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Red de área local y Ethernet


Una red de área local (LAN) es un grupo de ordenadores conectados a un área localizada para comunicarse entre sí y compartir recursos como, por ejemplo, impresoras. Los datos se envían en forma de paquetes, para cuya transmisión se pueden utilizar diversas tecnologías. La tecnología LAN más utilizada es la Ethernet y está especificada en una norma llamada IEEE 802.3. (Otros tipos de tecnologías de redes LAN son Token Ring y FDDI).

Ethernet utiliza una topología en estrella en la que los nodos individuales (dispositivos) están conectados unos con otros a través de un equipo de red activo como un conmutador. El número de dispositivos conectados a una LAN puede oscilar entre dos y varios miles.

El medio de transmisión físico para una LAN por cable implica cables, principalmente de par trenzado, o bien, fibra óptica. Un cable de par trenzado consiste en ocho cables que forman cuatro pares de cables de cobre trenzados, y se utiliza con conectores RJ-45 y sockets. La longitud máxima de un cable de par trenzado es de 100 m, mientras que para la fibra, el máximo varía entre 10 km y 70 km, dependiendo del tipo. En función del tipo de cables de par trenzado o de fibra óptica que se utilicen, actualmente las velocidades de datos pueden oscilar entre 100 Mbit/s y 10.000 Mbit/s.

Twisted pair cables with RJ-45 plug
El cable de par trenzado está formado por cuatro pares de cables trenzados que normalmente se conectan por el extremo a un conector RJ-45.

Por regla general, las redes siempre deben tener más capacidad de la que se necesita. Para preparar una red para el futuro es una buena idea diseñar una red que solamente utilice el 30% de su capacidad. Hoy en día una red necesita cada vez más y más rendimiento, ya que hay cada vez más aplicaciones que funcionan a través de redes. Mientras que los conmutadores de red (de los que se habla a continuación) son fáciles de actualizar con el paso del tiempo, el cable suele ser mucho más difícil de sustituir.

Tipos de redes Ethernet


Fast Ethernet

Fast Ethernet hace referencia a una red Ethernet que puede transferir datos a una velocidad de 100Mbit/s. Se puede basar en cable de par trenzado o de fibra óptica. (La antigua Ethernet de 10 Mbit/s todavía se instala y se usa, pero este tipo de redes no proporcionan el ancho de banda necesario para algunas aplicaciones de vídeo en red).

La mayoría de dispositivos que se conectan a una red, como un portátil o cámara de red, están equipados con una interfaz Ethernet 100BASE-TX/10BASE-T –comúnmente llamada interfaz 10/100–, que admite tanto Ethernet a 10 Mbit/s como Fast Ethernet. El tipo de cable de par trenzado compatible con Fast Ethernet se denomina Cat-5.

Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet, que también se puede basar en cable de par trenzado o de fibra óptica, proporciona una velocidad de transferencia de datos de 1.000 Mbit/s (1 Gbit/s) y es cada vez más frecuente. Se espera que pronto sustituya a la Fast Ethernet como norma de hecho.

El tipo de cable de par trenzado compatible con Gigabit Ethernet es el Cat-5e, en el que los cuatro pares de cables trenzados se utilizan para alcanzar la alta velocidad de transferencia de datos. Para los sistemas de vídeo en red se recomienda Cat-5e u otras categorías de cable superiores. La mayoría de interfaces son compatibles con las versiones anteriores de Ethernet 10 Mbit/s y 100 Mbit/s y se conocen como interfaces 10/100/1000.

Para la transmisión a larga distancia se puede utilizar cable de fibra como el 1000BASE-SX (hasta 550 m) y el 1000BASE-LX (hasta 550 m con fibras ópticas multimodo y hasta 5.000 m con fibras de modo único).

Fiber optic cables
Las grandes distancias se pueden cubrir con los cables de fibra óptica. La fibra suele usarse en la red troncal de una red y no en nodos como una cámara de red.

10 Gigabit Ethernet

10 Gigabit Ethernet es la última generación, proporciona una velocidad de transferencia de datos de 10 Gbit/s (10.000 Mbit/s) y se puede utilizar con fibra óptica o cable de par trenzado. 10GBASELX4, 10GBASE-ER y 10GBASE-SR por cable de fibra óptica se pueden utilizar para cubrir distancias de hasta 10.000 metros. Con una solución de par trenzado se requiere un cable de altísima calidad (Cat-6a o Cat-7). La Ethernet de 10 Gbit/s se utiliza principalmente como red troncal en aplicaciones de gama alta que requieren una velocidad de transferencia de datos muy alta.

