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SISTEMA DE CABLEADO ESTRUCTURADO Y CABLEADO DE RED

 

Un SISTEMA DE CABLEADO ESTRUCTURADO es la infraestructura de cable destinada a transportar, a lo largo y ancho de un edificio, las señales que emite un emisor de algún tipo de señal hasta el correspondiente receptor. Un sistema de cableado estructurado es físicamente una red de cable única y completa, con combinaciones de alambre de cobre (pares trenzados sin blindar UTP), cables de fibra óptica, bloques de conexión, cables terminados en diferentes tipos de conectores y adaptadores. Uno de los beneficios del cableado estructurado es que permite la administración sencilla y sistemática de las mudanzas y cambios de ubicación de personas y equipos. El sistema de cableado de telecomunicaciones para edificios soporta una amplia gama de productos de telecomunicaciones sin necesidad de ser modificado. UTILIZANDO este concepto, resulta posible diseñar el cableado de un edificio con un conocimiento muy escaso de los productos de telecomunicaciones que luego se utilizarán sobre él. La norma garantiza que los sistemas que se ejecuten de acuerdo a ella soportarán todas las aplicaciones de telecomunicaciones presentes y futuras por un lapso de al menos diez años. Esta afirmación puede parecer excesiva, pero no, si se tiene en cuenta que entre los autores de la norma están precisamente los fabricantes de estas aplicaciones.

El tendido supone cierta complejidad cuando se trata de cubrir áreas extensas tales como un edificio de varias plantas. En este sentido hay que tener en cuenta las limitaciones de diseño que impone la tecnología de red de área local que se desea implantar:

 

 

Salvando estas limitaciones, la idea del cableado estructurado es simple:

 

  • Tender cables en cada planta del edificio.
  • Interconectar los cables de cada planta.


Elementos principales de un sistema de cableado estructurado


Cableado Horizontal

La norma EIA/TIA 568A define el cableado horizontal de la siguiente forma: El sistema de cableado horizontal es la porción del sistema de cableado de telecomunicaciones que se extiende del área de trabajo al cuarto de telecomunicaciones o viceversa. El cableado horizontal consiste de dos elementos básicos:

  • Cable Horizontal y Hardware de Conexión (también llamado "cableado horizontal") que proporcionan los medios básicos para transportar señales de telecomunicaciones entre el área de trabajo y el cuarto de telecomunicaciones. 
 
  • Rutas y Espacios Horizontales (también llamado "sistemas de distribución horizontal"). Las rutas y espacios horizontales son utilizados para distribuir y soportar cable horizontal y conectar hardware entre la salida del área de trabajo y el cuarto de telecomunicaciones. Estas rutas y espacios son los "contenedores" del cableado Horizontal.
 
  • 1.- Si existiera cielo raso suspendido se recomienda la utilización de canaletas para transportar los cables horizontales.
  • 2.- Una tubería de ¾ in por cada dos cables UTP.
  • 3.- Una tubería de 1in por cada cable de dos fibras ópticas.
  • 4.- Los radios mínimos de curvatura deben ser bien implementados.


El cableado horizontal incluye:

  • Las salidas (cajas/placas/conectores) de telecomunicaciones en el área de trabajo. En inglés: Work Area Outlets (WAO).
  • Cables y conectores de transición instalados entre las salidas del área de trabajo y el cuarto de telecomunicaciones.
  • Paneles de empalme (patch panels) y cables de empalme utilizados para configurar las conexiones de cableado horizontal en el cuarto de telecomunicaciones.


Se deben hacer ciertas consideraciones a la hora de seleccionar el cableado horizontal: contiene la mayor cantidad de cables individuales en el edificio.

Consideraciones de diseño: los costes en materiales, mano de obra e interrupción de labores al hacer cambios en el cableado horizontal pueden ser muy altos. Para evitar estos costes, el cableado horizontal debe ser capaz de manejar una amplia gama de aplicaciones de usuario. La distribución horizontal debe ser diseñada para facilitar el mantenimiento y la relocalización de áreas de trabajo. El diseñador también debe considerar incorporar otros sistemas de información del edificio (por ej. televisión por cable, control ambiental, seguridad, audio, alarmas y sonido) al seleccionar y diseñar el cableado horizontal.


