conexiones fisicas

antes de que cualquier comunicacion de redes pueda ocurrir, una conexion fisica a la red local debera ser previamente establecida. Puede ser por cable o wireless, en los wireless los dispositivos estaran conectados a un wireless access point (AP) o un router wireless

AP (access points)

componentes:

1. antenas wireless (embebidas dentro del router generalmente)
2. varios ethernet switchports
3. un puerto interno

NIC (network interface cards)

los NICs conectan un dispositivo a la red. NICs ethernet son usados para conexiones cableadas, mientras que los NIC wireless local area network (WLAN) se utilizan para wireless.

• Un end-user puede incluir uno o ambos tipos de NICs. (NICs ethernet y NICs WLAN)
• una impresora podria solo tener un NIC ethernet y solo se podria conectar a la red usando un cable ethernet.
• otros dispositivos, como tablets o smartphones, pueden solo contener NIC WLAN y deberan usar conexion wireless

physical layer

el physical layer de OSI o el link layer de 3.1 TCP-IP provee los medios para transportar los bits que componen un frame de la capa de enlace de datos a traves del medio de red. Esta capa acepta un frame completo desde el data link layer (OSI) y lo encodea como una serie de senales que son transmitidas por el medio local. Los bits encodeados que componen un frame, son recibidos por un end device o un intermediate device.

organizaciones de estandares de physical layer (1. layer OSI)

• International Organization for Standardization (ISO)
• Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Association (TIA/EIA)
• International Telecommunication Union (ITU)
• American National Standards Institute (ANSI)
• Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
• National telecommunications regulatory authorities including the Federal Communication Commission (FCC) in the USA and the European Telecommunications Standards Institute (ETSI) en adicion a estas, hay grupos de estandares de cableado regionales como CSA (Canadian Standards Association), CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization), y JSA/JIS (Japanese Standards Association), que desarrolla especificaciones locales.

Las normas de la capa física abordan tres áreas funcionales:

• Componentes físicos (physical components)
• Codificación (encoding)
• Señalización (signaling) Los physical components son los dispositivos electrónicos, los medios y otros conectores que transmiten las señales que representan los bits. Son componentes de hardware, como las tarjetas de red, las interfaces y los conectores, los materiales de los cables y los diseños de los cables, se especifican en las normas relacionadas con la capa física. Los distintos puertos e interfaces de un router Cisco 1941 también son ejemplos de componentes físicos con conectores y pinouts específicos resultantes de las normas.

Encoding

es un metodo para convertir un flujo de bits de datos a un codigo predefinido. Los codigos son bits agrupados usados para proveer un patron predecible que pueda ser reconocible por tanto el servidor como el receptor. Encoding es el metodo o patron usado para representar informacion digital. Por ejemplo la codificacion manchester, representa un bit 0 por una transicion de voltaje alto -> bajo y un bit 1 es representado como una transicion de voltaje bajo -> alto, la transicion ocurre en el medio de cada periodo de bit. Este se utiliza en 10Mbps ethernet. Otras codificaciones mas rapidas requieren un encoding mas complejo, por eso es que manchester encoding se utilizaba en standares ethernet viejos como 10BASE-T. ethernet 100BASE-TX usa 4B/5B encoding y 1000BASE-T usa 8B/10B encoding.

Signaling

La capa física debe generar las señales eléctricas, ópticas o inalámbricas que representan el «1» y el «0» en los medios. La forma en que se representan los bits se denomina método de señalización. Las normas de la capa física deben definir qué tipo de señal representa un «1» y qué tipo de señal representa un «0». Esto puede ser tan simple como un cambio en el nivel de una señal eléctrica o un pulso óptico. Por ejemplo, un pulso largo podría representar un 1, mientras que un pulso corto podría representar un 0.

senales electricas a traves de un cable de cobre

pulsos de luz a traves de cable de fibra optica

senales de microondas enviadas innalambricamente

ancho de banda (bandwidth)

Los diferentes medios físicos admiten la transferencia de bits a diferentes velocidades. La transferencia de datos suele analizarse en términos de ancho de banda. El ancho de banda es la capacidad con la que un medio puede transportar datos. El ancho de banda digital mide la cantidad de datos que pueden fluir de un lugar a otro en un tiempo determinado. El ancho de banda se mide normalmente en kilobits por segundo (kbps), megabits por segundo (Mbps) o gigabits por segundo (Gbps). A veces se piensa que el ancho de banda es la velocidad a la que viajan los bits, pero esto no es exactamente asi. Por ejemplo, tanto en Ethernet de 10Mbps como en Ethernet de 100Mbps, los bits se envían a la velocidad de la electricidad. La diferencia es la cantidad de bits que se transmiten por segundo.

