Capa Física: Codificación, Señalización y Medios de Transmisión

Capa Física

Tareas

• Toma la trama de la capa de enlace de datos
• Ve la trama como un grupo de bits sin estructura
• Codifica bits como señales para transmitir por el medio

Codificación y Señalización

Puede ser relativamente simple a muy baja velocidad si los bits son convertidos directamente a señales. A altas velocidades debe haber una codificación, y luego una señalización donde los pulsos eléctricos o lumínicos pasan al cable de cobre o de fibra respectivamente.

NRZ - No Retorno a Cero

Un sistema de señalización muy simple:

• 1 es alto nivel de voltaje, 0 es bajo nivel de voltaje
• El nivel de voltaje no retorna a cero en c/bit

Problemas

• Una larga secuencia de unos o ceros puede desfasar en el tiempo a ambos nodos
• Ineficiente por importante pérdida de potencia
• Muy susceptible a interferencias
• No se usa en Ethernet, aunque podría combinarse con una buena codificación

Codificación Manchester

El nivel de voltaje cambia en el medio de cada bit.

• Voltaje en descenso significa 0, y en ascenso, 1
• Las transiciones entre periodos son ignoradas

La transición importa, sino el nivel de voltaje. Que el nivel de voltaje cambie en el medio de cada bit permite al equipo chequear su temporización.

10 Mbps Ethernet usa Manchester en cables de cobre.

No es muy eficiente a altas velocidades

Dos Pasos

El Ethernet de 100Mbps o mayor velocidad usa dos pasos: una codificación y una señalización.

Los bits se agrupan y se codifican. Ej: 0011 se podría agrupar y codificar en 10101 (4-bit a 5-bit, 4B/5B), de modo que cada posible patrón de 4-bits tendría su propio código.

Esto agrega sobrecarga, pero tiene ventajas.

Ventajas de Agrupar y Codificar

• Los códigos de control como “inicio” ó “parada” pueden tener códigos inconfundibles
• La codificación pueden proveer suficientes transiciones para ayudar a la temporización
• Los códigos pueden balancear los 1s y 0s minimizando la cantidad de energía puesta en el sistema de transmisión
• Mejora la detección de errores ya que se reconocen fácilmente códigos inválidos

Ethernet de 100 Mbps en UTP

Ethernet de 100 Mbps usa primero la codificación 4B/5B.

Luego usa la señalización MLT-3 para poner una señal multinivel en el cable 1 significa cambio, 0 significa sin cambio.

Ethernet de 100 Mbps en Fibra

Ethernet 100BaseFX usa primero 4B/5B.

Luego usa la codificación NRZI para poner pulsos de luz de un LED infrarojo en una fibra multimodo.

1 significa cambio, 0 significa sin cambio.

Ethernet Gigabit en UTP

Usa una codificación complicada seguida de un complejo esquema de modulación y señalización multinivel, usando los 4 pares del cable UTP bidireccionalmente y simultáneamente.

Ancho de Banda Digital

Cantidad máxima de datos que puede fluir en un segmento de red en un tiempo dado.

Determinado por las propiedades del medio y la tecnología usada para transmitir y detectar señales.

La unidad básica es bits por segundo (bps):

• 1 Kbps = 1,000 bps
• 1Mbps = 1,000,000 bps
• 1 Gbps = 1,000,000,000 bps

Rendimiento y Capacidad Útil

Rendimiento (Throughput) es la tasa real de transferencia de bits en un tiempo dado.

Varia con la cantidad y tipo de tráfico, los dispositivos usados, etc.

Siempre es inferior al ancho de banda

La capacidad útil transferida mide los datos útiles transferidos en el tiempo, dejando de lado la sobrecarga de las cabeceras y trailers de control.

MEDIOS

Cable Coaxial

• Conductor central
• Aislación
• Malla de cobre actuando como camino de retorno y como blindaje contra la interferencia también conocida como ruido
• Cubierta de protección plástica externa

Conectores: BNC-NType-Ftype.

Ideal para señales de radio/video de alta frecuencia.

Usado en conexión a antenas.

Usado en TV por cable.

Primer tipo de cable usado en Ethernet, luego reemplazado por UTP (más económico y de fácil mantenimiento en cableado con concentradores)

Cable UTP

• 8 hilos de cobre trenzados separadamente en 4 pares y con una cubierta plástica
• Los cables tienen colores codificados en sus protecciones aislantes

Comúnmente usado en Ethernet

Conectores RJ45

Cable Directo

• En ambos extremos la misma disposición
• Conecta PC a switch o hub
• Conecta router a switch o hub
• El cableado de las instalaciones es directo

Cable Cruzado

• El cable 1 se conecta con el cable 3 en el otro extremo y viceversa
• El cable 2 se conecta con el cable 6 en el otro extremo y viceversa
• Conecta dispositivos similares entre sí
• Conecta PC directamente al router

Cable Transpuesto

• Inventado por Cisco
• El orden de los cables está totalmente invertido
• Usado para la conexión de una PC (puerto serial) a la consola de un router para configurar un router
• Viene pre-armado o con un adaptador RJ45-DB9

Cable UTP

EIA/TIA fijo los estándares.

Categoría 5 o superior puede ser usado para 100Mbps.

Cat 5e puede usarse para Gigabit si está bien instalado.

Cat 6 es lo ideal para Gigabit.

El número de trenzas por metro y el diámetro de los conductores aumenta con la categoría, aumentando la inmunidad a EMI y RFI, y reduciendo la atenuación.

Par Trenzado Blindado

(STP):Los cables estan blindados contra el ruido.-Mas caro que el UTP.-Puede ser usado hasta 10 Gbps