Medios de enlaces

El objetivo principal de la capa física de una red ordenadores es el transporte de un flujo de bits de un equipo a otro. Para que dicho objetivo pueda llevarse a cabo es necesario un medio físico que sirva de soporte a la señal que viajará a través del mismo y que es en definitiva la portadora de la información.

Dado que el tipo de señal (eléctrica, señales luminosas, ondas de radio, etc.) en que debe transformarse la señal eléctrica que suministra un ordenador va a depender directamente del medio por el cual debe propagarse, a continuación pasamos a analizar las características más significativas de los principales medios de transmisión utilizados para el transporte de datos dentro de una red de ordenadores.

Cables de Pares

Constituyen la base de la infraestructura telefónica urbana. Las facilidades de conexión que esto proporciona a los usuarios, hace que este medio de transmisión siga siendo el más utilizado aún hoy en día. Prácticamente la gran mayoría de las redes de ordenadores que utilizan como soporte de comunicación una red de área extendida, realizan los enlaces entre distintos usuarios y los centros de conmutación de la red con este tipo de cables.

Está formado por dos hilos de cobre aislados y torsionados entre sí formando algo parecido a la trenza que algunas mujeres hacen para adornar su cabello. El cable resultante está cubierto por una capa aislante externa. El diámetro de los hilos de cobre oscila entre 0.6 y 1.2 milímetros. El motivo de trenzar el par de hilos de cobre aislados es reducir la interferencia eléctrica con respecto a los pares cercanos que se encuentran a su alrededor, evita cruces por diafonía (dos cables paralelos constituyen una antena simple, en ellos se puede inducir fácilmente tensiones, estas tensiones se contrarrestan y anulan si se trenzan los cables). Cuando los cables de par trenzado se agrupan, cada cable se crea con pasos de torsión distintos (100 pares forman un subconjunto denominado grupo).

Los pares trenzados pueden utilizarse tanto para transmisión analógica como digital, y su ancho de banda dependerá principalmente del grosor del par de hilos de cobre.

Una variante del par trenzado, concebida para comunicaciones de larga distancia y como soporte de sistemas de alta frecuencia es el cable de cuadretes. Su uso ha decrecido mucho en la actualidad siendo sustituidos por los cables coaxiales. Mencionar también las líneas aéreas de hilo desnudo (circuito físico formado por dos conductores desnudos montados sobre postes), en reconocimiento a la importancia que en su día tuvieron para las transmisiones ; actualmente su uso está limitado a determinadas zonas rurales de muy escaso .

Cable Coaxial

Consta de un conductor con forma de hilo de diámetro D1 en su parte central formando el núcleo del cable, el cual se encuentra rodeado por un material aislante. El material aislante se encuentra rodeado a su vez por un conductor cilíndrico de diámetro D2 que normalmente es una malla de tejido conductor trenzado. El conductor externo está cubierto por una capa de plástico protector. El cable que une un televisor con la antena instalada en el tejado constituye un ejemplo típico de cable coaxial.

El cable coaxial posee un gran ancho de banda y una excelente inmunidad al ruido. El ancho de banda que se puede obtener depende de los diámetros de los dos conductores y de la longitud del cable. Por ejemplo, para longitudes de 1 Km se consiguen velocidades de transmisión en banda base, del orden de 10 Mbps. Los cables coaxiales de banda base se emplean ampliamente en redes de área local y para transmisiones entre las centrales telefónicas digitales.

El hecho de este tipo de cables presente una gran inmunidad a interferencias electromagnéticas externas, puede explicarse por el apantallamiento electrostático que el conductor externo produce en el núcleo del cable.

Existen dos tipos de cables coaxiales, hasta ahora se ha hecho referencia siempre al cable coaxial de banda base, donde la información se transmite de forma digital, sin modular una señal portadora. Al cable coaxial empleado para la transmisión de señales analógicas se le denomina de banda ancha, termino que proviene del medio telefónico y cuyo significado en el entorno de las redes de ordenadores se asocia a las redes de cables utilizadas para la transmisión analógica. Este tipo de redes utiliza como patrón la tecnología empleada para el envío de señales de televisión por cable. El cable coaxial para transmisión en banda ancha puede emplearse para aplicaciones que precisen de hasta 300 MHz (en algunos casos hasta los 450 MHz), gracias a la naturaleza analógica de las señales, menos críticas que las digitales.