Conmutador

Cuando sólo dos dispositivos necesitan estar comunicados directamente el uno con el otro por medio de un cable de par trenzado, se puede utilizar el llamado cable cruzado. El cable cruzado simplemente cruza el par de transmisión de un extremo del cable con el par de recepción del otro extremo y viceversa.

Sin embargo, para conectar diversos dispositivos a una LAN se requiere un equipo de red, como un conmutador de red. Con un conmutador de red se utiliza un cable de red convencional en lugar de un cable cruzado.

La función principal de un conmutador de red es remitir los datos de un dispositivo a otro en la misma red. Es un método eficaz, puesto que los datos se pueden dirigir de un dispositivo al otro sin que ello afecte a otros dispositivos que utilicen la misma red.

Un conmutador registra las direcciones MAC (Media Access Control – Control de acceso al medio) de todos los dispositivos conectados. (Cada dispositivo de red tiene una dirección MAC única, que está formada por una serie de números y letras establecida por el fabricante y suele encontrarse en la etiqueta del producto). Cuando un conmutador recibe datos, los remite sólo al puerto que está conectado a un dispositivo con la dirección MAC de destino adecuada.

Los conmutadores suelen indicar su rendimiento en velocidades por puerto y en plano posterior o velocidades internas (ambas en velocidad de bits y paquetes por segundo). La velocidad por puerto indica la velocidad máxima en un puerto concreto. Esto significa que la velocidad de un conmutador, por ejemplo, 100 Mbit/s, suele ser el rendimiento de cada puerto.

Network switch
Con un conmutador de red, la transferencia de datos se gestiona de manera muy eficaz, ya que el tráfico de datos se puede dirigir de un dispositivo a otro sin afectar a cualquier otro puerto del conmutador.

Un conmutador de red normalmente admite distintas velocidades de transferencia de datos de forma simultánea. La velocidad más común solía ser 10/100, que admite tanto Ethernet 10 Mbit/s como Fast Ethernet. Pero 10/100/1000 se está posicionando rápidamente como el conmutador estándar y, por lo tanto, admite simultáneamente Ethernet de 10 Mbit/s, Fast Ethernet y Gigabit Ethernet. La velocidad y el modo de transferencia entre un puerto de un conmutador y un dispositivo conectado normalmente se determinan mediante la negociación automática, en la que se utiliza la velocidad de transferencia de datos más alta y el mejor modo de transmisión. Un conmutador también permite que un dispositivo conectado funcione en modo dúplex completo: por ejemplo, enviar y recibir datos al mismo tiempo, dando como resultado un mejor rendimiento.

Los conmutadores pueden tener diferentes características y funciones. Algunas incluyen la función de enrutador. Un conmutador también puede admitir Alimentación a través de Ethernet o Calidad de servicio, que controla la cantidad de ancho de banda que utilizan las distintas aplicaciones.

Alimentación a través de Ethernet

La Alimentación a través de Ethernet (PoE) permite proveer de energía a los dispositivos conectados a una red Ethernet usando el mismo cable que para la comunicación de datos. Su uso es muy frecuente en teléfonos IP, puntos de acceso inalámbricos y cámaras de red conectadas a una LAN.

La principal ventaja de PoE es el ahorro de costes que conlleva. No es necesario contratar a un electricista ni instalar una línea de alimentación separada. Esto supone una ventaja, sobre todo en zonas de difícil acceso. El hecho de que no sea necesario instalar otro cable de alimentación puede suponer un ahorro de varios centenares de dólares, dependiendo de la ubicación de la cámara. PoE también facilita el hecho de cambiar la ubicación de la cámara o añadir otras cámaras al sistema de videovigilancia.

Además, aumenta la seguridad del sistema de vídeo. Un sistema de videovigilancia con PoE se puede alimentar desde una sala de servidores, que a menudo está protegida con un SAI (Sistema de alimentación ininterrumpida). Esto significa que el sistema de videovigilancia puede funcionar incluso durante un apagón.

Por las ventajas que tiene PoE, se recomienda usarla en tantos dispositivos como sea posible. La energía de un conmutador o midspan con PoE debería ser suficiente para los dispositivos conectados, y éstos deberían admitir la clasificación de potencia. Todo ello se explica a continuación con más detalle.

Norma 802.3af y High PoE

Hoy en día, la mayoría de dispositivos PoE cumplen con la norma IEEE 802.3af, que se publicó en 2003. Esta norma utiliza cables estándares Cat-5 o superiores y asegura que la transferencia de datos no se vea afectada. En dicha norma, al dispositivo que proporciona la energía se le llama equipo de suministro eléctrico (PSE). Éste puede ser un conmutador o midspan habilitado para PoE. El dispositivo que recibe la energía se conoce como dispositivo alimentado (PD). Esta función normalmente está integrada en un dispositivo de red, como una cámara, o en un splitter independiente.