Una combinación de factores determina el ancho de banda práctico de una red:

• Las propiedades de los medios físicos
• Las tecnologías elegidas para la señalización y la detección de señales de red

Las propiedades de los medios físicos, las tecnologías actuales y las leyes de la física influyen en la determinación del ancho de banda disponible.

esta tabla muestra las unidades de medida más utilizadas para el ancho de banda.

terminologia de bandwidth

terminos utilizados para medir la calidad del bandwidth inluyen:

• Latency
• Throughput
• Goodput

Latency: es la cantidad de tiempo, incluyendo delays, para que los datos viajen de un punto dado hasta otro punto En una internetwork (red compuesta por múltiples segmentos), el throughput total no puede ser mayor que el del enlace más lento entre el origen y el destino.
Aunque la mayoría de los enlaces tengan alto ancho de banda, un solo enlace lento puede convertirse en un cuello de botella y afectar a toda la comunicación.

throughput: es la cantidad de bits que se transfieren a través del medio en un período de tiempo determinado.

En la práctica, el throughput normalmente no coincide con el ancho de banda teórico de la capa física y suele ser menor. Esto se debe a varios factores que influyen directamente en el rendimiento:

• La cantidad de tráfico presente en la red
• El tipo de tráfico que se está transmitiendo
• La latencia generada por la cantidad de dispositivos de red entre el origen y el destino

goodput: es una tercera métrica que mide la cantidad de datos útiles transferidos en un período de tiempo.

El goodput se calcula como el throughput menos la sobrecarga del tráfico, que incluye:

• Establecimiento de sesiones
• Acknowledgments (confirmaciones)
• Encapsulación
• Bits retransmitidos

El goodput siempre es menor que el throughput, y el throughput, a su vez, suele ser menor que el ancho de banda.

ethernet

es una coleccion de protocolos/estandares de redes. ethernet standards BASE = baseband signaling T = twisted pair

cables usados en los estandares de ethernet son cables UTP cable pines usados en cada tipo de dispositivo en cable 10BASE-T y 100BASE-T:

anteriormente se utilizaba la tecnologia DSL que funcionaba sobre lineas telefonicas de cobre

cables de cobre

es barato, facil de instalar y tiene poca resistencia a corriente electrica, pero es limitado por la distancia y la interferencia de senal Los datos se transmiten por cables de cobre en forma de impulsos eléctricos. Un detector situado en la interfaz de red del dispositivo de destino debe recibir una señal que pueda descodificarse correctamente para que coincida con la señal enviada. Sin embargo, cuanto más lejos viaja la señal, más se deteriora. Esto se conoce como atenuación de la señal. Por este motivo, todos los medios de cobre deben cumplir estrictas limitaciones de distancia, tal y como especifican las normas rectoras. el timing y los valores de voltaje de los pulsos electricos a traves de estos cables tambien son susceptibles a interferencias de 2 fuentes:

• interferencia electromagnetica (EMI) o radio frecuencia interferecia (RFI). Estas interferencias pueden distorsionar y corromper las senales de datos. Fuentes potenciales de EMI y RFI incluyen radio senales y dispositivos electromagneticos como luces fluorescentes
• crosstalk: es una perturbacion causada por los campos electricos o magneticos de una senal en un cable de la senal a un cable adyacente. En circuitos telefonicos, crosstalk puede resultar en escuchar parte de otra conversacion de un circuito adyaente. Para contrarrestar los efectos negativos de las interferencias electromagnéticas (EMI) y las interferencias de radiofrecuencia (RFI), algunos tipos de cables de cobre están recubiertos con un blindaje metálico y requieren conexiones de tierra adecuadas.