Normalmente los sistemas de banda ancha se multiplexan en varios canales, por ejemplo, canales de 6 MHz utilizados para la difusión de señales de televisión, señales analógicas de vídeo, para audio de alta calidad, para un flujo digital, etc. Siempre y cuando el ancho de banda de la señal a transmitir no sea mayor que el ancho de banda del canal, se podrá transmitir dicha señal por ese canal. Recordar que aunque las señales tienen un espectro de frecuencias infinito existe una banda de frecuencias de la señal (ancho de banda de la señal) que son las que corresponden a la mayor parte de la energía de la señal. Por lo tanto, por un mismo cable se pueden combinar señales de vídeo, voz y datos.

Fibra Optica

Los descubrimientos en el campo de la tecnología óptica han hecho posible la transmisión de información mediante pulsos de luz. Un pulso de luz puede utilizarse para indicar un bit de valor 1, mientras que la ausencia de pulso indicará la existencia de un bit de valor 0. La luz visible tiene una frecuencia de alrededor de 108 MHz, por lo que el ancho de banda de un sistema de transmisión óptica presenta un potencial enorme.

Un sistema de transmisión óptica consta de tres componentes : el medio de transmisión, la fuente de luz y el detector. El medio de transmisión se fabrica a base de una fibra ultradelgada de vidrio llamada núcleo, recubierto por un revestimiento exterior con índice de refracción menor que el del núcleo. La fuente de luz puede ser un diodo LED, o un diodo láser ; cualquiera de los dos emite pulsos de luz cuando se le aplica una corriente eléctrica. El detector es un fotodiodo que genera un pulso eléctrico en el momento en el que recibe un rayo de luz. Al colocar un LED o diodo láser en el extremo de una fibra óptica y un fotodiodo en el otro, obtenemos una transmisión de datos unidireccional que acepta una señal eléctrica, la convierte y la transmite por pulsos de luz y, después, reconvierte la salida en una señal eléctrica en el extremo del receptor. La fibra óptica es un medio físico, con un enorme ancho de banda, adecuado para el transporte de señales luminosas, pero no se puede emplear para el transporte de señales eléctricas. La luz no tiene la misma velocidad de propagación en cualquier medio, si no que su velocidad máxima (aproximadamente 3 x 108 m/s) se consigue solamente en el vacío. En cualquier otro medio, la luz tiene una velocidad de propagación menor ; determinándose el índice de refracción de cada medio n como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y su velocidad en dicho medio. Cuando un rayo de luz se transmite por un medio de índice de refracción n1 e incide con un ángulo ? sobre la superficie plana de otro medio con índice de refracción n2, el rayo se refracta en el nuevo medio con un ángulo ? , cumpliéndose la ley de Snell.

Esta propiedad física es la que se aprovecha para la transmisión de las señales luminosas a través de las fibras ópticas. Todo rayo de luz que incida con un ángulo superior al ángulo crítico se reflejará internamente, por lo tanto podemos utilizar fibras que transmitan simultáneamente rayos de información diferente, rebotando a distintos ángulos. A este tipo de fibras se las conoce como fibras multimodo.

Si se reduce el diámetro de la fibra al valor de la longitud de onda de la luz, la fibra actúa como una guía de ondas y la luz que se transmite por ella se propaga en línea recta, sin rebotar. A este tipo de fibras se las conoce como fibras monomodo.

Las fibras monomodo precisan que el emisor del rayo que se envía por ellas se un diodo láser, de costo elevado al contrario que los LED. Con el empleo de un diodo láser se asegura una transmisión más eficiente y a mayores distancias. Los sistemas de fibra óptica son capaces de hacer transmisiones de datos a velocidades de 1000 Mbps en distancias de 1 Km. En el laboratorio se han podido alcanzar velocidades mayores, pero con distancias más cortas. Experimentalmente se ha demostrado que los láseres potentes pueden llegar a excitar fibras ópticas de 100 Km de longitud sin necesidad de repetidores, eso sí, a costa de una reducción en la velocidad de transmisión.

A continuación vamos a citar las características principales de la transmisión de información por fibra óptica :

· Elevado ancho de banda : La utilización de fuentes de luz coherentes y monocromáticas, pueden facilitar unas frecuencias de portadora del orden de 105 MHz, frente a los 100 MHz que se pueden alcanzar con un cable coaxial.

