FUNDAMENTOS DE REDES. Capa Física

Transcripción

1 FUNDAMENTOS DE REDES Capa Física

2 Conceptos de capa física Existencia de límites físicos en la cantidad de información que se puede enviar sobre un canal. Depende del ambiente donde se va a instalar Tipo de equipo a usar Tipo de aplicación y requerimientos Medios de transmisión: Guiados No guiados

3 Conceptos de capa física Funciones Responsable de la conexión de dispositivos de usuario de diferentes fabricantes a los circuitos de comunicación, cubre los aspectos mecánicos, eléctricos, funcionales y procedimentales. Mecánicos: Tipo de conector, dimensiones, ubicación de los pines, etc. Eléctricos: Niveles de voltaje, impedancia, protección a interferencias y tierras, límites de velocidad y alcance. Funcionales: Significado de los niveles de voltaje en cada pin del conector y sincronización de los cambios. Procedimentales: Reglas y secuencia de eventos en cada circuito de la interfaz, estados del equipo: preparado, no listo, averiado, transmitiendo, etc.

4 Conceptos de capa física Características La capacidad de transportar información (Ancho de Banda) El rango de distancias sobre el cual esta capacidad es efectiva (Atenuación) La inmunidad al ruido (Relación señal a ruido)

5 Conceptos de capa física Atenuación Ruido

6 Conceptos de capa física Medios de Transmisión Transporta una corriente de bits de una dispositivo físico a otro. La secuencia de bits puede ser representada como pulsos eléctricos como es el caso de medios de cobre, o pulsos de luz si el medio que utiliza es fibra óptica. Cada medio que se emplee define un ancho de banda, retardo, facilidad de instalación, mantenimiento y costo.

7 Conceptos de capa física Medios de Cobre El cobre es el medio más común para el cableado de la señal, esta caracterizado por: Conductividad Resistencia a la corrosión Ductilidad Maleabilidad Fuerza En las redes se emplean dos tipos de cable de cobre: Par trenzado y coaxial.

8 Medios de cobre Par trenzado Se usa en telefonía y en la mayoría de redes Ethernet. Un par de cables forman un circuito que puede transmitir datos. El trenzar los pares evita la diafonía (ruido), se garantiza cancelación (campos magnéticos), y la eliminación del ruido (señales diferenciales). El ancho de banda depende del grosor del cable y de la distancia. Bajo costo, fácil instalación, poca inmunidad al ruido Utilizado en topología en estrella Los segmentos deben ser máximo de 100 m

9 Medios de cobre Par trenzado Tipos: Cable STP (Shielded Twisted-Pair) ScTP (Screened Twisted-Pair) Cable UTP (Unshielded Twister Pair)

10 Medios de cobre Par trenzado Cable STP (Shielded Twisted-Pair) Contiene cuatro pares de hilos de cobre finos cubiertos por aislantes plásticos codificados por colores y trenzados conjuntamente, cada para está envuelto en una fina lamina metálica, y los cuatro envueltos en otra capa metálica, la que se recubre con una cubierta plástica.

11 Medios de cobre Par trenzado Cable ScTP (Screened Twisted-Pair) Variante del cable STP, con sólo una capa de blindaje alrededor del conjunto de pares de hilos.

12 Medios de cobre Par trenzado Cable UTP (Unshielded Twister Pair - Par trenzado no blindado) Señales telefónicas hasta 100 Khz. Manejo e instalación sencillo, fácil y económico Susceptible al ruido eléctrico y a las interferencias. No se necesita sistema de tierra, basta con aterrizar los gabinetes Se debe considerar una buena canalización que pueda aislar las interferencias.

13 Medios de cobre Par trenzado Cable UTP Categoría 3 Soporta hasta 16 MHz para uso con transmisiones de voz y de datos de baja velocidad tipo asíncronas, o aplicaciones de datos de velocidad media: Token Ring de 4 Mbps o Ethernet de 10 Mbps. Cable UTP Categoría 4 Soporta hasta 20 MHz para uso con transmisiones de voz y datos hasta 16 Mbps (token ring de 16 Mbps y ethernet) Alto rechazo a la diafonía y baja atenuación. Cable UTP Categoría 5 Hasta 100 MHz para aplicaciones de mas de 100 Mbps. Aplicaciones de voz y redes LAN, con las velocidades requeridas en aplicaciones de ATM y Fast-ethernet.

