Conceptos Fundamentales de Medios de Transmisión

1. Definición de Medio de Transmisión y Tipos

Un medio de transmisión es el soporte físico o canal a través del cual se transporta la información en una red. Facilita la comunicación entre dispositivos.

Los principales medios de transmisión son:

• Cableado Metálico:
  • Par Trenzado: Incluye UTP (Unshielded Twisted Pair – Par Trenzado No Apantallado) y STP (Shielded Twisted Pair – Par Trenzado Apantallado).
  • Coaxial: Aunque menos común hoy en día en LANs, fue relevante en el pasado.
• Fibra Óptica:
  • Monomodo: Permite la propagación de un único haz de luz.
  • Multimodo: Permite la propagación de múltiples haces de luz.
• Inalámbrico: Utiliza ondas electromagnéticas (radiofrecuencia, microondas, infrarrojos) para la transmisión sin necesidad de cables físicos.

2. Cable de Par Trenzado: Definición y Propósito del Trenzado

Un cable de par trenzado es un tipo de cable metálico, generalmente de cobre, compuesto por pares de hilos conductores que se entrelazan entre sí. Se utilizan ampliamente en redes de área local (LAN).

El propósito principal de que los pares de hilos se trencen es reducir las interferencias electromagnéticas (EMI) y la diafonía (crosstalk) entre los propios pares de cables adyacentes. Al trenzar los hilos, se cancelan las señales inducidas por los campos magnéticos, mejorando la integridad de la señal transmitida.

3. Criterios de Clasificación de Cables de Pares Metálicos

Tres criterios fundamentales para clasificar los cables de pares metálicos son:

1. Apantallamiento: Se refiere a la presencia o ausencia de una capa protectora metálica alrededor de los pares de hilos o del conjunto de cables.
   • UTP (Unshielded Twisted Pair): No tiene apantallamiento, siendo más flexible y económico, pero más susceptible a interferencias.
   • STP (Shielded Twisted Pair): Incorpora una pantalla metálica (malla o lámina) para proteger contra el ruido electromagnético externo y reducir la emisión de interferencias.
2. Categoría: Define las características eléctricas y el rendimiento del cable en términos de ancho de banda y velocidad de transmisión. Las categorías van desde la 3 hasta la 8, siendo las más comunes la 5e, 6, 6A y 7.
3. Clase: Se relaciona con el rendimiento del canal de cableado, incluyendo la distancia entre nodos y el ancho de banda soportado por el sistema completo (cable, conectores, paneles). Las clases van desde la A hasta la F_A.

4. Categorías de Cables Metálicos Más Utilizadas

Las categorías de cables metálicos de par trenzado más utilizadas en la actualidad para redes Ethernet son:

• Categoría 5e (Cat 5e): Soporta velocidades de hasta 1 Gbps (Gigabit Ethernet) en distancias de hasta 100 metros.
• Categoría 6 (Cat 6): Soporta hasta 1 Gbps en 100 metros y hasta 10 Gbps en distancias más cortas (aproximadamente 55 metros).
• Categoría 6A (Cat 6A): Soporta 10 Gbps en distancias de hasta 100 metros.

5. Unidades de Medida en Redes

Las unidades de medida para los siguientes parámetros son:

• a) Velocidad de transmisión de datos: Megabits por segundo (Mbps) o Gigabits por segundo (Gbps).
• b) Nivel de atenuación: Decibelios (dB).
• c) Intensidad de corriente: Amperios (A).
• d) Velocidad de la luz: Aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo (km/s) en el vacío.

6. Ventajas de la Fibra Óptica frente a los Cables Metálicos

La fibra óptica ofrece varias ventajas significativas sobre los cables metálicos:

• Mayor Velocidad y Ancho de Banda: Al transmitir luz, puede alcanzar velocidades de transmisión mucho más altas (hasta 100 Gbps o más) y soportar un ancho de banda considerablemente mayor.
• Mayor Distancia de Transmisión: Permite la transmisión de datos a distancias mucho mayores sin necesidad de repetidores (hasta 40 km o más).
• Inmunidad a Interferencias Electromagnéticas: No se ve afectada por el ruido electromagnético (EMI) ni por las interferencias de radiofrecuencia (RFI), lo que la hace ideal para entornos industriales o con alta densidad de equipos electrónicos.
• Mayor Seguridad: Es más difícil de interceptar o «pinchar» sin ser detectado, lo que la hace más segura para transmisiones de datos sensibles.
• Menor Peso y Tamaño: Los cables de fibra óptica son más delgados y ligeros que los cables de cobre equivalentes, facilitando su instalación en espacios reducidos.

7. Características Clave de la Fibra Óptica

Las características principales de la fibra óptica incluyen:

• Capacidad para alcanzar velocidades de 100 Gbps o superiores.
• Mayor coste inicial de instalación y de los equipos asociados en comparación con el cobre.
• Total inmunidad al ruido electromagnético y a las interferencias externas.
• Posibilidad de crear segmentos de red que se extienden hasta 40 km o más sin degradación significativa de la señal.
• Requiere herramientas y técnicas de instalación más especializadas.

8. Tipos de Fibras Ópticas

Los dos tipos principales de fibras ópticas son:

• Fibra Óptica Monomodo: Diseñada para transmitir un único haz de luz (o modo de propagación) a través de un núcleo muy estrecho. Esto minimiza la dispersión modal y permite alcanzar mayores distancias y anchos de banda, siendo ideal para redes de larga distancia y alta velocidad.
• Fibra Óptica Multimodo: Permite la propagación de múltiples haces de luz (o modos) a través de un núcleo más ancho. Aunque es más económica y fácil de instalar, la dispersión modal limita su alcance y ancho de banda en comparación con la monomodo, siendo adecuada para distancias más cortas dentro de edificios o campus.

Fenómenos Físicos y Componentes de Red

9. Efectos Físicos que Alteran las Comunicaciones Inalámbricas

Las ondas electromagnéticas en las comunicaciones inalámbricas pueden verse afectadas por diversos fenómenos físicos:

• Reflexión: Se produce cuando una onda electromagnética incide sobre una superficie grande y lisa (como una pared o un edificio) y rebota, cambiando su dirección. Esto puede generar múltiples trayectorias de señal y causar interferencias consigo misma (multitrayecto).
• Difracción: Ocurre cuando una onda electromagnética encuentra un obstáculo con un borde afilado o una abertura. La señal se dobla alrededor del obstáculo, permitiendo que la señal llegue a áreas que de otro modo estarían bloqueadas, aunque con una atenuación.
• Dispersión (Scattering): Es la difusión o reflexión de la señal en múltiples y diferentes direcciones cuando la onda se encuentra con objetos pequeños y rugosos (como hojas de árboles, señales de tráfico o superficies irregulares). Esto resulta en una señal debilitada y desorganizada sin un control direccional definido.

10. Conectores de Red Comunes

Algunos de los conectores de red más conocidos son:

• RJ-11, RJ-12: Utilizados principalmente para conexiones telefónicas.
• RJ-45: El conector estándar para cables de par trenzado (UTP y STP) en redes Ethernet.
• AUI (Attachment Unit Interface) / DB-15: Conector de 15 pines utilizado en el pasado para conectar transceptores a tarjetas de red Ethernet 10BASE5 (Thicknet).
• BNC (Bayonet Neill-Concelman): Conector utilizado para cable coaxial fino (Thinnet) en redes Ethernet 10BASE2.
• Conector T BNC: Utilizado para conectar una estación a un bus de cable coaxial (Thinnet).
• DB-25 y DB-9: Conectores de tipo D-sub, comúnmente utilizados para transmisiones serie (puertos serie RS-232).

11. Elementos Físicos de la Infraestructura de Red

Además de cables y conectores, otros elementos físicos esenciales en una red incluyen:

• Baluns: Dispositivos que convierten señales balanceadas a no balanceadas y viceversa, permitiendo el uso de cable de par trenzado para señales diseñadas para coaxial.
• Transceptores: Dispositivos que combinan las funciones de transmisor y receptor, a menudo integrados en las tarjetas de red.
• Racks: Estructuras metálicas estandarizadas para organizar y alojar equipos de red, servidores y cableado en centros de datos o cuartos de telecomunicaciones.
• Latiguillos (Patch Cords): Cables cortos pre-terminados utilizados para conectar equipos a paneles de parcheo o entre sí.
• Canaletas: Conductos protectores para organizar y ocultar el cableado.
• Placas de Conectores y Rosetas de Pared: Puntos de conexión de red en la pared, donde se conecta el cable de red del usuario final.

12. Conectores para Fibra Óptica

Los conectores más comunes para fibra óptica son:

• Conector SC (Subscriber Connector o Standard Connector): Es un conector de inserción directa (push-pull) con un mecanismo de acoplamiento cuadrado. Suele utilizarse en conmutadores de tipo Gigabit y en aplicaciones de alta densidad.
• Conector ST (Straight Tip): Es un conector con un mecanismo de acoplamiento de bayoneta (giro y bloqueo), similar a los conectores coaxiales. Fue muy popular en instalaciones de red locales y aún se utiliza en algunas instalaciones híbridas.
• Otros conectores comunes incluyen LC (Lucent Connector), MPO/MTP, y FC (Ferrule Connector).

13. Herramientas para la Construcción y Mantenimiento de Cableado

Para la instalación y mantenimiento de conexiones de cableado, se utilizan diversas herramientas:

• Herramientas de Corte y Pelado: Alicates de corte, cuchillas para pelar cables.
• Crimpadoras: Herramientas para fijar conectores (como RJ-45) a los cables.
• Herramientas de Impacto (Punzones): Para insertar y terminar cables en paneles de parcheo y rosetas.
• Manguitos Termorretráctiles: Tubos que se encogen con el calor para aislar y proteger empalmes o terminaciones.
• Bridas: Elementos de sujeción para organizar y asegurar el cableado.
• Etiquetas Identificativas: Para marcar y documentar el cableado.
• Pinzas: Para manipular componentes pequeños.
• Resinas: Para proteger y sellar empalmes de fibra óptica.
• Comprobadores de Cableado: Para verificar la continuidad y el correcto mapeo de los hilos.

Hardware y Configuración de Red

14. Tarjetas de Interfaz de Red (NIC) y sus Interfaces

Las siglas NIC corresponden a Network Interface Card, o Tarjeta de Interfaz de Red. Es el componente de hardware que permite a un ordenador conectarse a una red.

Las interfaces de conexión más comunes para las NIC en equipos de sobremesa y portátiles se refieren al tipo de bus o puerto que utilizan:

• PCI / PCIe: Buses internos utilizados en ordenadores de sobremesa para tarjetas de expansión.
• PCMCIA / CardBus: Estándares de tarjetas de expansión para portátiles (más comunes en modelos antiguos).
• USB: Puerto externo versátil, utilizado para adaptadores de red externos (Wi-Fi o Ethernet).
• Integradas en Placa Base: La mayoría de los ordenadores modernos tienen la NIC Ethernet integrada directamente en la placa base.

15. Definiciones Clave en Redes

A continuación, se definen varios términos importantes en el ámbito de las redes:

• Impedancia: Es la oposición total al paso de la corriente alterna en un circuito, considerando tanto la resistencia como la reactancia (inductiva y capacitiva).
• Slots de Conexión (Ranuras de Expansión): Son elementos de la placa base de un computador que permiten conectar tarjetas adicionales o de expansión (como tarjetas gráficas, de sonido o de red) para añadir funcionalidades.
• Controlador de Dispositivo (Device Driver): Es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar y controlar un dispositivo de hardware específico (como una tarjeta de red, impresora o tarjeta gráfica).
• Colisión (en redes Ethernet): Es una situación que se produce en un medio de transmisión compartido (como un bus Ethernet antiguo) cuando dos o más dispositivos intentan transmitir datos simultáneamente, resultando en la corrupción de ambas transmisiones.
• Jam Frame (Trama de Atasco): Es una señal especial enviada por un dispositivo Ethernet que detecta una colisión. Su propósito es asegurar que todos los demás dispositivos en el dominio de colisión detecten la colisión y detengan sus transmisiones, permitiendo que el protocolo CSMA/CD funcione correctamente.
• Segmento de Red o Dominio de Colisión: En redes Ethernet, es un área lógica donde las colisiones de datos pueden ocurrir y ser detectadas por todos los dispositivos conectados. Los switches dividen los dominios de colisión, mientras que los hubs los extienden.
• SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida – Uninterruptible Power Supply): Es un dispositivo que proporciona energía eléctrica de respaldo a los equipos conectados en caso de un corte de suministro, y también protege contra fluctuaciones de voltaje, picos y otras deficiencias de la corriente eléctrica.
• Rack: Estructura metálica estandarizada (generalmente de 19 pulgadas de ancho) diseñada para alojar y organizar de forma segura equipos de red, servidores, paneles de parcheo y otros componentes en un centro de datos o cuarto de telecomunicaciones.
• Roseta: Es el punto final de conexión del cableado estructurado en el área de trabajo del usuario. Consiste en una caja de pared que contiene uno o más conectores de red (generalmente RJ-45) donde se conecta el cable de red del dispositivo final (ordenador, teléfono IP, etc.).

16. Adaptadores de Red y Tecnologías Específicas

No, no todos los adaptadores de red sirven para todas las redes. Cada adaptador está diseñado para una tecnología de red específica y un tipo de medio de transmisión.

