Capa Física

Funciones:

• Se encarga que las comunicaciones, dispositivos, computadoras, entiendan los niveles eléctricos o de luz.
• Proporciona los medios de transporte para los bits
• Define si el medio de comunicación (cableado, WIFI,etc.) y su codificación.
•  Transformaciones que se hacen a la secuencia de bits para trasmitirlos de un lugar a otro. 
• La capa física proporciona una interfaz eléctrica, mecánico y procedimental para el medio de transmisión.
• Configuración de la línea punto a punto, multipunto ó  punto a multipunto 
• Topología física de la red, por ejemplo en bus, malla, estrella,etc.
• Comunicación en serie ó paralela
• Modo de transmisión  simplex, half duplex o full duplex
• La capa física le proporciona servicios a la capa de enlaces de datos con el objetivo que esta le proporcione servicios a la capa de red. La capa física recibe un flujo de bits e intenta enviarlo a destino, no siendo su responsabilidad entregarlos libre de errores.
• En esta capa NO existen protocolos, sólo estándares que son responsables de describir las características físicas, mecánicas y eléctricas de los medios que interconectan los dispositivos de red.

Medios de transmisión

Guíados: 

Los medios de transmisión guiados están constituidos por un cable que se encarga de la conducción (o guiado) de las señales desde un extremo al otro, entre los que se encuentran:

• Coaxial
• Par Trenzado
• Fibra Óptica

No Guíados: 

Tanto la transmisión como la recepción de información se lleva a cabo mediante antenas. A la hora de transmitir, la antena irradia energía electromagnética en el medio. Por el contrario en la recepción la antena capta las ondas electromagnéticas del medio que la rodea.

• Radio
• Microondas 
• Luz (infrarrojos/láser).

Guiados

*Coaxial: 

Creado en la década de los 30.

Es un cable utilizado para transportar señales eléctricas de alta frecuencia que posee dos conductores concéntricos, uno central, llamado vivo, encargado de llevar la información, y uno exterior, de aspecto tubular, llamado malla o blindaje, que sirve como referencia de tierra y retorno de las corrientes. Entre ambos se encuentra una capa aislante llamada dieléctrico, de cuyas características dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el conjunto suele estar protegido por una cubierta aislante.

El conductor central puede estar constituido por un alambre sólido o por varios hilos retorcidos de cobre; mientras que el exterior puede ser una malla trenzada, una lámina enrollada o un tubo corrugado de cobre o aluminio. En este último caso resultará un cable semirrígido.

El ejemplo más común de este tipo de cables es el coaxial de televisión.

*Par trenzado:

Se denomina cable de Par Trenzado consiste en dos alambres de cobre aislados, que se trenzan de forma helicoidal, igual que una molécula de DNA. De esta forma el par trenzado constituye un circuito que puede transmitir datos.

Es el tipo de cable más común y se originó como solución para conectar teléfonos, terminales y ordenadores sobre el mismo cableado. Con anterioridad, en Europa, los sistemas de telefonía empleaban cables de pares no trenzados.

Cada cable de este tipo está compuesto por un serie de pares de cables trenzados. Los pares se trenzan para reducir la interferencia entre pares adyacentes. Normalmente una serie de pares se agrupan en una única funda de color codificado para reducir el número de cables físicos que se introducen en un conducto.

El número de pares por cable son 4, 25, 50, 100, 200 y 300. Cuando el número de pares es superior a 4 se habla de cables multipar.

*Fibra óptica:  

El cable de fibra Óptica está compuesto por un grupo de fibras ópticas por el cual se transmiten señales luminosas. Las fibras ópticas comparten su espacio con hiladuras de aramida que le confieren la necesaria resistencia a la tracción.

Está constituido por uno o más hilos de fibra de vidrio, cada fibra de vidrio consta de:

• Un núcleo central de fibra con un alto índice de refracción.
• Una cubierta que rodea al núcleo, de material similar, con un índice de refracción ligeramente menor.
• Una envoltura que aísla las fibras y evita que se produzcan interferencias entre fibras adyacentes, a la vez que proporciona protección al núcleo. Cada una de ellas está rodeada por un revestimiento y reforzada para proteger a la fibra.