Topología: la norma EIA/TIA 568A hace las siguientes recomendaciones en cuanto a la topología del cableado horizontal: El cableado horizontal debe seguir una topología estrella. Cada toma/conector de telecomunicaciones del área de trabajo debe conectarse a una interconexión en el cuarto de telecomunicaciones.

 

Topología de una red 

Por topología de una red se entiende la forma en la que se conectan electrónicamente los puntos de dicha red. Las topologías existentes son: bus, árbol y estrella, y sus posible combinaciones. 

Se han de tener en cuenta una serie de factores al seleccionar como más adecuada una topología, se describen seguidamente:

  • Complejidad. Este factor afecta a la instalación y mantenimiento de todo el cableado
  • Respuesta. El tráfico que puede soportar el sistema
  • Vulnerabilidad. La susceptibilidad de la topología a fallos o averías
  • Aplicación. El tipo de instalación en el que es más apropiada la topología
  • Expansión. La facilidad de ampliar la red y añadir dispositivos para cubrir grandes distancias.


A) Topología en BUS

Todas las estaciones (nodos) comparten un mismo canal de transmisión mediante un cable (frecuentemente coaxial). Las estaciones usan este canal para comunicarse con el resto.

Topologia de red en bus




Los factores de evaluación respecto a esta red son:

      • Aplicación. Se usan en pequeñas redes y de poco tráfico
      • Complejidad. Suelen ser relativamente sencillas
      • Respuesta. Al aumentar la carga la respuesta se deteriora rápidamente.
      • Vulnerabilidad. El fallo de una estación no afecta a la red. Los problemas en el bus son difíciles de localizar, aunque fáciles de subsanar.
      • Expansión. Es muy sencilla.


Análisis comparativo


Ventajas

      • El medio de transmisión es totalmente pasivo
      • Es sencillo conectar nuevos dispositivos
      • Se puede utilizar toda la capacidad de transmisión disponible
      • Es fácil de instalar


Inconvenientes

      • El intefaz con el medio de transmisión ha de hacerse con dispositivos inteligentes
      • A veces los mensajes interfieren entre sí
      • El sistema no reparte equitativamente los recursos
      • La longitud del medio de transmisión no supera habitualmente los dos kilómetros



B) Topología en Anillo

Las estaciones se conectan formando un anillo (también puede ser un doble anillo). Ningún nodo controla totalmente el acceso a la red.



Topologia de red en anillo



Los factores de evaluación respecto a esta red son:

      • Aplicación. Es útil cuando se ha de asignar la capacidad de la red de forma equitativa, o cuando se precisen velocidades muy altas a distancias cortas, para un pequeño número de estaciones.
      • Complejidad. La parte física suele ser complicada.
      • Respuesta. Con tráfico muy elevado la respuesta permanece bastante estable, sin embargo el tiempo de espera medio es bastante elevado.
      • Vulnerabilidad. El fallo de una sola estación o de un canal puede hacer que no sea operativo el sistema completo. Un fallo es difícil de localizar y no es posible la reparación inmediata.
      • Expansión. Es bastante sencillo el añadir o suprimir estaciones.


Análisis comparativo
Ventajas

      • La capacidad de transmisión se reparte equitativamente
      • La red no depende de un nodo central
      • Se simplifica al máximo la transmisión de mensajes
      • Es sencillo enviar un mismo mensaje a todas las estaciones
      • El tiempo de acceso es aceptable, incluso con mucho tráfico
      • El índice de errores es muy pequeño.
      • Se pueden alcanzar velocidades de transmisión elevadas.

 

      Inconvenientes
      • La fiabilidad de la red depende de los repetidores
      • La instalación es bastante complicada.