Ejemplos de tarjetas apropiadas para diferentes tecnologías de red:

• Ethernet: Tarjetas con puertos RJ-45 para cable de par trenzado (10/100/1000 Mbps, 10 Gbps, etc.).
• Token Ring: Tarjetas con conectores específicos (como DB-9 o RJ-45) para redes Token Ring (obsoletas).
• FDDI (Fiber Distributed Data Interface): Tarjetas con conectores de fibra óptica (como MIC o SC) para redes FDDI (obsoletas, de alta velocidad para su época).
• Redes Inalámbricas (Wi-Fi): Tarjetas con antenas integradas o externas que cumplen con los estándares IEEE 802.11 (a/b/g/n/ac/ax).

17. Configuración de Adaptadores de Red en Sistemas Operativos

La configuración de los adaptadores de red en un ordenador se puede realizar desde diferentes ubicaciones, dependiendo del sistema operativo:

• En Windows: Se accede a través del «Panel de Control» (en versiones antiguas) o la «Configuración de Red e Internet» (en versiones modernas). También es común utilizar el intérprete de comandos (CMD o PowerShell) con comandos como ipconfig o netsh.
• En Linux: Se puede configurar a través del «Administrador de Red» (interfaz gráfica como NetworkManager) o, de forma más avanzada, utilizando el intérprete de comandos (terminal) con utilidades como ip (la más moderna), ifconfig (legado) o iwconfig (para inalámbricas).

18. Utilidad de los Comandos ipconfig, iwconfig e ifconfig

Estos comandos son herramientas de línea de comandos utilizadas para visualizar y, en algunos casos, configurar la información de red de los adaptadores:

• ipconfig: Es un comando utilizado en sistemas operativos Windows. Permite ver la configuración de red de los adaptadores cableados e inalámbricos, incluyendo direcciones IP, máscaras de subred, puertas de enlace predeterminadas y servidores DNS.
• ifconfig: Es un comando tradicionalmente utilizado en sistemas Linux/Unix. Cumple una función similar a ipconfig, mostrando y permitiendo configurar interfaces de red cableadas e inalámbricas. Sin embargo, en distribuciones Linux modernas, el comando ip (parte del paquete iproute2) es el preferido y más potente.
• iwconfig: Es un comando específico de sistemas Linux/Unix, diseñado exclusivamente para mostrar y configurar parámetros de interfaces de red inalámbricas (Wi-Fi), como el SSID, el modo de operación, la frecuencia y la potencia de transmisión.

Estándares y Diseño de Redes

19. La Red Ethernet y su Protocolo de Acceso al Medio

Ethernet es la tecnología de red de área local (LAN) más extendida y se rige por la norma IEEE 802.3. Define tanto las especificaciones físicas (cableado, conectores) como el protocolo de acceso al medio.

El protocolo de acceso al medio que utiliza Ethernet en sus versiones más antiguas (y en dominios de colisión compartidos) es CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Este protocolo permite que múltiples dispositivos compartan un mismo medio de transmisión. Antes de transmitir, un dispositivo «escucha» el medio (Carrier Sense) para ver si está libre. Si está libre, transmite. Si dos dispositivos transmiten simultáneamente, se produce una colisión, la cual es detectada (Collision Detection), y ambos dispositivos detienen su transmisión, esperan un tiempo aleatorio y lo intentan de nuevo.

20. Diversidad de Tipos de Ethernet dentro de la Norma IEEE 802.3

Existen varios tipos de Ethernet dentro de la norma IEEE 802.3 debido a la evolución tecnológica y a la necesidad de adaptarse a diferentes requerimientos de velocidad, distancia y tipo de cableado. La norma ha ido incorporando nuevas especificaciones para soportar:

• Diferentes Medios Físicos: Originalmente para cable coaxial, luego para par trenzado (10BASE-T, 100BASE-TX, 1000BASE-T, 10GBASE-T) y fibra óptica (100BASE-FX, 1000BASE-LX/SX, 10GBASE-LR/SR, 40G, 100G, etc.).
• Velocidades Crecientes: Desde 10 Mbps hasta 100 Gbps y más, para satisfacer las demandas de ancho de banda de las aplicaciones modernas.
• Distancias Variadas: Mientras que las versiones de cobre (como 10GBASE-T) son adecuadas para conectar servidores o estaciones a la LAN en distancias cortas (hasta 100 metros), las versiones de fibra óptica permiten unir distancias mucho mayores, que pueden llegar a los 40 km o incluso más, ideales para enlaces troncales (backbone) o conexiones entre edificios.

