INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ADOLFO LÓPEZ MATEOS - ZACATENCO

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ADOLFO LÓPEZ MATEOS - ZACATENCO ACADEMIA DE COMPUTACIÓN - MAESTRÍA EN TELECOMUNICACIONES LABORATORIO DE DESARROLLO DE REDES PRÁCTICA No. 1 Por: Ernesto Zárate Castro México, D. F., Enero del

2 1.1. OBJETIVOS: Al término de esta práctica el alumno será capaz de: PRÁCTICA 1. MEDIOS DE TRANSMISIÓN Comprender la funcionalidad de los medios de transmisión, así como sus principales características. Conocer los diferentes tipos de medios de transmisión de redes de datos Construir diferentes tipos de cables INTRODUCCIÓN TEÓRICA Una parte importantísima a considerar en el diseño de una red de transmisión de datos o de voz es la de los medios de transmisión que se utilizarán para transportar estos datos. Es vital conocer las características de cada uno de estos medios, conociendo sus ventajas y desventajas para decidir cuál se utilizará para un propósito determinado. Así, analizaremos dos tipos principales de medios de transmisión: Por un lado, está el que conocemos como cableado estructurado, y por el otro los medios inalámbricos que son más usados cuando queremos interconectar redes MAN o WAN. Analizaremos de una manera rápida cada una de estas CABLEADO ESTRUCTURADO Una LAN debe tener un sistema de cableado que conecte las estaciones de trabajo individuales con los servidores de archivos y otros dispositivos de red. Hay muchos tipos de cableado, y existe una gran variedad en cuanto a costo y capacidad. La selección de cuál emplear depende de nuestras necesidades y posibilidades. Actualmente, existen 3 subdivisiones básicas, las cuales son: Cable de par trenzado: El tipo más común usado como medio de red y también el menos caro. Cable coaxial: Más difícil de instalar que el par trenzado, y fue el más preferido en las grandes LAN. Fibra óptica: Mayor velocidad de transmisión que los anteriores. Inmune a la interferencia de frecuencias de radio y muy baja atenuación. Costo alto. Para redes pequeñas, la longitud del cable no es limitante para su desempeño. Para redes grandes puede necesitarse una mayor longitud del cable o exceder la cantidad de nodos especificada. Existen varios dispositivos que extienden la longitud de la red, donde cada uno tiene un propósito específico. Estos son: Repetidor: Permite extender la longitud del cable de la red amplificando y retransmitiendo la señal de red. Hub o concentrador: Punto central de conexión para nodos de red dispuestos de acuerdo a una topología física de estrella. Es un repetidor multipuestos. Puente: Conecta dos LAN separadas para crear lo que aparenta ser una sola LAN. Segmenta LANs en dominios de colisión. Ruteador: Operan a nivel de capa 3 del modelo OSI. Dispositivos inteligentes que deciden rutas por las cuales puede llegar más rápido la información CABLE COAXIAL Se puede utilizar para grandes distancias (mayores que en el caso de un cable telefónico) y está diseñado para proteger de interferencias electromagnéticas. Está compuesto de un alambre que funciona como conductor, cubierto de una malla que actúa como tierra. El conductor y la tierra están separados por un aislante. Véase la figura

3 Figura 1.1. Cable coaxial Las desventajas de este tipo de cable son que es más difícil de instalar, es más pesado que el par trenzado y es menos adaptable. Dentro del cableado estructurado, existen dos tipos de cable coaxial: el cable coaxial grueso (RG-59, de 75 Ω) y el cable coaxial delgado (RG-58, de 50 Ω). La comparación de características entre estos dos se muestran en la tabla 1.1. Característica: Coaxial grueso (RG-59) Coaxial delgado (RG-58) Distancia máxima de segmentos 500 mts. 185 mts. Ancho de banda 10 Mbps 10 Mbps Flexibilidad Menos flexible Más flexible Nodos por segmento Impedancia 75 Ω 50 Ω Diámetro 0.4 pulgadas 0.25 pulgadas Usos Video analógico Datos PAR TRENZADO Tabla 1.1. Comparación de características entre dos tipos de cable coaxial. La comunicación telefónica se inició y creció usando como medio de transmisión un par de hilos de cobre. Con el tiempo los dos hilos se trenzaron con el fin de reducir la interferencia eléctrica conocida como diafonía. Existen tres tipos principalmente, los cuales son: UTP (Unshielded Twisted Pair): Par Trenzado No-blindado. STP (Shielded Twisted Pair): Par Trenzado Blindado. FTP (Foiled Twisted Pair): Par Trenzado Blindado con hoja metalizada. Estos se muestran en la figura 1.2: Conductor sólido de cobre. 2. Aislamiento de polietileno celular 3. Cinta de poliester con aluminio 4. Malla trenzada de aluminio o cobre estañado 5. Cubierta exterior de PVC Par Trenzado sin blindar (UTP) Figura 1.2 Par Trenzado Blindado con hoja metalizada (FTP) Par Trenzado Blindado (STP) 3