Conectores

Son aquellos elementos que nos hacen posible la unión entre determinado tipo de cable que transporta una señal y un equipo o accesorio que la envía o recibe. Nos facilitan la tarea de conectar y desconectar, permitiéndonos cambiar equipo o cableado rápidamente.

• RJ45
• Coaxial
• ST
• SC

*RJ45 : interfaz física comúnmente usada para conectar redes de cableado estructurado, (categorías 4, 5, 5e, 6 y 6a). Posee ocho pines o conexiones eléctricas, que normalmente se usan como extremos de cables de par trenzado.

Es utilizada comúnmente con estándares como TIA/EIA-568-B, que define la disposición de los pines o wiring pinout.

Una aplicación común es su uso en cables de red Ethernet, donde suelen usarse 8 pines (4 pares). Otras aplicaciones incluyen terminaciones de teléfonos (4 pines o 2 pares) por ejemplo en Francia y Alemania, otros servicios de red como RDSI y T1 e incluso RS-232.

*Coaxial: 

Son conectores para cable coaxial y hay de tipo "N", "BNC", "DNC", "SMA" y "TNC".

Así mismo hay hembras y machos:

Macho:

Hembra:

SC(Set and Connect): 

Conector para Fibra óptica. Es un conector de inserción directa que suele utilizarse en conmutadores Ethernet de tipo Gigabit. 

Estructura:

1. Ferrule, generalmente de cerámica con un diámetro exterior de 2,5 mm, siendo el orificio interior de 127 um para las FMM y 125,5 para las FSM.

2. Cuerpo, de plástico con un sistema de acople “Push Pull” que impide la desconexión si se tira del cable, también bloque posibles rotaciones indeseadas del conector.

3. Anillo de crimpado

4. Manguito, imprescindible para dar rigidez mecánica al conjunto y evitar la rotura de la fibra.

ST  (Set and Twist): 

Conector de Fibra Óptica. Es un conector similar al SC, pero requiere un giro del conector para su inserción, de modo similar a los conectores coaxiales. El más empleado para finalizar fibras ópticas multimodo (FMM), hoy en día está en desuso, no obstante sigue muy presente en multitud de instalaciones. Su diseño se inspira en los conectores para cables coaxiales, tiene un sistema de anclaje por bayoneta que hace de este conector un modelo muy resistente a las vibraciones por lo que es especialmente indicado para entornos exigentes.

Estructura:

1.-Ferrule, debe albergar la fibra y alienarla. La calidad del ferrule es determinante para lograr que la fibra esté correctamente centrada y se logre la mejor conexión posible. El ferrule en conectores ST tiene un diámetro exterior de 2,5 mm, siendo el orificio interior de 127 um para las FMM. Los ferrule pueden ser de metal, cerámica o plástico.

2.-Cuerpo metálico, con una marca que sólo permite su inserción en una posición, una vez introducido se gira un cuarto de vuelta y queda fijado por un resorte con mecanismo de bayoneta.

3.-Anillo de crimpado

4.-Manguito, imprescindible para dar rigidez mecánica al conjunto y evitar la rotura de la fibra.

5.-Resorte que permite cerrar o liberar el mecanismo de bayoneta.

No Guiados

*Radio Frecuencia:

El término radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3 kHz y unos 300 GHz. El hercio es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas, y corresponde a un ciclo por segundo.1 Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro, se pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a una antena.

1ciclo = 1 HZ

• La frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia.
• Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud es un tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la señal portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal que contiene la información que se desea transmitir, llamada señal moduladora o modulante.

Teorema de Nequeat:

El teorema trata del muestreo, que no debe ser confundido o asociado con la cuantificación, proceso que sigue al de muestreo en la digitalización de una señal y que, al contrario del muestreo, no es reversible (se produce una pérdida de información en el proceso de cuantificación, incluso en el caso ideal teórico, que se traduce en una distorsión conocida como error o ruido de cuantificación y que establece un límite teórico superior a la relación señal-ruido). Dicho de otro modo, desde el punto de vista del teorema, las muestras discretas de una señal son valores exactos que aún no han sufrido redondeo o truncamiento alguno sobre una precisión determinada, esto es, aún no han sido cuantificadas.