Para contrarrestar los efectos negativos de crosstalk, algunos tipos de cables de cobre tienen pares de cables de circuitos opuestos trenzados entre sí, lo que cancela eficazmente la diafonía.

La susceptibilidad de los cables de cobre al ruido electrónico también se puede limitar siguiendo estas recomendaciones:

• Seleccionar el tipo o categoría de cable más adecuado para un entorno de red determinado.
• Diseñar una infraestructura de cableado que evite las fuentes de interferencia conocidas y potenciales en la estructura del edificio.
• Utilizar técnicas de cableado que incluyan la manipulación y terminación adecuadas de los cables.

tipos de cables de cobre

• UTP cable (unshielded twisted-pair), el mas comun. Conectado con adaptadores RJ-45. En las redes LAN, el cable UTP consta de cuatro pares de hilos codificados por colores que se han trenzado juntos y luego se han recubierto con una funda de plástico flexible que los protege de daños físicos menores. El trenzado de los hilos ayuda a protegerlos contra las interferencias de señal de otros hilos. los numeros de la figura identifican caracteristicas clave de este cable UTP:
  1. la cubierta exterior protege los cables contra danos fisicos
  2. los pares trenzados protegen la senal contra interferencias
  3. el aislamiento plastico codificado por colores aila electricamente los cables entre y los distingue los pares entre si
• STP (shielded twisted-pair): provee mejor proteccion al ruido que cables UTP cable. Pero comparados con los UTP, este es significativamente mas caro y dificil de instalar, tambien utiza conectores RJ-45. Los cables STP combinan las técnicas de blindaje para contrarrestar las interferencias electromagnéticas (EMI) y radioeléctricas (RFI), y el trenzado de cables para contrarrestar el crosstalk. Para aprovechar al máximo las ventajas del blindaje, los cables STP terminan en conectores de datos STP blindados especiales. Si el cable no está correctamente conectado a tierra, el blindaje puede actuar como una antena y captar señales no deseadas. El cable STP que se muestra utiliza cuatro pares de cables, cada uno envuelto en un blindaje de lámina, que a su vez están envueltos en un trenzado metálico o lámina general.
  1. cubierta exterior
  2. blindaje trenzado o de lámina
  3. Blindajes de lámina
  4. Par trenzado
• cable coaxial: obtiene su nombre dado al hecho de que hay 2 conductores que comparten el mismo eje. Consiste de los siguientes componentes:
  • Se utiliza un conductor de cobre para transmitir las señales electrónicas.
  • Una capa de aislamiento plástico flexible rodea el conductor de cobre.
  • El material aislante está rodeado por una trenza de cobre tejida, o lámina metálica, que actúa como segundo cable en el circuito y como blindaje para el conductor interno. Esta segunda capa, o blindaje, también reduce la cantidad de interferencias electromagnéticas externas.
  • Todo el cable está recubierto con una cubierta para evitar daños físicos menores. hay diferentes tipos de conectores usados con este cable. Bayonet Neill-Concelman (BNC), N type, y F type. Se muestran en la figura. qu Aunque el cable UTP haya remplazado al coaxial en instalaciones ethernet modernas, este cable todavia es utilizado en las siguientes situaciones:
  • Conexiones innalambricas: Cables coaxiales conectan antenas a dispositivos innambricos. Los cables coaxiales cargan energia de radio frecuencias entre las antenas y el equipo de radio
  • instalaciones de internet cable: los proveedores de este servicio brindan conectividad a sus clientes al reemplazar porciones del cable coaxial y soportar elementos de amplificacion con fibra optica. Aunque, el cableado adentro del cable aun sea coaxial.

cableado UTP cable

consiste de 4 pares de distintos colores enredados entre si y envueltos en una cobertura plastica. Al no tener cobertura para los efectos de EMI y RFI, los disenadores de cables buscaron otras formar mas limitar los efectos negativos del crosstalk:

• cancelacion, los diseñadores ahora emparejan los cables en un circuito. Cuando dos cables de un circuito eléctrico se colocan muy juntos, sus campos magnéticos son exactamente opuestos entre sí. Por lo tanto, los dos campos magnéticos se cancelan entre sí y también cancelan cualquier señal EMI y RFI externa.
• variando el número de giros por par de cables: para mejorar aún más el efecto de cancelación de los cables de circuito emparejados, los diseñadores varían el número de giros de cada par de cables en un cable. El cable UTP debe seguir especificaciones precisas que regulan el número de giros o trenzados permitidos por metro (3,28 pies) de cable. Observe en la figura que el par naranja/naranja blanco tiene menos giros que el par azul/azul blanco. Cada par de colores tiene un número diferente de giros.

estandares UTP cable y conectores

el cableado UTP conforma a los estandares establecidos por TIA/EIA. TIA/EIA-568 estipula el cableado estandard para instalaciones LAN y es el estandar mas comunmente usado en ambientes de cableado LAN. Algunos elementos definidos en ese estandard son:

• tipos de cables
• longitud de los cables
• conectores
• terminacion de los cables
• metodos de testear cables Las caracteristicas electricas del cableado de cobre es definido por la IEEE, los cables se clasifican en categorias de acuerdo a su capacidad para transportar velocidad de bandwidth mas altas. Ejemplo, cables de categoria 5 son usados comunmente en 100BASE-TX en instalaciones fast ethernet.

categoria 5e es la minima aceptable. categoria 6 es la recomandada para nuevas edificaciones.

• La categoría 3 se utilizaba originalmente para la comunicación de voz a través de líneas telefónicas, pero más tarde se utilizó para la transmisión de datos.
• Las categorías 5 y 5e se utilizan para la transmisión de datos. La categoría 5 admite 100 Mbps y la categoría 5e admite 1000 Mbps.
• La categoría 6 tiene un separador adicional entre cada par de cables para admitir velocidades más altas. La categoría 6 admite hasta 10 Gbps.
• La categoría 7 también admite 10 Gbps.
• La categoría 8 admite 40 Gbps.

straight-through y crossover UTP cable

se utilizan estos dos tipos de cableados para situaciones difererentes:

• Ethernet straight-through: el tipo más común de cable de red. Se utiliza habitualmente para interconectar un host con un switch y un switch con un router (diferentes tipos de dispositivos).
• Ethernet crossover: cable utilizado para interconectar dispositivos similares. Por ejemplo, para conectar un switch a otro switch, un host a otro host o un router a otro router. Sin embargo, los cables cruzados se consideran ahora obsoletos, ya que las NIC utilizan una interfaz cruzada dependiente del medio (auto-MDIX) para detectar automáticamente el tipo de cable y realizar la conexión interna.
• otro tipo son los rollover cables, propiedad de Cisco. usado para convectar un workstation a un router o un puerto de consola de un switch mas info en UTP cable

RJ-45

este conector es usado en el extremo de cobre de un cables de enlance fisico

fiber optic connections

en los puertos restantes de routers y switches que no son ethernet se usan SFP transceiver se usa un cable para transmitir y otro para recibir

partes del cable de fibra optica

tipo multimode fiber

• diametro del core es mas ancho que el single-mode fiber
• permite multiples angulos (modos) de ondas de luz para entrar al core de fibra optica
• permite cables mas largos que UTP, pero mas cortos que single-mode fiber
• mas barato que single-mode (porque usan mas baratos LED-based SFP transmitters)

single-mode fiber

• el diametro del core es mas fino que la fibra multimodo
• luz entra en un solo angulo (modo) desde un transmisor laser
• permite cables mas largos que UTP cable y multimode fiber
• mas caro que multimode fiber (por el transmisor laser-based SFP)

conectores de fibra optica

ST: uno de los primeros, se “lockea” con seguridad con un mecanismo similar a la bayoneta SC: referidos a veces como conectores cuadrados o estandar, ampliamente adoptados para LAN y WAN. Utilizan mecanismo de empuje y agarre. Es usado en multimode y single-mode LC simplex: version mas pequena que el SC, les dicen pequenos o conectores locales. duplex multimode LC: similar al LC, pero usar conector duplex

color del cable de fibra optica

amarillo => single-mode. naranja(o aqua) => multimode. ejemplo: SC-SC multimode patch cord

donde se usa cableado de fibra optica?

