El cable par trenzado es una de las conexiones más utilizadas desde la invención de las redes de datos. Fue sin duda una revolución en la industria, ya que su ingeniosa pero sencilla construcción permitía alcanzar distancias más lejanas al soportar mejor las interferencias y llevar mayor cantidad de datos.
Índice de contenidos
Hoy en día todavía utilizamos este tipo de cable para conectarnos a Internet de banda ancha desde nuestra casa, y también para muchas otras aplicaciones de comunicaciones. Sin embargo su total sustitución fuera de nuestra casa o de un edificio es inminente, ya que la irrupción de la fibra óptica hace unos años ha mejorado en todos los sentidos lo que ofrecen este tipo de cables en largas distancias.
Comienzos y su evolución
El cable par trenzado lleva con nosotros más de 100 años, más concretamente desde 1881, claro que a un nivel bastante inferior a lo que hoy día tenemos. Su precursor fue nada menos que Alexander Graham Bell, el inventor del teléfono y las primeras redes de comunicación por voz años antes.
Las primeras redes de comunicación telegráfica utilizan simples conductores abiertos, y desempeñaban medianamente bien su función hasta que se comenzaron a instalar los primeros tranvías eléctricos en Estados Unidos. Desde entonces, las interferencias debidas a los altos voltajes de las líneas de tranvías y el campo electromagnético que se generaba a su alrededor dificultaban enormemente las comunicaciones. Fue entonces cuando Bell creo el primer cable par trenzado.
Los primeros cables presentaban cuatro trenzados por cada kilómetro de distancia o seis por cada milla. La gran ventaja de trenzar los cables es que mejoraban drásticamente su inmunidad a las interferencias electromagnéticas al presentar una organización alternada de los cables. Esto permitía también aumentar la distancias de las comunicaciones y su ancho de banda, por lo que se pudo mejorar la calidad de las comunicaciones bidireccionales.
Hoy en día aún se sigue utilizando el cable de par trenzado para conexiones de voz y datos, pues se implementó directamente sobre la línea telefónica, primero la red RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) y más adelante la red ADSL (Línea de Abonado Digital Asimétrica). Cuando su capacidad comenzó a quedarse escasa, fueron paulatinamente sustituidos por las líneas de fibra óptica, quedándose el cable par trenzado para uso de redes LAN en casas y edificios, pudiendo llegar a transferencias de 10 Gbps e incluso más en la actualidad.
Construcción
Como su propio nombre indica, el cable par trenzado consiste en pares de cables que se entrecruzan en forma de bucle en espiral. Cada conductor individual está fabricado en cobre o aluminio, cubierto de un aislante de plástico individual. Su denominación de pares trenzados es por el hecho de que cada cable contiene varios de estos pares en un encapsulado general, normalmente 4 para redes LAN.
En función de la categoría del cable, cada par trenzado puede presentar distintos encapsulados independientes para mejorar el aislamiento entre las distintas parejas:
- Para los conductores eléctricos se utiliza normalmente cobre, al menos en los cables UTP.
- La cobertura aislante de cada conductor está fabricada en polietileno de alta densidad, que podrá ser de entre 0,4 y 0,9 mm.
- Dichos pares, de forma individual pueden presentar un blindado de aluminio para aislarlos unos de otros.
- En otros casos, los huecos existentes entre pares se rellenan con petrolato para formar un cordón más rígido que evite la entrada de humedad. Este material se puede sustituir también por polietileno en un núcleo central con los pares pegados a él.
- Un recubrimiento común de aluminio a los cuatro pares permite aislar los conductores del exterior, que a su vez puede estar reforzado con una malla de material LSZH.
- Un aislante final encapsula todo el contenido del cable, pudiendo ser de polietileno de alta densidad termoplástico o con resistencia a las llamas.
Dependiendo de la capacidad y fabricación interna o su aislamiento, la categoría subirá. Para muy largas distancias, los cables de par trenzado pueden contar hasta con 100 pares o más, especialmente aquellos que se utilizaban para cubrir distancias interestatales o intercontinentales antes de aparecer la fibra óptica.
Pero, ¿Por qué utilizar dos cables trenzados? La investigación de las ondas electromagnéticas y el comportamiento de los conductores eléctricos determinó que dos conductores aislados entrelazados entre sí ayudan a reducir las interferencias electromagnéticas externas. De esta forma el bucle que produce la unión de ambos cables evita que se produzca un acoplamiento eléctrico de la señal, y además los aísla de pares adyacentes, lo que se conoce como diafonía.