21. Consideraciones en un Proyecto de Instalación de una LAN

Al planificar un proyecto de instalación de una Red de Área Local (LAN), se deben tener en cuenta múltiples factores para asegurar su eficiencia, escalabilidad y fiabilidad:

• Requerimientos y Dimensiones: Definir el tamaño de la red, el número de usuarios, los tipos de aplicaciones que se ejecutarán y las necesidades de ancho de banda.
• Presupuesto y Coste: Evaluar los costes de hardware, cableado, instalación y mantenimiento.
• Tipo de Cableado: Elegir el medio de transmisión adecuado (cobre, fibra óptica) según las distancias, velocidades y el entorno.
• Topología de Red: Diseñar la disposición física y lógica de los dispositivos (estrella, malla, etc.).
• Estándares y Normativas: Asegurarse de que la instalación cumpla con los estándares de cableado estructurado (ej. TIA/EIA-568) y las normativas locales.
• Seguridad: Implementar medidas de seguridad física y lógica para proteger la red y los datos.
• Escalabilidad Futura: Diseñar la red pensando en futuras expansiones y actualizaciones tecnológicas.
• Alimentación Eléctrica y Climatización: Asegurar una infraestructura eléctrica adecuada y sistemas de refrigeración para los equipos.
• Documentación: Crear planos, diagramas y registros detallados de la instalación.

22. Diferencia entre Cable Directo y Cable Cruzado (Crossover)

La diferencia no reside en el conector en sí (ambos utilizan RJ-45), sino en la configuración interna del cableado de los pares de hilos:

• Cable Directo (Straight-Through): Los hilos en ambos extremos del cable están conectados en el mismo orden (por ejemplo, T568B en ambos lados). Se utiliza para conectar dispositivos de diferente tipo, como un ordenador a un switch o un router.
• Cable Cruzado (Crossover): Los hilos de transmisión (Tx) de un extremo están conectados a los hilos de recepción (Rx) del otro extremo, y viceversa (por ejemplo, T568A en un lado y T568B en el otro).

¿Por qué se cruzan? Se cruzan para permitir la conexión directa entre dos dispositivos del mismo tipo (por ejemplo, dos ordenadores, dos switches o un router a un ordenador) sin necesidad de un dispositivo intermedio (como un switch o hub). Al invertir los pares de transmisión y recepción, lo que es una señal de salida (Tx) en un dispositivo se convierte en una señal de entrada (Rx) para el otro, y viceversa, permitiendo la comunicación bidireccional.

23. Tipos de Cableado Estructurado

El cableado estructurado se organiza en diferentes subsistemas:

• Cableado Horizontal: Se extiende desde el área de trabajo (donde se encuentran los dispositivos de usuario) hasta el armario de telecomunicaciones (cuarto de telecomunicaciones) en el mismo piso. Típicamente, el cable se instala horizontalmente a lo largo del piso o falso techo.
• Cableado Vertical (Backbone) a Nivel de Edificio: Interconecta los diferentes armarios de telecomunicaciones entre sí dentro del mismo edificio, así como con la sala de equipos principal.
• Cableado Vertical (Backbone) a Nivel Intercampus: En caso de que haya varios edificios en un mismo campus, este cableado se encarga de interconectarlos entre sí, generalmente utilizando fibra óptica debido a las mayores distancias.

24. Certificación de Instalaciones Cableadas e Instrumentos de Medición

La certificación de una instalación cableada es el proceso de verificar y documentar que todo el cableado de red (cobre o fibra óptica) cumple con los estándares de rendimiento y calidad establecidos por organismos como TIA/EIA o ISO/IEC. Este proceso asegura que la infraestructura de cableado soportará las aplicaciones de red para las que fue diseñada.

Tipos de instrumentos para la medición y certificación de parámetros de redes:

• Comprobadores de Continuidad de Cable: Herramientas básicas para verificar si los hilos están correctamente conectados y no hay cortocircuitos o aperturas.
• Verificadores de Cableado: Ofrecen más funcionalidades que los comprobadores de continuidad, como la detección de errores de cableado (pares divididos, inversión) y la longitud del cable.
• Certificadores de Cableado: Son instrumentos avanzados que realizan pruebas exhaustivas de rendimiento (atenuación, diafonía, pérdida de retorno, etc.) y generan informes detallados para certificar que el cableado cumple con los estándares de categoría/clase.
• Reflectómetros Ópticos en el Dominio del Tiempo (OTDR): Utilizados para probar y certificar cables de fibra óptica, detectando fallos, midiendo la longitud y la atenuación.
• Analizadores de Redes (Packet Sniffers): Herramientas de software o hardware que capturan y analizan el tráfico de red para diagnosticar problemas de rendimiento, seguridad o protocolo.