La compatibilidad con versiones anteriores de dispositivos de red que admiten PoE está garantizada. La norma incluye un método para identificar automáticamente si un dispositivo es compatible con PoE, y sólo se le proporciona energía una vez que se ha confirmado dicha compatibilidad. Esto también implica que el cable Ethernet conectado a un conmutador PoE no proporcionará energía alguna si no está conectado a un dispositivo habilitado para PoE, lo cual elimina el riesgo de una descarga eléctrica al instalar una red o renovar la instalación.

En un cable de par trenzado hay cuatro pares de cables trenzados. PoE puede utilizar dos pares de cables "de recambio" o bien superponer el actual a los pares de cables usados para la transmisión de datos. Los conmutadores con PoE integrada a menudo proporcionan la electricidad por medio de los dos pares de cables utilizados para la transmisión de datos, mientras que los midspans normalmente usan los dos pares de recambio. Un PD admite las dos opciones. Según la IEEE 802.3af, un PSE proporciona un voltaje de 48 V CC con una potencia máxima de 15,4 W por puerto. Pero, teniendo en cuenta que en un cable de par trenzado hay pérdida de potencia, un PD sólo garantiza 12,95 W. La norma IEEE 802.3 especifica varias categorías de rendimiento para los PD.

Los PSE como los conmutadores o midspans normalmente proporcionan una potencia de entre 300 W y 500 W. En un conmutador de 48 puertos significaría una potencia de 6 a 10 W por puerto, en caso de que todos los puertos estuvieran conectados a dispositivos con PoE. Salvo que los PD admitan clasificación de potencia, los 15,4 W deben reservarse en su totalidad para los puertos que utilicen PoE, lo que implica que un conmutador con 300 W sólo puede alimentar 20 de los 48 puertos. Sin embargo, si todos los dispositivos comunicaran al conmutador su condición de dispositivos de clase 1, los 300 W bastarían para alimentar a los 48 puertos.

Clase Nivel de potencia mínimo en PSE Nivel de potencia máximo de un PD Uso
0 15.4 W 0.44 W - 12.95 W predeterminado
1 4.0 W 0.44 W - 3.84 W opcional
2 7.0 W 3.84 W - 6.49 W opcional
3 15.4 W 6.49 W - 12.95 W opcional
4 Tratado como clase 0   Reservado para usos futuros
Clasificaciones de potencia según IEEE 802.3af.

La mayoría de cámaras de red fijas pueden recibir energía por medio de PoE con la norma IEEE 802.3af, y normalmente se identifican como dispositivos de clase 1 ó 2.

Con la norma en desarrollo IEEE 802.3at o PoE+, el límite de potencia aumenta hasta al menos 30 W por medio de dos pares de cables de un PSE. Las especificaciones finales todavía están por determinar y se espera que la norma se ratifique a mediados de 2009.

Mientras tanto, los midspans y splitters con la norma en desarrollo IEEE 802.3at (High PoE) pueden utilizarse para dispositivos como cámaras y domos PTZ con control motor, así como para cámaras con calefactores y ventiladores, que requieren más potencia de la que proporciona la norma IEEE 802.3af.

Midspans y splitters

Los midspans y splitters (también conocidos como splitters activos) son equipos que permiten que una red existente sea compatible con la Alimentación a través de Ethernet.

Network video system with Power over Ethernet (PoE)
Un sistema existente se puede actualizar con la función PoE mediante un midspan y un splitter.

El midspan, que proporciona más energía al cable Ethernet, se coloca entre el conmutador de red y los dispositivos alimentados. Para asegurarse de que la transferencia de datos no se ve afectada, es importante recordar que la distancia máxima entre la fuente de datos (el conmutador, por ejemplo) y los productos de vídeo en red no debe ser superior a 100 m. Esto significa que el midspan y el splitter o splitters activos deben colocarse a una distancia no superior a 100 m.

Un splitter sirve para separar la energía y los datos de un cable Ethernet en dos cables separados, de modo que se puedan conectar a un dispositivo sin PoE integrada. Puesto que la PoE o High PoE proporciona 48 V CC, la otra función del splitter consiste en bajar el voltaje a un nivel adecuado para el dispositivo, por ejemplo, 12 ó 5 V.

También hay midspans y splitters de PoE y High PoE de Axis. Para más información, visite Alimentación a través de Ethernet.


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