· Bajas pérdidas : Actualmente las fibras para uso comercial presentan una atenuación del orden de 0.2 db/Km. Además, la respuesta de atenuación en la fibra (respuesta en frecuencias) es independiente de la frecuencia en toda la banda de paso. Esta característica deriva del elevado ancho de banda de la fibra.

· Peso, flexibilidad y tamaño : Un cable conteniendo 8 o 10 fibras tiene un diámetro exterior, incluyendo las protecciones de alrededor, de 15 mm, un peso de 50 Kg/Km y un radio de curvatura del orden de 150 mm, lo cual contribuye a la facilidad de su tendido.
· Interferencia electromagnética nula.

· Seguridad de la información transmitida por la fibra : Por sus propias características, sería un trabajo sumamente dificultoso intervenir una fibra óptica.

Los enlaces de fibra óptica están siendo empleados en diferentes países para la instalación de líneas telefónicas de larga distancia y en enlaces entre centros de conmutación de redes para el transporte de datos.

La comparación entre el cable coaxial y la fibra óptica es muy instructiva. Las fibras proporcionan un ancho de banda extremadamente grande y tienen un pérdida de potencia muy pequeña, razón por la cual se emplean para distancias muy largas entre repetidores. La señal luminosa que transportan las fibras no se ve afectada por alteraciones de voltaje o de corriente en las líneas, por interferencia electromagnética o por químicos corrosivos dispersos en el aire, de tal modo que pueden emplearse en ambientes industriales expuestos a condiciones muy severas en las que los cables serían sumamente inadecuados. La fibras son muy delgadas, lo que representa un factor positivo muy importante para las compañías que tienen una gran cantidad de cables y conductos abultados (uno de los motivos importantes por los que se utilizó la fibra óptica en el sistema telefónico fue la falta de espacio para instalar más cables coaxiales para nuevas rutas). Del lado negativo se encuentra el hecho de que hay poca familiaridad con la tecnología de las fibras ópticas y requiere de cierta habilidad para su implantación. El empalme o unión de dos o más fibras es delicado en extremo, y más todavía su derivación. Este último aspecto puede tomarse también como una ventaja : la seguridad es excelente porque las fibras no radian y los interceptores de líneas telefónicas tendrán tantos problemas como los dueños de las redes al tratar de derivarlas. Las fibras ópticas son inherentemente unidireccionales y el coste de las interfases es mucho mayor que el de las respectivas interfases de tipo eléctrico. Sin embargo, las ventajas de las fibras ópticas son tantas que el empeño y trabajo que se esta dando para mejorar su tecnología y reducir su costo es muy grande e importante.

RADIO-ENLACE

Los sistemas que emplean el radio - enlace para el transporte de la información se basan en la propagación de ondas electromagnéticas en el espacio libre. Los únicos elementos que se precisan son las estaciones emisoras y receptoras, así como eventuales estaciones repetidoras. En función de las frecuencias utilizadas, existen principalmente los siguientes tipos de radio - enlaces :

A. Infrarrojos.
B. Radio UHF.
C. Sistemas de onda corta.
D. Sistemas terrestres de microondas.
E. Sistemas basados en satélites de comunicaciones.

Infrarrojos

Los infrarrojos son ondas electromagnéticas que se propagan en línea recta, siendo susceptibles de ser interrumpidos por cuerpos opacos. Su uso no precisa de licencia administrativa y no se ven afectados por interferencias radioeléctricas externas, pudiéndose alcanzar distancias de hasta 200 metros entre cada emisor y receptor.
InfraLAN es una red basada en infrarrojos compatible con las redes Token Ring a 4 Mbps, pudiendo utilizarse independientemente o combinada con una red de área local convencional.

Radio UHF

Las redes basadas en equipos de radio UHF precisan para su instalación y uso una licencia administrativa. Tienen la ventaja de que la señal de radio que transporta la información no es interrumpida por la presencia de cuerpos opacos, pudiendo salvar obstáculos físicos gracias a su cualidad de difracción.

WaveLAN es una red inalámbrica que emplea la banda de frecuencias 902 a 928 MHz en Estados Unidos, aunque en Europa se ha solicitado la concesión de otras frecuencias, ya que esta banda está siendo utilizada por la telefonía móvil. Esta red funciona a 2 Mbps y tiene una cobertura de 335 metros. Puede utilizarse de forma independiente o conectada a una red Novell convencional (Arcnet, Token Ring o Ethernet).