4 PAR TRENZADO NO-BLINDADO (UTP) El cable UTP es el más usado para conexiones de equipo con cableado horizontal y vertical dentro de una LAN de dimensiones promedio y para patch cords (aunque en este caso se recomienda usar patch cords armados de fábrica). Está dividido en varias categorías, de las cuales las más importantes son: UTP Categoría 3: Cable de 100 ohms. Basado en el estándar EIA/TIA. Se usa típicamente para transmisión de datos de hasta 10 Mbps, lo que incluye 10BaseT. Ha sido probado hasta 16 MHz. UTP Categoría 4: Cable de 100 ohms. Basado en el estándar EIA/TIA. Se ha probado hasta frecuencias de 20 MHz y medio ambiente de Token Ring de 16 Mbps. Se asocia también con 10BaseT. UTP Categoría 5: Cable de 100 ohms. Basado en el estándar EIA/TIA. Ha sido probado hasta 100 MHz. Se usa para redes Fast Ethernet (100 Mbps) y CDDI (FDDI en cobre de 100 Mbps). Esta velocidad favorece el soporte de multimedia, voz, datos y HDTV. UTP Categoría 6: Cable de 100 ohms en desarrollo, el cual promete funcionar a frecuencias de hasta 200 y 250 MHz PAR TRENZADO BLINDADO CON MALLA DE METAL(FTP) Características: - Cable de 150 ohms. - Es grueso, ya que tiene un blindaje individual por cada par. - Es costoso y difícil de instalar. - Soporta radiaciones electromagnéticas. Todos los componentes son probados para un funcionamiento eléctrico de hasta 300 MHz.. Acomoda aplicaciones multimedia simultáneamente (video y datos). Soporta 16 Mbps en Token Ring, 100 Mbps en FDDI, 155 Mbps en ATM PAR TRENZADO BLINDADO (STP) Es muy similar al FTP, con la diferencia de que aquí tenemos solamente dos pares, y cada uno de estos cuenta con un blindaje individual de aluminio para dar mayor protección contra las interferencias electromagnéticas del exterior. Se ha comprobado que un cable con un blindaje debidamente aterrizado es 4 veces superior a la de un sistema no blindado en cuanto a emisiones electromagnéticas. Es recomendable usar esta protección cuando sabemos de antemano que nuestro cableado va a pasar por equipos que puedan producir esa interferencia FIBRA ÓPTICA Un hilo de fibra óptica consta de dos capas concéntricas siguientes: Un núcleo central, cuyo índice de refracción se designará como n1, y un revestimiento (cladding) con un índice de refracción designado como n2. La función del cladding es proporcionar lo necesario para que ocurra el fenómeno de reflexión interna y así proteger al núcleo de cualquier contaminación (ver figura 1.3). Las ventajas y desventajas se enuncian a continuación: VENTAJAS: DESVENTAJAS: - Gran alcance - Expuesta a accidentes y animales - Inmunidad al ruido externo - Estricto proceso de fabricación - No produce radiaciones electromagnéticas - Equipo sumamente caro - Dimensiones pequeñas, fácil manejo - Instalación tardada - Tiempo de vida óptimo - Tasas de error muy bajas 4