C)Topología en Estrella

Todas las estaciones están conectadas por separado a un nodo central, no estando conectadas directamente entre sí.



Topologia de red en estrella



Los factores de evaluación respecto a esta red son:

      • Aplicación. Es la mejor forma de integrar servicios de datos y voz
      • Complejidad. Puede ser una configuración bastante complicada. Cada estación a su vez puede actuar como nodo de otras.
      • Respuesta. Es bastante buena para una carga moderada del sistema. Afecta mucho la potencia del nodo central.
      • Vulnerabilidad. Si falla el servidor central, se detiene la actividad de la red. El fallo de una sola estación no afecta al funcionamiento del sistema
      • Expansión. Es muy restringida. Es lógico, pues se ha de proteger el nodo central de sobrecargas.


Análisis comparativo

Ventajas

      • Es ideal si hay que conectar muchas estaciones a una
      • Se pueden conectar terminales no inteligentes
      • Las estaciones pueden tener velocidades de transmisión diferentes
      • Permite utilizar distintos medios de transmisión
      • Se puede obtener un elevado nivel de seguridad
      • Es fácil la detección de averías

 

      Inconvenientes
    • Es susceptible de averías en el nodo central
    • Es elevada en precio
    • La instalación del cableado es cara
    • La actividad que ha de soportar el servidor, hace que las velocidades de transmisión sean inferiores a las de las otras topologías.


Principales tipos de redes 

Al hablar de "hardware" de red no hay más remedio que hablar de los desarrollos que existen en el mercado de ciertas normas creadas por el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Cada una de estas normas engloba toda una serie de características entre las que destacan la topología, velocidad de transferencia y tipos de cable. Para no entrar en temas excesivamente técnicos se describen dos: Ethernet y Token Ring.ETHERNET:

       Utiliza topología bus. Como su velocidad de transferencia es alta (las versiones más modernas alcanzan hasta los Gb/s) puede ser utilizada en redes medias e incluso grandes. Pero, debido a su método de acceso, las prestaciones pueden caer si el tráfico es muy intenso. Por ello es recomendable estudiar el tipo de aplicaciones que se van a utilizar en la red. Fue el primer hardware de red presentado en el mercado, siendo ahora el más popular. La mayoría de fabricantes de ordenadores tienen implementaciones sobre Ethernet y gracias a ello, la conectividad con esta red es muy fácil. Utiliza cable coaxial de dos tipos y en su versión más moderna (10 Base T), cable UTP. 



TOKEN RING:

      Fue desarrollada en la década de 1960 por Olof Söderblom, llegando a ser el estándar IEEE 802.5, hasta hace poco tiempo fue la red IBM por excelencia. Cuenta con versiones de 4 y 16 Mbit/s lo que la hacía hasta hace poco tiempo una de las más utilizada en redes grandes.posteriormente HSTR alcanzaba 100 Mbit/s. Utiliza topología en anillo aunque en realidad el cable se hace en estrella y es ideal para conectividad con equipos IBM. Actualmente casi no se usa.


Distancias: sin importar el medio físico, la distancia horizontal máxima no debe exceder 90 m. La distancia se mide desde la terminación mecánica del medio en la interconexión horizontal en el cuarto de telecomunicaciones hasta la toma/conector de telecomunicaciones en el área de trabajo. Además se recomiendan las siguientes distancias: se separan 10 m para los cables del área de trabajo y los cables del cuarto de telecomunicaciones (cordones de parcheo, jumpers y cables de equipo).


Medios reconocidos: se reconocen tres tipos de cables para el sistema de cableado horizontal:

  • Cables de par trenzado sin blindar (UTP) de 100 ohm y cuatro pares.
  • Cables de par trenzado blindados (STP) de 150 ohm y cuatro pares .
  • Cables de fibra óptica multimodo de 62.5/125 um y dos fibras.