Tengamos en cuenta que cada par transporta señales paralelas en modo diferencial las cuales son combinadas en el nodo de destino. Para eliminar esta diafonía los distintos pares adyacentes se trenzan con una determinada cantidad de vueltas por metro, conociéndose como la tasa de trenzado o pasos de torsión. Si os fijáis bien en la imagen, veréis que cada par trenzado presenta un paso diferente, con bucles más o menos apretados. Esto permite compensar los desequilibrios de capacidad entre pares.
Tipos de conexiones con el cable par trenzado
Pese a que el cable de par trenzado tiene distintos usos, como los enlaces de comunicaciones telefónicas y demás, nosotros vamos a centrarnos en su uso principal, que es el de redes de datos bajo el estándar IEEE 802.3 conocido como Ethernet.
Este tipo de cable cuenta con cuatro pares trenzados en su interior, y la conexión se efectúa a través de un puerto llamado RJ45. Se trata de un puerto provisto de 8 contactos planos y alineados que requieren de una herramienta especial llamada crimpadora para integrarlo en el extremo de los cables. Esta es una diferencia fundamental por ejemplo con el conector RJ11, el cual consta de 4 contactos y es el utilizado para las líneas telefónicas.
Este fue diseñado por la EIA (Electronic Industries Alliance), en donde se creó el estándar TIA/EIA-568-B, 568-A y 568-B1 que engloban las directrices sobre el diseño e instalación de sistemas de red cableados. En ellas se mencionan una serie de prácticas para asegurar que las redes se diseñen para soportar servicios en un futuro y la calidad de los cables.
- TIA/EIA 568-A: regula todo lo que tiene que ver con instalaciones en edificios, topologías, distancia máxima de cableado, su rendimiento y las tomas que se utilizarán.
- TIA/EIA-568-B y 568-B1: en ella se definen los tipos de cables, conectores utilizados, características y mantenimiento.
Cable directo y cruzado: código de colores
En este aspecto, ambas normas regulan su propio sistema de conexión para los conectores basados en los colores, aunque ambas se unen en el caso del cable cruzado. Veamos los dos tipos de conexión existentes.
Directo:
La conexión directa se utilizará para conectar dos nodos que no son iguales, por ejemplo, un ordenador con un router o switch. Este cable será el que tenga nuestro ordenador hacia el router. Este tipo de conexión también se utiliza para conexión telefónica, a veces en RJ45 o más comúnmente en RJ11, y para suministro de red y energía (PoE o Power over Ethernet) a cámaras IP y otros dispositivos.
Se pueden conectar según la norma 568-A o 568-B, pero una constante entre ellas es que ambos extremos del cable deben ser exactamente los mismos para que sea un cable directo.
Cruzado:
El cable par trenzado cruzado, sirve para conectar dos equipos que sean iguales, por ejemplo, dos ordenadores entre sí. La diferencia con el otro es que los dos extremos son distintos, teniendo algunos cables intercambiados entre sí para asegurar una conexión full-dúplex entre dos tarjetas de red.
En este caso uno de los extremos está conectado según la norma 568-A y el otro según la 568-B, aunque hay una variante con idéntica función que usa un extremo según 568-B1.
En la actualidad este tipo de conexión cruzada no es fundamental, ya que las tarjetas de red Gigabit Ethernet actuales tienen la capacidad de seleccionar de forma automática la forma en la que están trabajando. Esta se denomina MDI/MDI-X.
Categorías de cable par trenzado
Según la norma Ethernet, los cables de par trenzado se dividen en varias categorías en función del ancho de banda que sean capaces de ofrecer. Tener un cable de una categoría inferior a la estipulada por el enlace no significa que obligatoriamente esté rindiendo por debajo de los requerimientos, esto más bien se debe a la construcción y calidad propia del cable.
Entonces lo que básicamente hace la certificación de categoría es de algún modo asegurar que ese cable va a darnos un determinado ancho de banda o superior, pero nunca inferior.
Categoría 1:
Este tipo de hilo de par trenzado solamente está contemplado para su uso en comunicaciones por voz y telefónicas. Transmite a frecuencias en torno a 1 MHz, no llegando a dar una calidad suficiente para datos.