*Microondas:

En un sistema de microondas se usa el espacio aéreo como medio físico de transmisión. La información se transmite en forma digital a través de ondas de radio de muy corta longitud (unos pocos centímetros). Pueden direccionarse múltiples canales a múltiples estaciones dentro de un enlace dado, o pueden establecer enlaces punto a punto. Las estaciones consisten en una antena tipo plato y de circuitos que interconectan la antena con la terminal del usuario.

Microondas terrestres: Suelen utilizarse antenas parabólicas. Para conexionas a larga distancia, se utilizan conexiones intermedias punto a punto entre antenas parabólicas.

Microondas por satélite: El satélite recibe las señales y las amplifica o retransmite en la dirección adecuada .Para mantener la alineación del satélite con los receptores y emisores de la tierra, el satélite debe ser geoestacionario.

Se suele utilizar este sistema para:

• Difusión de televisión.
• Transmisión telefónica a larga distancia.
• Redes privadas.

*Luz (infrarrojos/láser):

El uso de la luz infrarroja se puede considerar muy similar a la transmisión digital con microondas. El has infrarrojo puede ser producido por un láser o un LED.

Los dispositivos emisores y receptores deben ser ubicados “ala vista” uno del otro. Su velocidad de transmisión de hasta 100 Kbps puede ser soportadas a distancias hasta de 16 km. Reduciendo la distancia a 1.6 Km. Se puede alcanzar 1.5 Mbps.

La conexión es de punto a punto (a nivel experimental se practican otras posibilidades). El uso de esta técnica tiene ciertas desventajas . El haz infrarrojo es afectado por el clima , interferencia atmosférica y por obstáculos físicos. Como contrapartida, tiene inmunidad contra el ruido magnético o sea la interferencia eléctrica.

Modos de transmición:

*Simplex:

La transmisión simplex (sx) o unidireccional es aquella que ocurre en una dirección solamente, deshabilitando al receptor de responder al transmisor. Normalmente la transmisión simplex no se utiliza donde se requiere interacción humano-máquina. Ejemplos de transmisisón simplex son: La radiodifusión (broadcast) de TV y radio, el paging unidireccional, etc.

*Halfduplex:

La transmisión half-duplex (hdx) permite transmitir en ambas direcciones; sin embargo, la transmisión puede ocurrir solmente en una dirección a la vez. Tamto transmisor y receptor comparten una sola frecuencia. Un ejemplo típico de half-duplex es el radio de banda civil (CB) donde el operador puede transmitir o recibir, no pero puede realizar ambas funciones simultaneamente por el mismo canal. Cuando el operador ha completado la transmisión, la otra parte debe ser avisada que puede empezar a transmitir (e.g. diciendo "cambio").

*Fullduplex:

La transmisión full-duplex (fdx) permite transmitir en ambas dirección, pero simultáneamente por el mismo canal. Existen dos frecuencias una para transmitir y otra para recibir. Ejemplos de este tipo abundan en el terreno de las telecomunicaciones, el caso más típico es la telefonía, donde el transmisor y el receptor se comunican simultaneamente utilizando el mismo canal, pero usando dos frecuencias. 

Topología

Arreglo físico o lógico en el cual los dispositivos o nodos de una red  se interconectan entre sí sobre un medio de comunicación. Muestra como están distribuidos los equipos de red, como está diseñada  la red.

Clasificación

Hay dos tipos de topologías FÍSICA y LÓGICA.

Topología Física: define el modo en que están conectados los dispositivos en una red.

Topología Lógica: describe la  forma  en que el host  accede al medio y se comunica  en la red a  través de un medio como un cable  o las ondas de aire.

Topología Física

En la topología  FÍSICA que existe se encuentra:

• Estrella
• Bus
• Maya
• Árbol
• Híbridas

*Estrella: 

Tiene un punto central, de las que partes las demás estaciones o nodos. El concentrador central reenvía todas las transmisiones recibidas de cualquier nodo periférico a todos los nodos periféricos de la red, algunas veces incluso al nodo que lo envió. Todos los nodos periféricos se pueden comunicar con los demás transmitiendo o recibiendo del nodo central solamente. 

Un fallo en la línea de conexión de cualquier nodo con el nodo central provocaría el aislamiento de ese nodo respecto a los demás, pero el resto de sistemas permanecería intacto. 

