Capa Física OSI: Medios de Transmisión, Estándares y Tipos de Cableado de Red

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La Capa Física (OSI Nivel 1)

Es la capa OSI encargada de transmitir bits (0 y 1) a través de magnitudes físicas: voltaje, luz u ondas.

Funciones y Definiciones Clave

La Capa Física define:

  • Cómo se representan los bits.
  • El tipo de señal.
  • El medio físico usado.
  • Los componentes, conectores y estándares.

Parámetros Clave del Canal

  • Velocidad de transmisión.
  • Distancia soportada.

Conceptos Importantes de Rendimiento

Ancho de banda
Cantidad de datos posible por unidad de tiempo. Se ve afectado por la latencia (tiempo de ida) y el rendimiento (velocidad real útil).

Tipos de Señal

La señal es la variación de una magnitud física. Puede ser:

  • Digital (la que viaja por los cables).
  • Analógica.

Tipos de Transmisión

  • Serie: 1 bit cada vez (ej. USB).
  • Paralelo: Varios bits a la vez (ej. bus IDE antiguo).
  • Síncrona: Usa reloj común; mismo ritmo emisor/receptor (ej. Ethernet).
  • Asíncrona: Usa bits de inicio/fin; permite velocidades distintas (ej. RS-232).
  • Simplex: Un solo sentido (ej. TV).
  • Half-duplex: Ambos sentidos, pero no simultáneo (ej. walkie-talkie).
  • Full-duplex: Ambos sentidos simultáneos (ej. Ethernet moderno).

Perturbaciones y Ruido

Una perturbación es cualquier alteración que cambia la señal.

Tipos de Perturbaciones

  • Atenuación: Pérdida de potencia con la distancia.
  • Reflexión: Ecos causados por malas terminaciones o impedancias.
  • Ruido:
    • EMI (Interferencia Electromagnética).
    • RFI (Interferencia de Radiofrecuencia).
    • Diafonía/Crosstalk: Mezcla de señales entre pares de cables.
    • Ruido térmico: Electrones agitados.
    • Ruido de tierra: Mala toma de tierra que genera interferencias.

Estándares y Codificación

Los estándares cubren:

  • Componentes físicos.
  • Señalización (cómo se genera la señal física).
  • Codificación (cómo se traducen esas señales a 0 y 1).

Ejemplos de codificaciones: Manchester, amplitud/frecuencia según el estándar.

Diferencia entre Ancho de Banda, Velocidad y Latencia

El Ancho de banda es la capacidad total de datos del medio. Es importante notar que no es lo mismo que la velocidad:

  • Ancho de banda: Se asemeja a la cantidad de “carriles” de una autopista (capacidad).
  • Velocidad: Se asemeja a “lo rápido que circulan los coches” (tasa de transferencia).
  • Latencia: El tiempo que tarda en arrancar la transmisión (ej. el tiempo de respuesta de un ping).

Medios de Transmisión Físicos

Medios Guiados (Cableados)

  • Par trenzado (transmisión por electricidad).
  • Coaxial (transmisión por electricidad).
  • Fibra óptica (transmisión por luz).

Medios No Guiados (Inalámbricos)

  • Infrarrojos.
  • Radiofrecuencia.
  • Microondas.

Cable Coaxial

Cable usado para transmitir señales eléctricas de alta frecuencia.

Estructura

  • Núcleo: Conductor central que lleva la información.
  • Malla metálica: Retorno de corriente y blindaje.
  • Ambos separados por un dieléctrico.

Características: Excelente blindaje contra interferencias. Permite buenas distancias y velocidad de transmisión. Es rígido (no se debe doblar 90º). Uso principal: televisión (TV por cable).