Sistemas de Onda Corta

Trabajan con frecuencias de 3 a 30 MHz. Sus enlaces son poco fiables debido a su gran atenuación y vulnerabilidad a interferencias. Su ventaja radica en que se pueden emplear para cubrir grandes distancias con poca potencia de salida y que no precisan de visibilidad directa entre antenas para la propagación de las señales portadoras de la información. Esta propagación puede producirse en línea recta, adaptándose a la superficie terrestre o por rebotes en la ionosfera. Su uso en la transmisión de datos está actualmente limitado a circunstancias especiales, ya que su pequeña capacidad de transmisión las excluye de las grandes vías de comunicación.

Sistemas de Microondas

La transmisión mediante microondas se lleva a cabo en una escala de frecuencia comprendida entre los 2 y 40 GHz. Para el enlace telefónico de larga distancia se utiliza este sistema en la banda comprendida entre los 4 y 6 GHz, en la larga distancia no es recomendable utilizar frecuencias superiores debido a que aumenta su atenuación. Para este tipo de frecuencias es necesario que las antenas emisora y receptora no tengan obstáculos entre ellas (visibilidad directa), lo que obliga a utilizar antenas repetidoras en distancias del orden de los 50 Km. Es de destacar el hecho de que en la actualidad se están comercializando redes locales cuyas estaciones están enlazadas entre sí por ondas de radio, empleando una sección poco utilizada del espectro electromagnético como son las frecuencias de 18 GHz, obteniéndose rendimientos superiores a las tecnologías que utilizan cables coaxiales para interconectar las máquinas de una red.

Radio - Enlaces Vía Satélite

Los satélites artificiales han revolucionado el mundo de las telecomunicaciones. Resulta un medio ideal para la difusión de imágenes en directo y un sistema sumamente eficaz para los enlaces de datos de larga distancia.

En general, un satélite situado en órbita geoestacionaria a unos 35000 Km de la superficie terrestre, está constituido por uno o más dispositivos receptor - transmisor, que hacen las funciones de un enorme repetidor de microondas. Las frecuencias con las que emiten las antenas terrestres y las frecuencias con las que emite el satélite son distintas a fin de evitar interferencias entre las señales de subida y las de bajada.

Con objeto de prevenir un posible caos en el cielo se han establecido acuerdos internacionales sobre las frecuencias utilizables para las transmisiones con satélites. Las bandas de 3.7 a 4.2 GHz y 5.925 a 6.425 GHz se han asignado como frecuencias de telecomunicación vía satélite para flujos de información provenientes del satélite o hacia el satélite, respectivamente. En la actualidad a estas bandas se las conoce como la banda 4/6 GHz, las cuales se encuentran superpobladas. Existen otras bandas superiores (12/14 GHz, 20/30 GHz) disponibles también para las comunicaciones, pero el costo del equipo necesario para poder utilizarlas resulta elevado.

Una de las principales ventajas de las comunicaciones por satélite es su enorme capacidad de transmisión. Por ejemplo, un satélite es capaz de soportar miles de canales telefónicos. Por otra parte, los satélites proporcionan una cobertura territorial muy amplia y con un coste independiente de la distancia, esta característica tiene un gran atractivo para las empresas con sucursales en todo el mundo, tanto para transmisiones de datos como telefónicas. Hemos de destacar también la importancia de todos conocida que los satélites tienen en la difusión directa de imágenes de televisión.

No obstante, los satélites de comunicaciones no carecen de inconvenientes. Por un lado, la información debe ir convenientemente cifrada o codificada para que no puedan plantearse problemas de seguridad, ya que cualquiera que sintonice la frecuencia del satélite cuando está en su radio de acción puede recibir la información. Por otra parte, las condiciones climatológicas adversas pueden afectar a la señal en su camino de subida o de bajada, además , como una señal debe recorrer una gran distancia (alrededor de 36000 Km de ida, y otros tantos de vuelta), puede aparecer un retardo considerable de una estación a otra, lo que puede originar problemas en los protocolos de línea y aumentar el tiempo de respuesta que percibe el usuario.

Existen unos pequeños inconvenientes añadidos a los ya mencionados, que impiden al satélite estar en funcionamiento permanentemente, lo que conlleva que este no sea el medio más idóneo para todas las aplicaciones que se pueden desarrollar entre sistemas informáticos distribuidos.