Categoría 2:
Este cable actualmente tampoco es adecuado para efectuar transmisión de datos en una red, ya que es capaz de transmitir a una velocidad de hasta 4 Mbps. Fue utilizado en redes anteriores como Token Ring, no cuenta con apantallado y en él encontramos cuatro pares trenzados.
Categoría 3:
En esta categoría tenemos ya un cable capacitado para transmitir datos en una red, implementándose en antiguas redes Ethernet 10BASE-T. Esto significa que ofrece un ancho de banda de 10 Mbps con una frecuencia de 16 MHz, por lo que ya no es de uso para las redes actuales.
Categoría 4:
Este tipo de cable todavía no está blindado, aunque admite anchos de banda un poco más interesantes con hasta 20 Mbps de velocidad a una frecuencia de 20 MHz. Tampoco es de habitual uso, ya que las redes LAN actuales operando todas por encima de los 100 Mbps.
Categoría 5:
Este cable aún está considerado de bajas prestaciones, ya que no tiene apantallamiento. Soporta transmisiones Fast Ethernet (100BASE-T) a 100 Mbps y a una frecuencia de 100 MHz.
Categoría 5e:
Este será el cable típico y más económico que podríamos comprar hoy día en una tienda. Esta categoría cuenta con cables que pueden o no tener apantallado y serán capaces de brindar anchos de banda de 1000 Mbps (1000BASE-T) o Gigabit Ethernet operando en frecuencia de 100 MHz.
Categoría 6:
Este cable es de uso generalizado en redes LAN internas, ya que ofrece velocidades de 1000 Mbps como el anterior, pero soportando frecuencias de 250 MHz al ser apantallado. Esto implica que su estructura interna soporta mejor las interferencias y la diafonía.
Categoría 6e:
Aquí tenemos ya un cable de bastante buena calidad entre las manos, estando construido para operar en redes hasta de 10 Gbps (10GBASE-T). Su mejor calidad de construcción le permite operar en frecuencia de hasta 500 MHz, cubriendo distancias superiores a los 50 m.
Categoría 7:
Un cable poco habitual entre los usuarios domésticos pero que sí se utiliza en los centros de datos, al menos hasta la llegada de la fibra óptica. Cuenta con blindado, lo que permite operar en frecuencias de 600 MHz y a velocidades de 10 Gbps a una distancia de 100 m.
Categoría 7a:
Otra variante de la categoría anterior para cables que sean capaces de transmitir a frecuencias de 1000 MHz y velocidades de entre 10 y 40 Gbps. Porque efectivamente, hay cables Ethernet capaces de superar los 10 Gbps.
Categoría 8:
La última categoría listada se trata de la más potente en la actualidad, con cables par trenzado capaces de llegar a los 40 Gbps y operar en frecuencias de 2000 MHz.
Tipos de cables par trenzado según su construcción
Si no definimos el cable par trenzado por su categoría, lo deberíamos hacer según su construcción. Claro que intrínsecamente, el tipo de construcción lo harán pertenecer a una categoría u otra. En todos los casos actuales, se usan cables de 4 pares trenzados para redes LAN.
UTP (Unshielded Twisted Pair):
Cable perteneciente a las categorías 5 o 5e al no llevar ningún tipo de blindaje. Los pares trenzados no cuenta con ningún tipo de cobertura individual o en común por lo que serán los que peor aíslen las interferencias.
FTP (Foiled Twisted Pair):
En este caso se utiliza un apantallado exterior para el conjunto de cables que consiste en una cobertura de aluminio y plástico. Hay casos en el que los pares trenzados están separados entre ellos con un núcleo de plástico. Suelen pertenecer a las categorías 6 y 5e.
STP (Shielded Twisted Pair):
En este caso la construcción del cable implementa blindaje individual en los pares trenzados, de esta forma la diafonía mejora mucho y alcanzan impedancias de unos 150 Ω. Estos pueden llegar a no tener blindado exterior, perteneciendo normalmente a las categorías 6e y 6 siendo capaces de entregar 10 Gbps.
SFTP (Screened Foiled Twisted Pair):
Será un cable laminado con apantallamiento propio del FTP, pero esta vez, además del apantallado común de los pares, cuenta con una malla metálica LSZH que refuerza la protección exterior. Esta malla hace la misma función que la de un cable coaxial, es decir, conectarse a tierra para descargar las ondas electromagnéticas. Serán cables de categoría 6 o superior.
