Medios de transmisión. Segunda parte
Por Evelio Martínez Martínez Publicado en Revista RED, Agosto 2005. Introducción En 1972 Robert Metcalf definió el principio básico de detección y recuperación de colisiones en una red, el cual es conocido como Ethernet. Metcalf jamás se imaginó, en ese entonces, que el par trenzado telefónico sería el medio de comunicación principal para esta red. Las primeras redes de datos se comunicaban entre sí por medio de cable serial tipo RS232, después llego el cable coaxial. Pero fue en 1986 cuando se introduce el cable par trenzado (Unshielded Twisted Pair, UTP) de 100 omhs, después de
que
los
fabricantes
de
equipos
introdujeran
los
primeros
concentradores
inteligentes, conocidos comercialmente como hubs. En 1990, el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) liberó el estándar Ethernet 802.3 para cable par trenzado: 10Base-T de 10 Mbps. En 1991 la TIA (Telecommunications Industry Association) publicó el primer estándar de cableado estructurado, el UTP Categoría 3. Después se introdujo la categoría 4, y rápidamente la categoría 5. Con Token Ring fuera de la jugada, Ethernet se convirtió en un nuevo competidor potencial en la industria de las redes y telecomunicaciones. Posteriormente el IEEE empezó a estudiar la posibilidad de implementar velocidades de 1000 Mbps (1000Base-T) sobre UTP. En paralelo, la TIA empieza a definir una versión más robusta de la categoría 5, a la cual le llamó 5e.
Cuadro 1. Categorías del cable par trenzado UTP Categoría
Uso
CAT 1 CAT 2 CAT 3 CAT 4
Voz solamente (cable telefónico) Datos hasta 4 Mbps (Localtalk, Apple) Datos hasta 10 Mbps (Ethernet 10Base-T) Datos hasta 20 Mbps (Token Ring) Datos hasta 100 Mbps (FastEthernet 100Base-T) Datos hasta 1000 Mbps (Gigabit Ethernet 1000Base-T) Datos hasta 10 Gigabits (10GBase-T)
CAT 5 CAT 5e CAT 6
Ancho de Banda 16 MHz 20 MHz 100 Mhz 100 MHz 250 MHz
*Todas las especificaciones están acotadas a 100 metros
Medios de transmisión. Segunda parte
A pesar de que los proponentes de la fibra óptica esperan a que el UTP muera, la actual base instalada de cable par trenzado y la presión del mercado mantienen al UTP vivito y coleando. A pesar de que en 2002 se liberó el estándar Ethernet 10 Gigabit sobre fibra óptica, el costo de una solución por fibra sigue siendo muy elevado, y por consecuencia el IEEE empezó a estudiar la factibilidad de implementar 10 Gigabit Ethernet sobre cable UTP categoría 6. Por años el cable par trenzado ha demostrado funcionar muy bien, ser muy económico y fácil de instalar. Es por eso que hoy en día vivimos en un mercado donde predomina el UTP. La fibra óptica al escritorio sigue siendo una muy remota posibilidad. Las categorías de cable UTP Como el nombre lo indica, "unshielded twisted pair" (UTP), es un cable que no tiene revestimiento o blindaje entre la cubierta exterior y los cables. El UTP se utiliza comúnmente para aplicaciones de redes tipo Ethernet. El término UTP generalmente se refiere a los cables categoría 3, 4 y 5 especificados por el estándar TIA/EIA 568-A. Las categorías 5e, 6, y 7 también han sido propuestas para soportar velocidades más altas a los 100 Mbps. El cable UTP incluye 4 pares de conductores, es decir 8 hilos. Los cables 10Base-T, 100Base-T y 100Base-T2 sólo utilizan 2 pares de conductores, mientras que 100Base-T4 y 1000Base-T requieren de todos los 4 pares (los 8 hilos). A continuación se lista un sumario de las categorías de cable UTP: Categoría 1 - Se refiere al cable telefónico de casa/oficina, el cual se utiliza para aplicaciones de voz solamente. Categoría 2 - La primer red de este tipo fue implementada por la compañía Apple, la cual utiliza el protocolo LocalTalk soportando datos a 4 Mbps. Categoría 3 - UTP con impedancia de 100 ohms y características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 16 MHz. Definida por la especificación TIA/EIA 568-A. Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, y 100Base-T2. Categoría 4 - UTP con impedancia de 100 ohms y características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 20 MHz. Definida por la especificación TIA/EIA 568-A. Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, y 100Base-T2. Esta especificación de cable era utilizada para redes Token Ring. Categoría 5 - UTP con 100 ohms de impedancia y características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 100 MHz. Definida por la especificación TIA/EIA 568-A. Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, 100Base-T2, y 100Base-TX. Puede soportar 1000Base-T, pero el cable debe ser probado para asegurar que cumple con las especificaciones de la categoría 5e (CAT 5 enhanced "mejorada"). Categoría 5e - Es una nueva especificación de cable que soporta velocidades aún mayores de 100 Mbps y consiste de un cable par trenzado con 100 ohms de impedancia y características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 100 MHz. Sin embargo,