5 Revestimiento Núcleo Vista frontal Vista lateral Figura 1.3. Constitución de una fibra óptica Existen dos tipos de fibra óptica: Multimodo y Modomodo. En la fibra multimodo, el tamaño relativamente grande del núcleo permite que la luz se propague con diversos ángulos, por lo que tiene una alta atenuación, y existen dos tipos que se muestran en la figura 1.4. Un solo ángulo de reflexión Núcleo compuesto de una sola capa F. O. Multimodo Step-Index El retardo de propagación es diferente para cada trayectoria que sigue la luz Múltiples ángulos de reflexión Núcleo compuesto de múltiples capas con diferente densidad El índice de refracción del núcleo varía acorde a su diámetro. La diferencia en el retardo de propagación de la luz debido a los modos de propagación es mínima F. O. Multimodo Graded-Index Figura 1.4. Tipos de fibra óptica multimodo. En la fibra monomodo, el tamaño del núcleo es tan pequeño que hay una sola trayectoria de transmisión. La fibra monomodo tiene un gran ancho de banda y baja atenuación. Ver figura micras 125 micras 62.5 micras 8.3 micras Multimodo Monomodo Figura 1.5. Dimensiones de F.O. 5

6 Los principales tipos de conectores para la fibra óptica son: SMA: Conector de tipos rosca. ST: Conector tipo bayoneta. Su conexión es más exacta y segura, y es el más popular. FC-PC: Es una combinación de bayoneta y rosca. SC: Conector de sección cuadrada. Actualmente ha tenido una gran aceptación. Los cables de fibra óptica comerciales vienen en grupos. La figura 1.6 muestra 2 ejemplos de estos tipos de cables. Figura 1.6. Cable de fibra óptica MEDIOS INALÁMBRICOS Un medio de transmisión inalámbrico es aquel que permite comunicar dos o más partes de una red sin la necesidad de tender cable. Se usan cuando la distancia entre los dos puntos es muy grande (foránea o internacional), o cuando es poco práctico o imposible instalar cable para dicho enlace. Se dividen principalmente en 3: Radioenlances Satélites Rayo láser RADIOENLACES Este tipo de medio utiliza el espacio o la atmósfera para la propagación de señales, por lo que son afectados por condiciones de humedad, temperatura, polución y descargas eléctricas. Se requiere que exista línea de vista, por lo que se debe considerar la orografía y el crecimiento urbano. Los más comunes son los sistemas de onda corta que se usan para conexiones que cubren distancias cortas (unos cuantos km). Son unidireccionales (SIMPLEX), requieren de una antena semiparabólica y equipo de Tx/Rx. La figura 1.7 muestra un esquema de un sistema típico de radioenlaces: 6

7 Equipo Multiplex Tx/Rx Repetidores de radio Tx/Rx Equipo Multiplex Figura 1.7. Sistema típico de un radioenlace SATELITES ARTIFICIALES ACTIVOS Estos se sitúan en la órbita ecuatorial a km de altura, con periodo de rotación de 24 horas. Sus funciones son: - Reciben señales de estaciones terrenas - Amplifican la señal - Cambian la banda de frecuencias - Transmiten en broadcast a la tierra El sistema de transmisión consta de estaciones terminales (transmisora y receptora) y de estaciones repetidoras (satélite). La señal es recibida y transmitida mediante antenas parabólicas conectadas en las estaciones terrenas. Tienen 3 subdivisiones, que son: a) Banda C: de 4/6 GHz b) Banda Ku: de 11/14 Ghz c) Banda L RAYO LASER Transmite información modulada para un ancho de banda de 100 MHz. La transmisión es directa y cubre pequeñas distancias debido a la atenuación. Se emplea para conexiones directas de edificio a edificio, entre computadoras y entre satélites artificiales REDES INALÁMBRICAS Actualmente, las redes están evolucionando y los enlaces inalámbricos (o de wireless) son más comunes. Por ejemplo, es posible conectar un ruteador completo a un equipo de wireless y estar comunicado con otro equipo semejante que tiene conectado un switch en un edificio distante que soporta toda un área de trabajo. Este equipo comúnmente es de radiofrecuencia y opera a frecuencias típicas de 2 GHz, con alcances de 150 mts, a una velocidad de 10 Mbps. Está normado por el estándar IEEE