Cableado vertical, troncal o backbone

El propósito del cableado del backbone es proporcionar interconexiones entre cuartos de entrada de servicios de edificio, cuartos de equipo y cuartos de telecomunicaciones. El cableado del backbone incluye la conexión vertical entre pisos en edificios de varios pisos. El cableado del backbone incluye medios de transmisión (cable), puntos principales e intermedios de conexión cruzada y terminaciones mecánicas. El cableado vertical realiza la interconexión entre los diferentes gabinetes de telecomunicaciones y entre estos y la sala de equipamiento. En este componente del sistema de cableado ya no resulta económico mantener la estructura general utilizada en el cableado horizontal, sino que es conveniente realizar instalaciones independientes para la telefonía y datos. Esto se ve reforzado por el hecho de que, si fuera necesario sustituir el backbone, ello se realiza con un coste relativamente bajo, y causando muy pocas molestias a los ocupantes del edificio. El backbone telefónico se realiza habitualmente con cable telefónico multipar. Para definir el backbone de datos es necesario tener en cuenta cuál será la disposición física del equipamiento. Normalmente, el tendido físico del backbone se realiza en forma de estrella, es decir, se interconectan los gabinetes con uno que se define como centro de la estrella, en donde se ubica el equipamiento electrónico más complejo.

El backbone de datos se puede implementar con cables UTP o con fibra óptica. En el caso de decidir utilizar UTP, el mismo será de categoría 5 y se dispondrá un número de cables desde cada gabinete al gabinete seleccionado como centro de estrella.

Actualmente, la diferencia de coste provocada por la utilización de fibra óptica se ve compensada por la mayor flexibilidad y posibilidad de crecimiento que brinda esta tecnología. Se construye el backbone llevando un cable de fibra desde cada gabinete al gabinete centro de la estrella. Si bien para una configuración mínima Ethernet basta con utilizar cable de 2 fibras, resulta conveniente utilizar cable con mayor cantidad de fibra (6 a 12) ya que la diferencia de coste no es importante y se posibilita por una parte disponer de conductores de reserva para el caso de falla de algunos, y por otra parte, la utilización en el futuro de otras topologías que requieren más conductores, como FDDI o sistemas resistentes a fallas. La norma EIA/TIA 568 prevé la ubicación de la transmisión de cableado vertical a horizontal, y la ubicación de los dispositivos necesarios para lograrla, en habitaciones independientes con puerta destinada a tal fin, ubicadas por lo menos una por piso, denominadas armarios de telecomunicaciones. Se utilizan habitualmente gabinetes estándar de 19 pulgadas de ancho, con puertas, de aproximadamente 50 cm de profundidad y de una altura entre 1.5 y 2 metros. En dichos gabinetes se dispone generalmente de las siguientes secciones:

  • Acometida de los puestos de trabajo: 2 cables UTP llegan desde cada puesto de trabajo.
  • Acometida del backbone telefónico: cable multipar que puede determinar en regletas de conexión o en “patch panels”.
  • Acometida del backbone de datos: cables de fibra óptica que se llevan a una bandeja de conexión adecuada.
  • Electrónica de la red de datos: Hubs, Switches, Bridges y otros dispositivos necesarios.
  • Alimentación eléctrica para dichos dispositivos.
  • Iluminación interna para facilitar la realización de trabajos en el gabinete.
  • Ventilación a fin de mantener la temperatura interna dentro de límites aceptables.


Cuarto de entrada de servicios

Consiste en cables, accesorios de conexión, dispositivos de protección, y demás equipo necesario para conectar el edificio a servicios externos. Puede contener el punto de demarcación. Ofrecen protección eléctrica establecida por códigos eléctricos aplicables. Deben ser diseñadas de acuerdo a la norma TIA/EIA-569-A. Los requerimientos de instalación son:

  • Precauciones en el manejo del cable
  • Evitar tensiones en el cable
  • Los cables no deben enrutarse en grupos muy apretados
  • Utilizar rutas de cable y accesorios apropiados 100 ohms UTP y ScTP
  • No giros con un angulo mayor a 90 grados


Sistema de puesta a tierra

El sistema de puesta a tierra y puenteo establecido en estándar ANSI/TIA/EIA-607 es un componente importante de cualquier sistema de cableado estructurado moderno. El gabinete deberá disponer de una toma de tierra, conectada a la tierra general de la instalación eléctrica, para efectuar las conexiones de todo equipamiento. El conducto de tierra no siempre se halla indicado en planos y puede ser único para ramales o circuitos que pasen por las mismas cajas de pase, conductos ó bandejas. Los cables de tierra de seguridad serán puestos a tierra en el subsuelo.