Medios de transmisión. Segunda parte tiene especificaciones mejoradas relacionadas con la diafonía (conversaciones cruzadas, crosstalk en inglés), tales como NEXT(Near End Cross Talk) y PSELFEXT (Power Sum Equal Level Far End Cross Talk). Categoría 6 .- Es una especificación propuesta por la TIA (TIA/EIA-568B.2-1) que se encuentra en fase de desarrollo que permitirá velocidades a 10 Gbps con características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión a 250 MHz. Consiste de un cable par trenzado de 4 pares con una impedancia de 100 omhs. Tiene compatibilidad hacia atrás, con las categorías 5, 5e y 3. 10GBase-T:
La
siguiente
generación
de
Ethernet
La IEEE estableció en febrero de 2004 un grupo de trabajo para desarrollar el estándar de Ethernet a tasas de transmisión de 10 Gbps (IEEE 802.3an, 10GBase-T) en un canal de hasta 100 metros. Se espera que este estándar sea liberado a mediados del 2006. La transmisión está basada fundamentalmente en la relación señal a ruido (Signal to Noise ratio, S/N); muchos fabricantes de cable se están enfocando en disminuir las pérdidas de inserción y en mejorar el nivel de la señal para un mejor S/N. 10GBase-T será un protocolo que utilizará los 8 hilos del par trenzado. Donde cada par transmitirá 2.5
Gbps
en
modo
full
duplex.
No todo es color de rosa, hay muchos enemigos a vencer en un cable de cobre cuando se habla de altas velocidades. Entre los más importantes se encuentran: •
La susceptibilidad del conductor metálico debido a las fluctuaciones en la temperatura. El nivel de señal a altas velocidades de debilita debido a la radiación del cable
•
Interferencia externa, particularmente en los extremos del cable. Esto es de suma importancia debido a que los cables de datos se concentran en un sistema de cableado principal.
•
El acoplamiento entre los pares de conductores en el mismo cable produce un fenómeno conocido como diafonía o conversaciones cruzadas (crosstalk en inglés). Las señales se pueden mezclar al estar un conductor adyacente a otros conductores. Convenciones utilizadas en los estándares Ethernet Existe una convención utilizada en los estándares Ethernet, y está denotada por tres partes. Por ejemplo, 100Base-T, 100 se refiere a la velocidad en Mbps; Base, es debido a que la información en una red local
Medios de transmisión. Segunda parte se transmite en bandabase, es decir sin modular y T se refiere al medio, en este caso par trenzado. • •
Velocidades: 10, 100, 1000 Mbps, 10 Gigabits Medios: T= par trenzado, C=Cobre, F = fibra óptica
Ejemplos: • 100Base-T : 100 Mbps, bandabase, par trenzado UTP • 100Base-T2 : 100 Mbps, bandabase, par trenzado UTP, 2 pares • 100Base-T4 : 100 Mbps, bandabase, par trenzado UTP, 4 pares • 10GBase-T: 10 Gbps, bandabase, par trenzado, 4 pares • 100Base-FX = 100 Mbps, bandabase, par de fibra óptica • 1000Base-CX = 1000 Mbps, bandabase, par trenzado STP a 25 mts • 1000Base-T = 1000 Mbps, bandabase, par trenzado UTP, 4 pares, 100 mts. • 1000Base-SX = 1000 Mbps, bandabase, par de fibra óptica multimodo, 260 metros (Short Wavelength fiber) • 1000Base-LX = 1000 Mbps, bandabase, par de fibra óptica monomodo, 3-10 Km (Large Wavelength fiber)
Aplicaciones Ethernet de 10 Gigabits Existen acualmente 3 versiones Ethernet de 10 Gigabits en el proceso de estándarización. •
10GBase-CX4 (IEEE 802.3ak): es un desarrollo especial para enlaces de alta velocidad
entre
servidores,
centros
de
datos,
cuartos
de
equipos
y
telecomunicaciones. La distancia del cableado está limitada a 15 metros. •
10GBase-F (IEEE 802.3ae): Es un protocolo de transmisión serial utilizando fibra
óptica
como
medio
de
comunicación.