8 1.3. DESARROLLO PRÁCTICO: El objetivo principal de esta práctica es conocer los diferentes tipos de cable y conectores, y aprender a construir cada uno de estos. Nos enfocaremos a construir solamente los de par trenzado y los de cable coaxial, ya que son los más comunes y los más fáciles de construir. Se recomienda al profesor coordinar una práctica demostrativa para la construcción y empalme de fibra óptica MATERIAL Y HERRAMIENTA EMPLEADOS Material (por alumno): Herramienta (proporcionada por el Lab.): - 4 mts. de cable UTP categoría 5 - Pinzas para ponchar patch cords - 4 conectores plug RJ-45 - Pinzas de punción 110 (para el patch panel) - Navaja peladora de cable UTP - Pinzas de corte Equipo utilizado (proporcionado por el Lab.): - Medidor de cable de categoría 5 Fluke 620 (o equivalente) IDENTIFICACION DE CABLES Y CONECTORES Esta parte de la práctica es demostrativa y tiene por objeto que el alumno conozca cada uno de los tipos de cable y sus respectivos conectores. a) Par Trenzado: b) Cable Coaxial: Cable UTP Cable FTP Cable STP Conectores RJ-45 (jacks y plugs) Paneles de parcheo (patch panel) Patch cords (rectos y cruzados) Cable RG-58 Cable RG-59 Conectores macho Conectores hembra c) Fibra óptica: Hilo de fibra óptica Cable de fibra óptica Patch cord de fibra óptica Conectores SMA Conectores ST Conectores FC-PC Conectores SC Paneles de conectorización LIU 8

9 CONSTRUCCIÓN Y CONECTORIZACIÓN DE CABLES a) Par trenzado: a.1. El propósito es construir dos patch cords: uno de ellos tendrá una configuración de cable recto (straight through)), y el otro será un cable cruzado (cross-over). Para esto, siga las configuraciones de las figuras 1.8 (a y b). Figura 1.8(a). Configuración de un Cable Recto (Straight Through). Figura 1.8(b). Configuración de un Cable Cruzado (Cross Over). a.2. Conectorizar un cable UTP en un jack de nivel 5 (roseta). Esto es muy fácil, ya que las rosetas tienen el código de color impreso. a.3. Conectorizar un cable UTP en un patch panel. a.4. Probar la calidad del cable, tanto de los patch cords armados como del cableado horizontal rematado en el patch panel y en la roseta. Para esto nos auxiliamos de un scanner o medidor de cables de categoría 5. b) Cable Coaxial: Construir un cable coaxial RG-58. Por un extremo con jack (conector hembra) y por el otro con plug (conector macho). 9

10 c) Fibra óptica: Esta parte es demostrativa, debido al alto costo de la fibra, de los conectores y del equipo de prueba. Se recomienda al profesor coordinar una práctica demostrativa con personal calificado y equipo de pruebas adecuado. Se recomienda incluir en esta demostración: Construcción de cables con diferentes tipos de conectores Empalmes simples Empalmes por fusión 10

11 1.4. CUESTIONARIO: i) Mencione la importancia de elegir un buen sistema de medios de transmisión durante el diseño y la construcción de una red de datos. ii) Describa los diferentes tipos de cable de par trenzado y fibra óptica. Mencione cuál de ellos usaría en cuál caso, suponiendo que desea hacer el diseño de su red de datos en una empresa. Suponga que existen pasos de tubería con cableado eléctrico, pasos a la intemperie, equipos electromagnéticos y que se trata de un almacén en la que hay montacargas y manejo rudo. iii) Qué opciones tiene para conectar inalámbricamente dos redes de datos? Discuta su respuesta miembros de su equipo. iv) En qué casos utilizaría el cable UTP, FTP y STP? Discuta su respuesta. v) Cuáles son los dos métodos de empalmes de las fibras ópticas? Mencione las ventajas y desventajas de cada una. vi) Considerando las características de la fibra óptica (ventajas y desventajas). Considera usted que es 100% preferible usarla sobre cualquier cable de par trenzado? Porqué? Discuta su respuesta con sus compañeros. vii) Invente un diseño de red de datos y elija el tipo de medios de transmisión que usará en cada una de las secciones o áreas que la conforman. Justifique su respuesta CONCLUSIONES: Escriba sus observaciones y conclusiones referentes a las experiencias y lo aprendido durante la realización de esta práctica, y de lo aprendido en el aula de clases. 11

12 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ROBLEDO Sosa, Cornelio REDES DE COMPUTADORAS Segunda Edición, Ed. Politécnico OTRAS REFERENCIAS: ANSI TIA/EIA 568 ANSI TIA/EIA 569 ANSI TIA/EIA 606 ANSI TIA/EIA