SSTP (Screened Shielded Twisted Pair):
Este será el cable que mejores prestaciones entregue ya que cuenta con blindado individual de aluminio para los pares trenzados y a su vez apantallado y blindado exterior de aluminio y malla metálica LSZH para soportar mayores distancias y mayores transferencias. Este cable debería de estar por encima de la categoría 6e.
Ventajas y desventajas de usar cable par trenzado
Con el aumento de capacidad de las redes y las implementaciones de soluciones como la fibra óptica y fibra óptica plástica, el cable de par trenzado esta poco a poco perdiendo protagonismo.
No obstante, su uso es habitual en redes internas de alta velocidad para edificios, corporaciones y por supuesto nuestra casa u oficina. Son todavía mucho más económicos que la fibra y más versátiles que el coaxial, así que en muchas casas de nueva construcción ya viene preinstalado para el reparto de conexiones en las habitaciones.
Por supuesto presenta ventajas y desventajas frente a la fibra, así que será importante conocerlas:
Ventajas:
- Sin retardo o latencia: la transmitir por un metal sólido como es el cobre, las transferencias son instantáneas
- Buen aislamiento: los cables que sean apantallados o blindados tendrán muy baja tasa de pérdidas de información y podrán llegar a distancias elevadas sin repetidores.
- Soporta altas velocidades y frecuencias: básicamente por lo mismo que comentamos en el punto anterior
- Bajo coste de fabricación: a diferencia de la fibra, aquí tenemos elementos fácilmente maleables como son el cobre, aluminio y plástico.
- Fácil de instalar: al menos así será en superficie, si bien es cierto que al ser un cable grueso meterlo en instalaciones eléctricas existentes resultará complicado
- Alimentación PoE: ideal para transmitir datos a la vez que alimenta pequeños aparatos conectados a la red, soportando hasta 40W.
- Conector pequeño y rápido: el RJ45 es un conector no tan sencillo de instalar sobre el cable, pero muy sencillo de utilizar por los usuarios.
- Conexiones full-dúplex: soporta transmisiones de ida y vuelta simultáneas, así como conexiones con cualquier tipo de aparato con tarjeta de red.
Desventajas:
- No son inmunes al ruido: pese a tener bastantes elementos de aislamiento, el hecho de usar electricidad los hace vulnerables al ruido eléctrico. Esto no ocurre con la fibra al operar con luz.
- Necesidad de repetidores cada cierta distancia: requieren de repetidores cada 100 metros aproximadamente, lo que es un incordio para atravesar largas distancias. Esto provoca la subida de cotes de fabricación.
- Tasas de error más altas a mayor velocidad: las transferencias son más erráticas a mayores velocidades, ya que el ruido afecta más cuanta más frecuencia lleve la señal.
- Es un cable grueso: al ser un cable provisto de otros tantos cables en su interior, hacen que su sección sea bastante grande. Esto dificulta el enrutamiento por canaletas y sobre todo por instalaciones empotradas.
- Ancho de banda más limitado que la fibra: la capacidad de transferencia, pese a ser bastante elevada, es mucho inferior a lo que es capaz de soportar la fibra óptica, pudiendo superar esta los 100 Gbps con varios hilos.
Conclusiones sobre el cable par trenzado
Pues ya sabéis casi todo acerca de este tipo de cables tan utilizados por nuestras redes de datos. Un elemento que se seguirá utilizando para las conexiones de alta velocidad y cada vez con cables de mayor calidad.
Y es que muchas de las placas base actuales cuentan con conexiones de 2,5 Gbps, 5 Gbps e incluso algunas de gama alta 10 Gbps. Para aprovechar todo su potencial deberías de tener un router bastante potente y un Switch a la par. Por otro lado, la entrada del nuevo estándar Wi-Fi 6 elevan muchísimo las posibilidades de la conexión inalámbrica, ofreciendo más cobertura, mayor ancho de banda con hasta 2,4 Gbps en conexión 2×2 y sobre todo mayor capacidad de clientes.
El futuro seguramente será utilizar Wi-Fi para nuestras LAN domésticas, y fibra plástica y de vidrio para conexiones por encima de los 10 Gbps. Ahora os dejamos algunos tutoriales sobre redes que os pueden resultar interesantes:
