Medios de comunicación –medios conducidos

Una red de comunicación no puede existir sin un medio que conecte a la fuente con el receptor y que provea un canal a través del cual los mensajes se puedan enviar. Este medio puede ser de dos tipos: uno es en forma de cable o alambre físico y el otro es un medio de transmisión inalámbrico como el aire. Si el medio es visible, se considera un medio por conducto (conducido, guiado o “conducted media”); con este medio un equipo eléctrico u óptico envía o conduce señales por el alambre de cobre o por el cable de vidrio. El medio inalámbrico, como las ondas del aire, se considera un medio radiante (de irradiación o “radiated media”), en el que la señal se irradia por el aire utilizando un transmisor y una antena.

Medio Conducido

Se discutirán cuatro medios: cable aislado de dos alambres (two-wire open lines), cable de par trenzado (twisted pair wire), cable coaxial y cable de fibra óptica.

I. Two-wire Open Lines:

Consiste de dos cables que están aislados uno del otro; uno lleva la señal y el otro lleva la referencia (ground). El DTE que recibe determina el valor de la señal comparando la misma con la referencia. Son mejores para aplicaciones que requieren baja velocidad (menos de 19.2 kilobits per second) y distancias limitadas (menos de 50 metros). Es susceptible a la interferencia electromagnética, el ruido (noise) puede afectar a un cable.

II. Cable de par trenzado (Twisted Pair Wire):

Es el medio de transmisión más común. El cable de par trenzado consiste de dos cables que han sido entrelazados entre sí (un número específico de veces por pie) y que están envueltos por una cubierta protectora.

Cuando la electricidad fluye a través de un cable que está solo, se genera un campo electromagnético cuya energía puede crear interferencia en los cables que están cerca. Sin embargo, cuando dos cables se entrelazan o trenzan entre sí, el par de cables genera menos energía que uno sólo. También son menos susceptibles a la interferencia de cables vecinos. Así, al reducir la interferencia, el cable de par trenzado provee un medio de transmisión de mejor calidad que otros cables no trenzados.

Cada cable de par trenzado está cubierto de un material aislante como plástico, que evita que los cables de cobre tengan contacto entre sí y que la señal de un par de cables interfiera con la de otro par de cables. Un conjunto de par tranzados puede agruparse en un gran cable. Dado que la comunicación a través del par trenzado requiere ambos cables, cada par es considerado una línea de comunicación. Los cables de par trenzado están disponibles en dos tipos: con cobertura (“shielded twisted pair” – STP) y sin cobertura (“unshielded twisted pair” – UTP).

a. Unshielded Twisted Pair – Es más susceptible a la interferencia pues no tiene el forro que evita la interferencia como el “shielded twisted pair”. El cable UTP, sin embargo, es adecuado para transmisión de voz y se utiliza regularmente en residencias y sistemas telefónicos de oficina. Las líneas UTP son agrupadas en categorías basadas en su calidad y uso. La categoría 1 de cable UTP tiene un ancho de banda estrecho (3,300 Hz), lo que es muy limitado para los requisitos actuales de comunicación. Las categorías mayores – con cables de mayor calidad – son usadas para enviar datos a mayor velocidad. Por ejemplo, el cable UTP categoría 1 está siendo reemplazado con cable UTP categoría 5, que tiene mayor capacidad de ancho de banda y provee transmisión de datos de mayor calidad.

b. Shielded Twisted Pair – Cada par es colocado en un forro metálico creado con cables muy finos, que absorbe cualquier interferencia. Los cables son luego colocados en un forro plástico. Típicamente se utiliza STP cuando se necesita varios cables en un pequeño espacio o en un ambiente con muchos equipos eléctricos. Los cables STP son confiables para transmitir datos en áreas de alta interferencia porque la cobertura previene que se interfiera con los datos.

Cable Coaxial:

El cable coaxial es otro medio de comunicación de datos ampliamente usado. Está compuesto por un cable de cobre (conductor interno), rodeado por un material aislante (llamado “shell”), que a su vez está envuelto por un segundo conductor (usualmente una maya de alambres finos) que le da al cable mayor protección electromagnética que la del cable de par trenzados. Finalmente, el cable está cubierto por un material plástico llamado “jacket”. El cable coaxial, también llamado coax, es un medio de alta amplitud de banda que puede llevar miles de señales a la vez. Este tipo de cable puede transmitir datos a mayor distancia que el cable de par trenzado y es menos susceptible a la interferencia que el STP. El cable coaxial permite dos tipos de transmisiones: transmisión de base ancha (broadband) y transmisión de banda-base (baseband).

En la transmisión de base ancha (broadband) un solo cable es dividido eléctricamente en muchos canales, cada uno llevando diferentes transmisiones. Esta transmisión es análoga. Utiliza una onda de transmisión de alta frecuencia, la que se divide en amplitudes de bandas separadas por los protectores de banda (guardbands) para prevenir interferencia entre las señales. Usando transmisión de base ancha, una compañía de televisión por cable puede transmitir múltiples canales a los hogares individuales mediante un solo cable. Similarmente, el cable de banda ancha puede transmitir voz, video, datos y otras señales.