Atenuación

Las señales de transmisión a través de largas distancias están sujetas a distorsión que es una pérdida de fuerza o amplitud de la señal. La atenuación es la razón principal de que el largo de las redes tenga varias restricciones. Si la señal se hace muy débil, el equipo receptor no interceptará bien o no reconocerá esta información. Esto causa errores, bajo desempeño al tener que retransmitir la señal. Se usan repetidores o amplificadores para extender las distancias de la red más allá de las limitaciones del cable. La atenuación se mide con aparatos que inyectan una señal de prueba en un extremo del cable y la miden en el otro extremo.


Capacitancia

La capacitancia puede distorsionar la señal en el cable, entre más largo sea el cable, y más delgado el espesor del aislante, mayor es la capacitancia, lo que resulta en distorsión. La capacitancia es la unidad de medida de la energía almacenada en un cable. Los probadores de cable pueden medir la capacitancia de este par para determinar si el cable ha sido roscado o estirado. La capacitancia del cable par trenzado en las redes está entre 17 y 20 pF.


Velocidad según la categoría de la red

  • categoría 1: se utiliza para comunicaciones telefónicas y no es adecuado para la transmisión de datos ya que sus velocidades no alcanzan los 512Kbps.
  • categoría 2: puede transmitir datos a velocidades de hasta 4 Mbps.
  • categoría 3: se utiliza en redes 10BaseT y puede transmitir datos a velocidades de hasta 10 Mbps.
  • categoría 4: se utiliza en redes Token Ring y puede transmitir datos a velocidades de hasta 16 Mbps.
  • categoría 5: puede transmitir datos a velocidades de hasta 100 Mbps.
  • categoría 6: Redes de alta velocidad hasta 1Gbps.

 

Impedancia y distorsión por retardado

Las líneas de transmisión tendrán en alguna porción ruido de fondo, generado por fuentes externas, el transmisor o las líneas adyacentes. Este ruido se combina con la señal transmitida. La distorsión resultante puede ser menor, pero la atenuación puede provocar que la señal digital descienda al nivel de la señal de ruido. El nivel de la señal digital es mayor que el nivel de la señal de ruido, pero se acerca al nivel de la señal de ruido a medida que se acerca al receptor. Una señal formada por varias frecuencias es propensa a la distorsión por retardo causada por laimpedancia, la cual es la resistencia al cambio de las diferentes frecuencias. Esta puede provocar que los diferentes componentes de frecuencia que contienen las señales lleguen fuera de tiempo al receptor. Si la frecuencia se incrementa, el efecto empeora y el receptor estará imposibilitado de interpretar las señales correctamente. Este problema puede resolverse disminuyendo el largo del cable. Nótese que la medición de la impedancia nos sirve para detectar roturas del cable o falta de conexiones. El cable debe tener una impedancia de 100 ohm en la frecuencia usada para transmitir datos. Es importante mantener un nivel de señal sobre el nivel de ruido. La mayor fuente de ruido en un cable par trenzado con varios alambres es la interferencia. La interferencia es una ruptura de los cables adyacentes y no es un problema típico de los cables. El ruido ambiental en los circuitos digitales es provocado por las lámparas fluorescentes, motores, hornos de microondas y equipos de oficina como computadoras, fax, teléfonos y copiadoras. Para medir la interferencia se inyecta una señal de valor conocido en un extremo y se mide la interferencia en los cables vecinos.