El cableado de fibra óptica se utiliza actualmente en cuatro tipos de industrias:

• Redes empresariales: se utiliza para aplicaciones de cableado troncal y para interconectar dispositivos de infraestructura.
• Fibra hasta el hogar (FTTH): se utiliza para proporcionar servicios de banda ancha siempre activos a hogares y pequeñas empresas.
• Redes de largo alcance: las utilizan los proveedores de servicios para conectar países y ciudades.
• Redes de cables submarinos: se utilizan para proporcionar soluciones fiables de alta velocidad y gran capacidad capaces de sobrevivir en entornos submarinos adversos a distancias transoceánicas. Busque en Internet «mapa telegeográfico de cables submarinos» para ver varios mapas en línea.

comparacion cables UTP cable y fibra optica

medios innalambricos

transportan senales electromagneticas que representan digitos binarios usando radio o microfrecuencias

limitaciones:

• Cobertura: la señal inalámbrica funciona mejor en espacios abiertos; edificios, materiales y el terreno reducen su alcance.
• Interferencia: puede verse afectada por otros dispositivos como microondas, luces fluorescentes, teléfonos inalámbricos y otras redes Wi-Fi.
• Seguridad: al no usar cables, usuarios o dispositivos no autorizados pueden acceder a la red; la seguridad es crítica.
• Medio compartido: el Wi-Fi es half-duplex y compartido; cuantos más usuarios conectados, menor ancho de banda para cada uno.

tipos de medios innalambricos

la IEEE y los estandares de la industria de telecomunicaciones abordan tanto data link como physical layer (en OSI). Las especificaciones se aplican en areas que incluyen los siguientes.

• datos a encoding de radiofrecuencias
• frecuencias y poder de transmision
• recepcion de senal y requerimientos de decoding
• diseno de antena y construccion

Estandares wireless:

• wi-fi (IEEE 802.11) - wireless LAN technology. Usa protocolo CSMA/CA
• bluetooth (IEEE 802.15). WPAN wireless personal area network. up to 100 mts
• wimax (IEEE 802:16)
• zigbee (IEEE 802.15.4). generalmente usado para dispositivos IoT, como switches de luz innalambricos o en dispositivos no demandantes de poder y que requieren poco bandwidth.

WLAN

Disenado para conectarse innalambricamente a una LAN. Requiere los siguientes dispositivos de red:

• Punto de acceso inalámbrico (AP): concentran las señales inalámbricas de los usuarios y se conectan a la infraestructura de red existente basada en cobre, como Ethernet. *Los routers inalámbricos domésticos y para pequeñas empresas integran las funciones de un router, un switch y un punto de acceso en un solo dispositivo.
• Adaptadores NIC inalámbricos: proporcionan capacidad de comunicación inalámbrica a los hosts de red.

lab

show ip interface brief para ver el slot en donde estan los modulos agregados.

en serial cables, hay 2 opciones:

• DCE: el dispositivo que se conecte primero va a ser el que emita una senal de clock al otro dispositivo
• DTE: el dispositivo que se cliquee primero va a recibir la senal clock del otro dispositivo

there is an address for the first router outside the local home network. This router belongs to the ISP. This router is known as the ISP’s point of presence or POP. This is where the ISP provides its customers access to the internet.

Internet2? Is this a new version of the internet? No. Internet2 is a non-for-profit ISP. It is a consortium of research, education, industry, and government communities that provide high-speed network services, cloud services, and other services tailored for research and education.

Which two factors influence the method that is used for media access control? (Choose two.)
how nodes share the media
how the IP protocol forwards the packet to the destination
how signals are encoded by the NICs on end devices
how the connection between nodes appears to the data link layer
how data is generated by end devices applications

Por qué esas dos? El método de media access control (MAC) depende de:

• Cómo los nodos comparten el medio
  (por ejemplo: CSMA/CD, CSMA/CA, acceso controlado, etc.)
• Cómo la conexión se presenta a la capa de enlace de datos
  (si parece punto a punto, multipunto, half-duplex, full-duplex, etc.)

A WAN hub-and-spoke topology is a network design where multiple remote sites (spokes) connect directly to a central location (hub) rather than to each other