El tipo de concentrador hub se utiliza en esta topología, aunque ya es muy obsoleto; se suele usar comúnmente un switch.

Los nodos están distribuidos de la siguiente manera:

*Bus:

Las estaciones están conectadas a un cable particular, que a su vez está conectado a un cable principal este es conocido como troncal o backbone.

Cuando una computadora envía un mensaje, el mensaje va a cada computadora.  Cada tarjeta de red examina cada dirección del mensaje para determinar a qué computadora está dirigido el mismo. 

Entre las ventajas de la topología de bus se incluye la sencillez de instalación.

*Árbol: 

Conocida  también como topología jerárquica. Es una colección de redes en estrella ordenadas en una jerarquía, tiene nodos periféricos individuales (por ejemplo hojas) que requieren transmitir a y recibir de otro nodo solamente y no necesitan actuar como repetidores o regeneradores. Al contrario que en las redes en estrella, la función del nodo central se puede distribuir.

Si falla un enlace que conecta con un nodo hoja, ese nodo hoja queda aislado; si falla un enlace con un nodo que no sea hoja, la sección entera queda aislada del resto.

*Maya: 

Todos los nodos o estaciones están conectados entre si.

No requiere de un servidor o nodo central, con lo que se reduce el mantenimiento (un error en un nodo, sea importante o no, no implica la caída de toda la red).

La red puede funcionar, incluso cuando un nodo desaparece o la conexión falla, ya que el resto de los nodos evitan el paso por ese punto. En consecuencia, la red malla, se transforma en una red muy confiable.

*Anillo: 

Las estaciones o nodos están conectados en forma de circulo. Cada estación está conectada a la siguiente y la última está conectada a la primera. Cada estación tiene un receptor y un transmisor que hace la función de repetidor, pasando la señal a la siguiente estación.

En este tipo de red la comunicación se da por el paso de un token o testigo, que se puede conceptualizar como un cartero que pasa recogiendo y entregando paquetes de información, de esta manera se evitan eventuales pérdidas de información debidas a colisiones.

* Híbridas:

Es la mezcla ó unión de las topologías como; Bus-Estrella,  Anillo-Estrella, etc.  Las topologías híbridas tienen un costo muy elevado debido a su administración y mantenimiento, ya que cuentan con segmentos de diferentes tipos, lo que obliga a invertir en equipo adicional para lograr la conectividad deseada.

El siguiente video explica visualmente las características de la topología física:

Topología Lógica:

Definen las reglas para la transmision de datos. Como solamente una computadora puede usar un segmento de cable a la vez, la topología lógica se encarga de regular dicho tráfico, creado reglas que evitan que la red se transforme en un caos. A diferencias de las topologías físicas, las lógicas son en una medida abstractas.

Entre las que se encuentran son: 

• Ethernet
• Token Ring
• ATM.

*Ethernet (802.3)

• Fue inventada por Bob Matcalfe en 1973. Antes, la comunicación de paquetes no era muy eficaz y las computadoras no podían evitar el envío de datos por el mismo canal al mismo tiempo.
• Se basaba en un estándar IEEE llamado 802.3 CSMA/CD y ofrecía 4 maneras de administrar la transmisión de datos dentro de los cables de la red. 
• Dentro de una red que responda al estándar Ethernet, todas las computadoras comparten un único segmento, conocido como dominio de colisión. Se llama así porque 2 o más maquinas trataran de enviar datos al mismo tiempo hacia el mismo segmento de cable. Por ese motivo las redes ethernet están formadas por pocas computadoras.
• Cable UTP (par trenzado no blindado)
• Cable STP (par trenzado blindado)
• Las categorías de cables se miden de acuerdo en las torsiones por distancias:
• Cat 3: telefonía y redes 10Mbps
• Cat 5: manejo de fast ethernet 10Gbps, 10 Mbps
• Cat 7: distancia de 100m, 10 Gbps

*Token Ring y FDDI (802.5)

Las redes que trabajan según los estandares Token Ring y FDDI, al contrario de las Ethernet, admiten la presión ejercida por muchas maquinas conectadas en un mismo segmento. Fueron creadas en sociedad entre IBM y la IEEE, segun el estándar 802.5 que es la base del Token Ring. FDDI también es compatible con esta norma.

