cabecera es un extremo del bus, en el caso de un árbol la cabecera es la raíz del árbol. Cable Dual: Entrada y salida en cables separados, la cabecera es un conector. Frecuencia Partida: Entrada y salida en bandas de frecuencia distintas, la cabecera puede ser un conversor de frecuencia (analógico) o un remodulador (digital)

38 T. en Bus / Arbol. (VII) Componentes: Cable Coaxial 75 Ω Troncal (trunk): Semirígido, de 0,412 a 1,0 pulgadas, interiores y exteriores Distribución o ramal (feeder): distancias cortas, semirígido o flexible, de 0,4 a 0,5 pulgadas (RG-11 = 0,405 pulgadas ~ 800 m). Bajada (drop): conectan tomas y estaciones a los ramales, flexible, interiores, de 3 a 15 m. (RG-59 = 0,242 pulgadas, RG-6 = 0,332 pulgadas o RG-11) Terminadores 75 Ω 38

39 T. en Bus / Arbol. (VIII) Componentes (cont.): Amplificadores, en cables troncales y de distribución, para compensar la atenuación del cable. Acopladores direccionales: Dividen una entrada en dos salidas y combinan dos entradas en una salida. Divisores (splitters) igual atenuación en ambas ramas. Tomas (taps) más atenuación en el cable de bajada. Módems Controladores 39

40 T. en Bus / Arbol. (y IX) Comparación Banda Base / Banda Ancha Ventajas Banda Base - Barato (sin módem) - Tecnología más simple - Facilidad de instalación Banda Ancha - Alta Capacidad - Múltiples tipos de tráfico - Configuraciones más flexibles - Cobertura grandes distancias - Tecnología CATV Desventajas - Canal único - Capacidad limitada - Distancia limitada - Coste de los módems - Complejidad de instalación y mantenimiento - Retardos de propagación dobles. 40

41 T. en Bus de f. óptica (I) Medio óptico: Topología en Bus Acceso a un bus de fibra óptica se realiza mediante acopladores que pueden ser activos o pasivos Estación Estación Fibra Optica Detector Óptico Decodi ficador Codifi cador Trans. Óptico Fibra Optica Fibra Optica Receptor O->E Transmisor E->O Fibra Optica 41 Acoplador Activo 1) Coste?? 2) Retardo?? 3) Distancia?? Bypass Acoplador Pasivo

42 T. en Bus de f. óptica (II) Configuraciones Bus unidireccional A Bus unidireccional A Bus con bucle Bus unidireccional A DQDB Bus unidireccional B Doble bus 42 Ventajas e inconvenientes

43 T. en Anillo (I) Topología en Anillo Transmisión Escucha Bypass 43

44 T. en Anillo (II) 44 Estados: Transmisión: Cada estación es responsable de retirar de la red el paquete que están emitiendo (no hay terminadores). Escucha: Cada bit recibido es retransmitido con un retardo de un bit necesario para: Analizar la dirección de destino de la trama Copiar el bit correspondiente en el caso de que la estación sea la destinataria de la trama. Modificar determinados bits (reconocimiento, reserva de prioridad, etc.) a medida que la trama pasa por la estación. Bypass Cuando las estaciones no están activas (apagadas) o ha sucedido algún fallo

45 T. en Anillo (III) Ventajas: Posee las ventajas de cualquier otra topología multiacceso (las tramas llegan a toda la red simultáneamente ). Las conexiones punto a punto permiten cubrir mayores distancias. El mantenimiento del cableado es más fácil. La electrónica emisión/recepción es más simple. 45

46 T. en Anillo (IV) Problemas potenciales: Vulnerabilidad del cable Fallos en repetidores Recorrido del anillo en caso de fallo Problemas en la inserción de nuevas estaciones Límites en el número de repetidores Inicialización y recuperación de fallos Protocolo MAC más Complejo!!! 46

47 T. en Anillo (y V) Topología Anillo / Estrella Anillo con un concentrador de cableado Sencillo aislar fallos Incorporación sencilla de nuevas estaciones Conlleva una gran cantidad de cableado Concentrador (HUB) 47

48 T. en Anillo de f. óptica (I) Medio óptico: Topología en Anillo La forma de operación es idéntica a la del anillo con medio metálico, pero se pueden lograr mayores distancias debido a la utilización de fibra óptica. FDDI Anillo Doble Reconfiguración fallo de enlace Reconfiguración fallo de estación 48

49 T. en Estrella (I) Topología en Estrella (Bus lógico) Dos pares trenzados HUB de Cabecera HUB Intermedio HUB Intermedio HUB de Cabecera HUB Intermedio HUB Intermedio 49 Hubs: 1ª, 2ª, 3ª y 4ª Generación???

50 T. en Estrella (II) 50 Características: Utiliza principalmente par trenzado, uno par para emisión y otro para recepción. Pueden utilizarse los cables telefónicos existentes. Distancias entre el HUB y la estación de hasta 100 m. Problemas: El cableado existente puede no ser adecuado para transmisión de datos. El par trenzado no siempre está trenzado. Los cables de pares corren muy próximos unos a otros y pueden haber problemas de interferencias. La versión inicial (StarLAN) empleaba 1 Mbps, versiones actuales (10BASE-T, 100BASE-T) llegan hasta 100 Mbps, nuevas versiones pueden llegar hasta Gbps.

51 T. en Estrella en f. óptica (I) La topología en estrella es la primera topología que surgió para este tipo de medio físico. Estrella pasiva Un conector pasivo múltiple Una estación se conecta al conector mediante dos fibras una para transmitir y otra para recibir. El número de estaciones puede ser de varias decenas. El radio máximo llega a 2,5 Km. Es una topología en estrella con comportamiento de bus lógico (con colisiones, etc.) 51

52 T. en Estrella en f. óptica (II) Estrella activa El acoplador central es un repetidor activo en lugar de un dispositivo pasivo El número de estaciones puede llegar a varias centenas. El radio máximo puede superar los 2,5 Km (depende de la fibra empleada) Es más cara que la estrella pasiva 52

53 Topologías y normas Control de enlace (LLC) IEEE Servicio no orientado a conexión no confirmado Servicio en modo de conexión Servicio no orientado a conexión confirmado Control de acceso al medio (MAC) CSMA/CD Bus con paso de testigo Rotación circular con prioridad Anillo con paso de testigo Anillo con paso de testigo DQDB CSMA sondeo Fisica 53 IEEE Cable coaxial de banda base 10 Mbps Par trenzado no apantallado 10, 100 Mbps Cable coaxial de banda ancha 10 Mbps Fibra Óptica 10 Mbps IEEE Cable coaxial banda ancha 1, 5, 10 Mbps Cable coaxial banda portadora 1, 5, 10 Mbps Fibra óptica 5, 10, 20 Mbps IEEE Par trenzado no apntallado 100 Mbps IEEE Par trenzado apantallado 4, 16 Mbps Par trenzado no apantallado 4 Mbps FDDI Fibra óptica 100 Mbps Par trenzado no apantallad o 100 Mbps IEEE Fibra óptica 100 Mbps IEEE Infrarrojos 1, 2 Mbps Espectro expandido 1, 2, Mbps

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