Tipos de Coaxial

Banda Ancha (75 Ω)
Frecuencias >300 MHz. Permite muchos canales, ideal para TV por cable y señales de alta calidad (audio y vídeo).
Banda Base (50 Ω)
Usado en redes antiguas para conectar ordenadores. Actualmente obsoleto (reemplazado por UTP y WiFi 802.11).
Variantes de Banda Base (50 Ω)
  • Coaxial Delgado (Thin / RG-58 / 10BASE2)
    • Color: Blanco
    • Velocidad: 10 Mbps
    • Longitud máxima: 185 m
    • Nombres alternativos: Thinnet o Cheapernet.
  • Coaxial Grueso (Thick / 10BASE5)
    • Color: Amarillo
    • Velocidad: 10 Mbps
    • Longitud máxima: 500 m

Conectores BNC

  • BNC Final: Conecta el extremo del cable.
  • BNC T: Une dos cables y conecta al adaptador de red.
  • Prolongador BNC: Para alargar cables (hembra–hembra).
  • Terminador BNC: Imprescindible en redes coaxiales, evita que la señal “rebote”.

Herramientas y Proceso de Instalación Coaxial

Herramientas
  • Pelacables.
  • Engarzadora BNC (crimpadora).
  • Cúter.
  • Cable coaxial y conectores BNC.
Pasos de Montaje
  1. Pelar el extremo del cable.
  2. Separar la malla y colocarla alrededor.
  3. Cortar 1 cm de dieléctrico para dejar el núcleo visible.
  4. Insertar el BNC y engarzar fuertemente.
Verificación

Se puede verificar mediante tres métodos:

  • Ping entre dos PCs.
  • Uso de un tester de coaxial.
  • Uso de un polímetro para medir continuidad e impedancia (50 o 75 Ω).

Cable Par Trenzado (Twisted Pair)

Cable formado por pares de hilos de cobre trenzados. El trenzado reduce las interferencias electromagnéticas (diafonía o crosstalk). A mayor número de vueltas, menor interferencia. Es el tipo de cable más usado actualmente en redes.

Categorías y Velocidades

  • Cat5e: 1 Gbps.
  • Cat6a: 10 Gbps a 100 m.
  • Cat8: 40 Gbps a 30 m.

Conectores

  • RJ-45 (Macho): Conector estándar usado en UTP. Tiene 8 pines (4 pares).
  • RJ-45 (Hembra): Se usa en rosetas o paneles de parcheo.
  • RJ-49: Similar al RJ-45, pero con chapa metálica para cables blindados (FTP/STP).

Cable Directo (Straight-Through)

Ambos extremos utilizan el mismo estándar de cableado (generalmente T568B).

Usos

  • PC → Switch
  • Switch → Router
  • Router → Patch panel

Pasos de Montaje

  1. Pelar el cable.
  2. Destrenzar y ordenar los hilos.
  3. Usar el estándar T568B.
  4. Cortar recto.
  5. Insertar en el conector RJ-45.
  6. Crimpar.

Verificación

  • Tester (conexión 1→1, 2→2, 3→3, etc.).
  • Multímetro en modo continuidad.

Cable Cruzado (Crossover)

Un extremo utiliza el estándar T568A y el otro T568B.

Usos

  • PC ↔ PC
  • PC ↔ Router antiguo
  • Switch ↔ Switch (sin función auto-MDI/MDI-X)

Comprobación con Tester

Se verifica el cruce de pares:

  • 1 ↔ 3
  • 2 ↔ 6
  • 3 ↔ 1
  • 6 ↔ 2
  • Otros pares permanecen iguales.

Roseta de Red

Un lado presenta un conector RJ-45 estándar, y el otro lado requiere que los cables sean impactados con una herramienta de impacto.

Pasos de Instalación de Roseta

  1. Preparar el cable.
  2. Ordenar los colores según el estándar.
  3. Impactar los cables en los pines correctos.
  4. Cortar el sobrante.
  5. Verificar con tester o multímetro.

Fibra Óptica

La fibra óptica utiliza la luz para la transmisión, lo que garantiza la ausencia de interferencias electromagnéticas.

Tipos de Fibra

  • Multimodo: Núcleo grande, distancias cortas, más económica.
  • Monomodo: Núcleo pequeño, larga distancia, muy rápida.

Conectores y Verificación

  • Conectores comunes: SC, LC, FC, ST, MT-RJ.
  • Fusión: Proceso de unión de fibras mediante arco eléctrico.
  • Verificación: Se realiza con microscopio y láser.