El funcionamiento de una red Token Ring es muy diferente a la Ethernet. En las Token Ring, los datos se envían dentro de un paquete. Cuando la computadora tiene que transmitir datos, espera a que la línea este disponible, entonces transmite el paquete de datos, y al mismo tiempo, suelta la token hacia la maquina siguiente. El funcionamiento de la FDDI es muy parecido.

*WIFI (802.11)

Es un mecanismo de conexión de dispositivos electrónicos de forma inalámbrica. Los dispositivos habilitados con Wi-Fi, tales como: un ordenador personal, una consola de videojuegos, un smartphone o un reproductor de audio digital, pueden conectarse a Internet a través de un punto de acceso de red inalámbrica. Dicho punto de acceso (o hotspot) tiene un alcance de unos 20 metros (65 pies) en interiores y al aire libre una distancia mayor. Pueden cubrir grandes áreas la superposición de múltiples puntos de acceso

*ATM:

La red ATM es una de las redes más modernas disponibles en el mercado en el área de los cableados. Es capaz de transmitir tanto voz y datos mediante cables de fibra óptica. La ATM transmite todos los paquetes como células de 53 bytes, con varios identificadores que seleccionan que paquetes serán enviados primeros.

La ATM es capaz de enviar a alta velocidad, en la velocidad más baja, funciona a 25 megabit por segundo, cuando esta al máximo puede llegar a 622 megabit por segundo. El aumento de la velocidad está ligado al aumento de la complejidad de la red y al elevado costo de instalación.

ESTÁNDARES

Estándares definidos por:

• La Organización Internacional para la Estandarización (ISO) 
• El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE)
• El Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) 
• La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) 
• La Asociación de Industrias Electrónicas/Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (EIA/TIA)
• Autoridades de las telecomunicaciones nacionales, como la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) en EE.UU.

1.- TIA/EIA-568-B.1, TIA/EIA-568-B.2 Estándar para el cableado de sistemas de telecomunicaciones; especifica los componentes de cableado, transmisión, modelos de sistemas, y los procedimientos de medición necesarios para verificar los cables de par trenzado balanceado. Código de colores T568A, o T568B

2.-RS-485.- estándar de comunicaciones en bus, especifica características eléctricas de la unidad.

3.-RS-232.- Estandariza las velocidades de transferencia de datos, la forma de control que utiliza dicha transferencia, los niveles de voltajes utilizados, el tipo de cable permitido, las distancias entre equipos, los conectores, etc.

4.-RS-449-.- Especifica las características mecánicas y funcionales de la interfaz entre Equipo Terminal de Datos (DTE) y Equipo Terminal de Circuito de Datos

5.- 802.3.- Ethernet

6.-802.5.- Token Ring

Medios inalámbricos:

7.-802.11.- WIFI

8.-802.15.- Bluetooth

9.-802.16.- WiMax

7.-802.11.- WIFI7.-802.11.- WIFI

Para mayor información consultar:

• http://es.wikipedia.org/wiki/Topolog%C3%ADa_de_red
• http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Cables_de_fibra_.C3.B3ptica
• http://informatica.iescuravalera.es/iflica/gtfinal/libro/c44.html
• http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica
• http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_modulada
• http://www.dte.us.es/personal/sivianes/tcomu/MediosTransmision.pdf
• http://marismas-emtt.blogspot.mx/2009/09/conector-st.html
• http://www.angelfire.com/wi/ociosonet/15.html
• http://learn-networking.com/network-design/carrier-sense-multiple-access-collision-detect-csmacd-explained
• http://es.wikipedia.org/wiki/Red_en_bus
• http://cableadoderedes.blogspot.mx/2008/03/qu-es-una-topologa-de-red-las-topologas.html
• http://es.wikipedia.org/wiki/Red_en_estrella
• http://es.wikipedia.org/wiki/Red_en_malla
• http://es.wikipedia.org/wiki/Red_en_anillo
• http://www.bloginformatico.com/topologia-de-red.php
• http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/conocernos_mejor/paginas/topolog.htm
• http://modul.galeon.com/aficiones1366341.html