Esta
siendo
desarrollado
principalmente para aplicaciones de dorsal (cableado vertical y enlaces de redes de campus), pero también servirá para centros de datos y redes de almacenamiento (SAN, storage area network). •
10GBase-T (IEEE 802.3an): Esta especificación provee enlaces de alta velocidad para aplicaciones horizontales (cableado horizontal limitado a 100 metros) en redes de área local utilizando par trenzado de cobre. Se espera que 10GBase-T habrá nuevas posibilidades para varias aplicaciones multimedia, tales como video basado en IP y videoconferencia.
Conclusiones La infraestructura de cableado es la parte más importante en una red, un mal cableado
Medios de transmisión. Segunda parte
hará que la red falle continuamente. Según la TIA, el cableado estructurado tiene un mercado mundial de 4 mil millones de dólares, con un crecimiento anual del 4%. Expertos aseguran que más del 70% de los problemas en todas las redes está relacionado
con
el
sistema
de
cableado.
Para las empresas y organizaciones que tengan una red, vale la pena invertir en un buen sistema de cableado, ya que esté los hará más productivos. Un sistema de cableado estructurado puede ser considerado como una inversión a largo plazo (al menos 10 años) dentro de un edificio. No pasa lo mismo con la inversión en equipo de cómputo el cual de devalúa o se hace obsoleto en menos de 2 años. Entonces, cuando se diseñe la instalación de una red, necesitamos tomar en consideración las aplicaciones del futuro. Hace 10 años hablábamos de aplicaciones de 10 Mbps con 10Base-T. Al día de hoy estamos hablando de aplicaciones de 1000 Mbps con 1000Base-T. Esto significa que la velocidad en el par trenzado, en tan sólo diez años, se ha incrementado 100 veces.
Los sistemas de cableado han ido cambiando durante todo este tiempo, desde la categoría 3 a la categoría 5, después vino la categoría 5 mejorada y hoy en día todo apunta a la categoría 6. Nadie puede predecir el futuro, pero una cosa si es clara, tan pronto como sea liberado el estándar 10GBase-T en 2006, necesitamos asegurarnos que la infraestructura de cableado esté lista para soportarlo. Si es así, nuestra inversión estará protegida durante mucho tiempo. Cuadro 2. Especificaciones de desempeño de los cables Categoría 5, 5e, 6 y 7 Parámetro
Categoría 5/Clase D
Categoría 5e
Categoría 6/ Clase E
Categoría 7/ Class F
Frecuencia
100 MHz
100 MHz
250 MHz
600 MHz
Atenuación
22 dB
22 dB
19.8 dB
20.8 dB
Impedancia
100 ohms ±15%
100 ohms ±15%
100 ohms ±15%
100 ohms ±15%
NEXT*
32.3 dB
35.3 dB
44.3 dB
62.1 dB
PSNEXT*
-
32.3 dB
42.3 dB
59.1 dB
ACR
3.1 dB
6.1 dB
18.2 dB
41.3 dB
ELFEXT*
-
23.8 dB
27.8 dB
-
PSELFEXT*
-
20.8 dB
24.8 dB
-
Pérdidas de retorno
16 dB
20.1 dB
20.1 dB
14.1 dB
Retardo de
548 nseg
548 nseg
548 nseg
504 nseg
Medios de transmisión. Segunda parte propagación Delay skew (100 mts)
-
45 nseg
45 nseg
20 nseg
* mínima a 100 MHz ACR: Atenuation-to-Crosstalk Ratio, relación atenuación/diafonía NEXT: Near End Cross Talk, diafonía del par más cercano PSNEXT: Powersum: Near End Cross Talk, suma de diafonia con el resto de los pares ELFEXT: Equal Level Far End Cross Talk, diafonía con pares más lejanos PSELFEXT: Power Sum ELFEXT, suma de diafonía con el resto de los pares Delay Skew: diferencia de retardo entre los pares rápidos y lentos
Referencias
IEEE P802.3an Task Force http://www.ieee802.org/3/an/
Telecommunications Industry Associations http://www.tiaonline.org/
TIA Category 6 Consortium http://www.tiaonline.org/standards/category6/