14 Medios de cobre Par trenzado Cable UTP Categoría 5E, 6 GigaSPEED Ethernet a 1 Gbps Categoría 5E a 100 MHz Categoría 6 a 200 y 250 MHz La categoría 6 es adecuada para 10GBaseT. No obstante, se espera una nueva especificación para este último estándar. Estándar de conectores es a 100 MHz (cuello de botella)

15 Medios de cobre Par trenzado Cable UTP Categoría 6 A 10Giga La TIA aprobó una nueva especificación estándar de rendimiento mejorados para sistemas con cables trenzados no blindado (unshielded). y cables trenzados blindado (Foiled). La especificación ANSI/TIA/EIA-568-B.2-10 indica sistemas de cables llamados Categoría 6 Aumentada o más frecuentemente "Categoría 6A", que operan a frecuencias de hasta 550 MHz (tanto para cables no blindados como cables blindados) y proveen transferencias de hasta 10 GBit/s. La nueva especificación mitiga los efectos de la diafonia o crosstalk. Soporta una distancia máxima de 100 metros. En el cable blindado la diafonía externa (crosstalk) es virtualmente cero.

16 Medios de cobre Par trenzado Cable UTP Categoría 7 10Giga También conocido como categoría F, soporta frecuencias de hasta 600 MHz, apto para 10GBaseT y velocidades superiores futuras. Aunque hay fabricantes que ofertan cables de esta categoría, aún no está plenamente normalizado. Este nuevo cable trae consigo el cambio de los conectores RJ45 por dos nuevos tipos. Conectores TERA y GG45, que permiten conectar cables con más de 4 pares de hilos, para distintos propósitos, en una misma clavija.

17 Medios de cobre Par trenzado Conectorización

18 Medios de cobre Par trenzado Conectorización

19 Medios de cobre Par trenzado Conectorización

20 Medios de cobre Par trenzado IEEE 802.3af ( PoE) Power over Ethenet RJ45 Pin 1 RX+ 2 RX- 3 TX+ 4 V+ 5 V+ 6 TX- 7 V- 8 V-

21 Medios de cobre Cable coaxial Dicho cable consiste de un alambre interior que se mantiene fijo en un medio aislante que después lleva una cubierta metálica. La capa exterior evita que las señales de otros cables o que la radiación electromagnética afecte la información conducida por el cable coaxial. En la siguiente figura se muestra un cable coaxial típico.

22 Medios de cobre Cable coaxial El conector utilizado en aplicaciones LAN es el BNC (British Naval Conector). Velocidad y rendimiento de transferencia: 10 a 100 Mbps Costo medio por nodo: Barato Tamaño del medio y el conector: Medio

23 Fibra Óptica Es un medio capaz de transmitir luz modulada. Capacidad muy alta: Tazas de datos de cientos de Gbps. El más pequeño en tamaño y peso. Baja atenuación. Inmune al ruido electromagnético, y de radiofrecuencia. Aislamiento. Precio promedio por nodo: El más alto Expansión Regeneración de señal cada 70Km

24 Fibra Óptica El núcleo es la sección de la fibra óptica a través de la cual los rayos de luz viajan. Revestimiento (cladding) que cubre el núcleo y confina la luz dentro del núcleo Recubrimiento (buffer) que protege al revestimiento

25 Fibra Óptica Una vez el haz de luz ha entrado en la fibra existe una cantidad limitada de rutas ópticas, estas rutas son llamados modos. Fibra Óptica Monomodo. Fibra Óptica Multimodo

26 Fibra Óptica

27 Fibra Óptica

28 Fibra Óptica: Distancias y diámetros

29 IEEE Mbps Ethernet 10 Mbps Ethernet 10Base5 10BaseT 10BaseF Thick coax cable 500 meters 10Base2 2 pairs Category-3 or better UTP 100 meters 10Broad36 2 multimode optical fibers Thin coax cable 185 meters 3 channels of a private CATV system 3600 meters

30 IEEE Mbps Ethernet 100BaseT 100BaseX 100BaseT4 100BaseT2 4 pairs Category-3 or better UTP 100 meters 2 pairs Category-3 or better UTP 100 meters 100BaseTX 100BaseFX 2 pairs Category-5 or better UTP 100 meters 2 multimode optical fibers 2000 meters (full duplex)

31 IEEE Gigabit Ethernet 1000BaseX 1000BaseSX 1000BaseLX 1000BaseCX 1000BaseT 2 multimode optical fibers using shortwave laser optics 550 meters 2 multimode or single-mode optical fibers using longwave laser optics 550 meters multimode, 5000 meters single-mode 2 pairs STP 25 meters 4 pairs Category-5 UTP 100 meters

32 IEEE Gbps Ethernet 10GBaseX 10GBaseLX4 10GBaseS 10GBaseL 10GBaseE Multimode or single-mode optical fibers 300 meters multimode, 10 km single-mode Multimode optical fibers 300 meters Single-mode optical fibers 10 km Single-mode optical fibers 40 km

33 Componentes de la Capa Física Pasivos Conectores Cableado Jacks Páneles de conexión Activos Repetidores, Concentradores, Transceivers

34 Componentes de la Capa Física: Conectores La terminación estándar del cable UTP es el conector RJ-45 (Registered Jack-45). Este conector reduce el ruido, la reflexión y los problemas de estabilidad mecánica y se asemeja al conector telefónico, con la diferencia de que tiene ocho conductores en lugar de cuatro. Se considera como un componente de networking pasivo de Capa 1, más que un dispositivo, pues sólo sirve como un camino conductor de bits entre el cable trenzado y la toma RJ-45.

35 Componentes de la Capa Física: Jacks Los conectores RJ-45 se insertan en jacks o receptáculos RJ-45, estos jacks tienen 8 conductores, que se ajustan a los del conector RJ-45. En el otro lado del jack RJ-45 hay un bloque de inserción donde los hilos individuales se separan y se introducen en ranuras mediante una herramienta de punción por impacto. Esto suministra un camino conductor de cobre para los bits. El jack RJ-45 es un componente de Capa 1.

36 Componentes de la Capa Física: Patch Panel Los paneles de conexión son jacks RJ-45 agrupados de forma conveniente. Vienen provistos de 12, 24 ó 48 puertos y normalmente están montados en un armario o rack. Las partes delanteras son jacks RJ-45, y las partes traseras son bloques de punción que proporcionan conectividad o caminos conductores. Se clasifican como dispositivos de Capa 1.

37 Componentes de la Capa Física: Transceivers Son conversones de medio Por ejemplo cambian de señales ópticas a una eléctrica (Fibra óptica a cable UTP) Dispositivos independientes Módulos de conexión SFP (Small Form Factor ) y GBIC instalados sobre dispositivos de red

38 Preguntas Cuál es el medio más utilizado en un entorno LAN para conectar los puntos de red? En un ambiente de MAN y WAN cuál es el medio más apropiado? La fibra óptica multimodo es apropiada para interconexiones de grandes distancias (>1Km) a 1Gbps? Cuando utilizar un patch cord cruzado?

39 Conceptos de cableado estructurado Define la metodología y normas que rigen el diseño, y la instalación de cableado (medio de transmisión) Aplica para las redes de cualquier tipo para empresas o edificio de oficinas, e incluso para hogares. Cada implementación obedece estándares internacionales Cableado estructurado define un sistema de cableado genérico de voz, datos e imagen, que soporta un ambiente multiproducto, multifabricante y multimedios. Es una infraestructura de tecnología de la información IT que define un diseño de cableado basado en los requisitos del usuario final, permitiendo su implementación aunque exista poco o ningún conocimiento del equipo activo o aplicación a instalar.

40 Conceptos de cableado estructurado ANSI American National Standards Institute TIA Telecommunications Industry Association EIA Electronic Industries Alliance NEC National Electrical Code IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

41 Conceptos de cableado estructurado: Estándares ANSI/TIA/EIA-569 Commercial Building Standards for Telecommunications Pathways and Spaces ANSI/TIA/EIA-607 Grounding and bonding requirements for Telecommunication in commercial buildings ANSI/TIA/EIA-606 Administrations Standard for Telecommunication Infrastructure of Commercial Buildings ANSI/TIA/EIA-568-A Commercial Building Telecommunication Cabling Standards (Categorías 5 y 5e) ANSI/TIA/EIA-568-B Commercial Building Telecommunication Cabling Standards (Categoría 6)

42 Consideraciones Las estructuras de los edificios son dinámicas. Las remodelaciones de los edificios son algo común y deben ser tomadas en cuanta desde el momento del diseño. Los sistemas de telecomunicaciones son dinámicos. Las tecnologías y los equipos de telecomunicaciones en los edificios pueden cambiar drásticamente. Las telecomunicaciones son más que voz y datos. Los sistemas como control ambiental, seguridad, audio televisión, alarmas y sonido, son sistemas incorporados dentro del concepto de Telecomunicaciones.

43 TIA/EIA A Alcance Se limita a los aspectos de telecomunicaciones en el diseño y construcción de edificios comerciales El estándar no cubre los aspectos de seguridad en el diseño del edificio

44 TIA/EIA A Rutas de Cableado Horizontal Rutas de Cableado Principal Área de Trabajo Cuarto de Telecomunicaciones Cuarto de Equipo Entrada de Servicios

45 Subsistemas de cableado estructurado Subsistemas: Horizontal Backbone de edificio Backbone de campus

46 Subsistemas de cableado estructurado Consta de hasta tres subsistemas: Cableado horizontal: Es el cableado en cada piso del edificio que conecta las salidas de telecomunicaciones en el área de trabajo a un distribuidor de piso (FD) localizado en un cuarto de telecomunicaciones Cableado backbone de edificio: Es el cableado que conecta cada FD dentro del mismo edificio ya sea al distribuidor de campo (CD) o a un distribuidor de edificio (BD) Cableado backbone de campus: Es el cableado que conecta los BDs con el CD

47 Cableado horizontal Se extiende desde la sala de telecomunicaciones (TO) del Área de trabajo (WA) hasta el distribuidor de piso (FD) en el cuarto de telecomunicaciones El cableado horizontal debe tener una topología de estrella, esto quiere decir que cada una de las salidas de telecomunicaciones distribuidas en las áreas de trabajo, debe ser conectada a un distribuidor de cables de piso. El cable de piso debe estar instalado en el interior de un cuarto de telecomunicaciones. Cada área de trabajo debe ser atendida por el distribuidor de cables ubicado en el mismo piso. Cuando en un piso de oficinas de un edificio existen pocos usuarios, se permite que los puestos de trabajo sean atendidos por un distribuidor de cables de piso localizado en un piso adyacente. Incluye : Cables horizontales Salida de telecomunicaciones en el WA Terminaciones mecánicas Cordones y jampers en el distribuidor de piso

48 Cableado horizontal UTP o ScTP de 100 ohmios y cuatro pares Fibra óptica multimodo de 50/125 µm Fibra óptica multimodo de 62.5/125 µm

49 Cableado horizontal Entre el distribuidor y los puestos de trabajo debe haber una distancia máxima horizontal de cable de cobre de 90 metros. Entre el distribuidor de cables de piso y el puesto de trabajo debe haber una distancia máxima de cable de fibra de 150 metros.

50 TIA/EIA A Rutas de Cableado Horizontal Las rutas de cableado horizontal incluyen: Ducto bajo el piso Piso falso Tubo Conduit Charolas (bandejas) para cable Rutas de techo falso Rutas perimetrales

51 TIA/EIA A Rutas de Cableado Horizontal Escalerilla para cable

52 TIA/EIA A Rutas de Cableado Horizontal Rutas Perimetrales - Capacidad: Oscila entre el 30% y 60% de capacidad máxima dependiendo del radio de curvatura del cable 60% 40%

53 Cableado de backbone Se extiende desde el distribuidor de campus a los distribuidores de piso FD e incluye el distribuidor del campus CD, el distribuidor del edificio BD, el hardware de conexión dedicado al cableado backbone, y los cables que lo conectan. Incluye las terminaciones mecánicas y conexiones cruzadas (jumpers/patch cords) utilizados para conexiones de backbone. El cableado backbone no incluye cables en los cuartos de telecomunicaciones, cuartos de equipo o acometida que conecten al equipo en los predios del cliente (CPE)

54 TIA/EIA A Rutas de Cableado Vertical

55 Cableado de backbone Cables reconocidos de backbone: 100 ohm UTP cable 62.5/125 µm optical fiber cable 50/125 µm optical fiber cable single-mode optical fiber cable 150 ohm STP-A cable no es recomendado para instalaciones nuevas 50 ohm coaxial cable no es admitido.

56 Cableado de backbone Topología El cableado principal debe utilizar una topología jerárquica en forma de estrella, y debe tener como máximo 2 niveles jerárquicos de interconexión, con el fin de evitar la degradación de la señal producida por sistemas pasivos y para simplificar la administración de la red de cableado.

57 TIA/EIA A Rutas de Cableado Vertical Rutas dentro del edificio Consiste en conduit, mangas y ranuras Conecta la entrada de servicios a los cuartos de telecomunicaciones. No deben colocarse en los cubos de los elevadores

58 TIA/EIA A Rutas de Cableado Vertical Rutas entre edificios Interconexión de edificios tal como en ambientes tipo campus el cual consiste en: Subterráneo Enterrado Aéreo De Túnel

59 Espacios de telecomunicaciones Cuarto de telecomunicaciones (TR) Cuarto de equipos (ER) Acometida (EF)

60 TIA/EIA A Cuartos de Telecomunicaciones Punto de transición entre las rutas horizontal y vertical Debe estar situado tan cerca como sea posible del centro del área que se está sirviendo Distribución del cable horizontal, unidades para atender pisos o áreas individuales. Se emplean para conectar cableado horizontal a backbone y equipo de telecomunicaciones Las rutas horizontales deben terminar en el cuarto de telecomunicaciones localizado en el mismo piso del área que se está sirviendo El espacio debe dedicarse Exclusivamente a las funciones de telecomunicaciones El equipo no relacionado con telecomunicaciones no debe instalarse dentro, pasar a través o entrar en el cuarto de paneles

61 TIA/EIA A Cuartos de Telecomunicaciones Mínimo un cuarto de telecomunicaciones por piso, se requiere uno adicional si las distancias exceden los 90 metros Múltiples cuartos de telecomunicaciones en un piso deben ser interconectados por un conduit de 3" mínimo o equivalente

62 TIA/EIA A Cuartos de Equipo Espacio centralizado para equipo de telecomunicaciones Evite lugares que puedan limitar la expansión Debe ser diseñado para un área que pueda dar servicio a los equipos que contendrá, si se desconocen los equipos se deberá considerar 0.07M 2 por cada 10m 2 de área de trabajo, tendrá un mínimo de 14m 2 Contienen una amplia proporción del equipo de telecomunicaciones, terminaciones de cable, y conexiones cruzadas. Se los puede imaginar como unidades que atienden todo el edificio o campus. Se usan principalmente para terminaciones de equipo y cableado backbone

63 TIA/EIA A Acometidas Consiste en la entrada de servicios de telecomunicaciones al edificio Puede contener rutas de cableado vertical a otros edificios en ambientes tipo campus Consiste en la entrada de cable de servicio público o privado a un edificio (incluyendo antena) iniciando desde el punto de entrada al edificio y continuando hasta el cuarto o espacio de acometida. Contiene típicamente el punto de demarcación de la red así como instalaciones de terminación de cableado backbone de campus y edificio. Provee espacio para la terminación de cable de entrada y el cableado vertical Debe ser situado tan cerca como sea posible del punto de demarcación del edificio

64 TIA/EIA A Acometidas Métodos básicos para entrar al edificio Subterráneo Enterrado Aéreo

65 TIA/EIA A Área de Trabajo Espacios en un edificio donde los ocupantes interactúan con sus equipos de telecomunicaciones Se recomienda ocupar un área de trabajo cada 10 m2 de área utilizable del edificio, si no se dispone de mejores datos. Como sugerencia se recomienda tener en cuenta como mínimo tres dispositivos de conexión por área de trabajo. Pueden conectarse computadores, teléfonos, cámaras de video, sistemas de alarma, impresoras relojes de personal etc. Si se llegasen a necesitar adaptadores, estos deben ser puestos de forma externa. Típicamente una caja de uso eléctrico de 4" x 4 Mínimo una caja de salidas por estación de trabajo, se recomienda tener una salida eléctrica a menos de 1mt.

66 Áreas de trabajo Las áreas de trabajo deben poseer mínimo 2 conectores de telecomunicaciones. En todas las áreas de trabajo, se debe garantizar al menos un punto de red, el cual debe estar compuesto de un camino para los datos (UTP o Fibra) y otro para voz ó audio.