El otro tipo de transmisión es la banda-base (baseband). En ésta, solo una señal se transmite a través del cable. Las computadoras utilizan la transmisión de banda-base para enviar datos a otras computadoras en una red local. La transmisión de banda-base es digital. El cable y los conectores usados son menos costosos que los de transmisión de base ancha.

La alta amplitud de banda del cable coaxial lo hace muy atractivo para una gran variedad de usos. En el pasado, el cable coaxial era usado principalmente para transmisiones de radio y televisión por cable y para enlaces entre computadoras y sus equipos auxiliares. Según ha aumentado la necesidad de líneas de teléfonos adicionales, se ha ido utilizando el cable coaxial para comunicación telefónica y de datos.

Sin embargo, el cable coaxial es menos utilizado que el UTP en redes de área local (LAN), pues el UTP es menos costoso y más fácil de manejar e instalar. Otra desventaja del cable coaxial es su tamaño, pues es mucho más grande y pesado que el cable de par trenzado y cable de fibra óptica.

Cable de fibra óptica:

El cable de fibra utiliza luz para transmitir las señales de datos. La luz transmite señales digitales usando impulsos de luz para representar 0 y 1. El cable de fibra óptica está compuesto de uno o más cables pequeños de vidrio o plástico. Cada cable, llamado fibra óptica, es tan fino como un cabello humano. De hecho, un cable de fibra óptica está compuesto de muchas fibras ópticas, cada uno rodeada de una barrera de reflexión (“cladding” ); sobre esta barrera está otra que protege a la fibra óptica; también se incluye una fibra para fortalecer el cable; y finalmente una cobertura exterior llamada “jacket”.

La mayor diferencia entre el cable de fibra óptica y el par trenzado o el cable coaxial es la manera en que las señales de voz y datos se transmiten. Los cables de cobre transmiten señales eléctricas, mientras que los cables de fibra óptica transmiten señales por medio de ondas luminosas (luz). El cable de fibra óptica utiliza un diodo emisor de luz (LED – Light-emitting diode) o un láser para enviar pulsos de luz a través de las fibras. Un LED es una luz de bajo poder creado por un diodo eléctrico, del mismo tipo de luz usado en algunos relojes digitales. Un láser provee una fuente de luz más poderosa que el LED, pero también más costosa. La luz permite que la velocidad de transmisión de la fibra óptica sea mucho mayor que la del cable de par trenzado o del cable coaxial.

Los cables de fibra óptica están disponibles en tres tipos, que varían de acuerdo al método usado para transmitir la luz por el cable:

1. Fibra multi-modal de índice escalonado (Multimode step index) – Utiliza una cobertura plástica o un “cladding” parecido a un espejo alrededor del cable para reflejar la luz desde el láser o LED. Según la luz es reflejada por los lados del cable, se mueve en el cable hasta su destino.

2. Fibra multi-modal de índice gradual (Multimode graded index) – En este tipo de fibra óptica el núcleo está hecho de varias capas concéntricas de material óptico con diferentes índices de refracción. El cable varía en densidad, lo que ocasiona curvatura en la luz. Tanto el fenómeno de curvatura como el de reflexión causan que la luz se mueva hacia el receptor.

3. Fibra mono-modal (Single-mode cable) – Es el tipo de cable más rápido. Utiliza un cable muy delgado rodeado por una envoltura que concentra el calor. Su principal diferencia es que envía la luz en forma directa sin necesidad de reflexión en las paredes de los cables.

Ambos cables de multimodo reflejan la luz a lo largo de la envoltura mediante el efecto de reflexión (rebote) para transmitir la luz a través del cable. Es posible que algunos rayos de luz se salgan del patrón de rebote. Estos rayos viajan mayor distancia y por más tiempo para alcanzar el final del cable. Esto resulta en pérdida de fortaleza en la señal (attenuation) y en la dispersión de la señal transmitida.

Ventajas del cable de fibra óptica:

1. Alta velocidad de transmisión – puede transmitir a 100 Mbps, y sigue aumentando.

2. Seguridad – Interceptar un cable de cobre es relativamente fácil, permitiendo que se pueda robar datos sin que se conozca que está ocurriendo. Interceptar un cable de fibra óptica es prácticamente imposible, dado su composición. Y si se pudiera, es fácil detectarlo por la interrupción de la luz.

3. Inmunidad a la interferencia eléctrica

Por lo general, la fibra óptica es usada para enlazar redes como LAN, WAN u otros. Típicamente no se utilizan para enlazar PC individuales a LAN por el alto costo de las tarjetas de interfase para las PC. Excepciones a esta regla incluyen ambientes en donde la PC está a más de 100 metros (382 pies) de la conexión de LAN más cercana, ambientes en donde la interferencia electromagnética es un problema y ambientes en los cuales es crucial la seguridad.