• Ser o no ser… fibra óptica

     • septiembre 5, 2012 • Banda ancha • 27 Comentarios

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    La fibra está muy presente en nuestra dieta: en los cereales, la fruta, la verdura, etc. La mayoría de alimentos de origen vegetal tienen algo de fibra, aunque algunos lo publicitan más que otros. En la banda ancha, que es de lo que se trata aquí, pasa algo parecido. Todas las tecnologías (ADSL, cable o FTTH) tienen fibra óptica en alguna parte, pero no en la misma medida. Así que os vamos a explicar qué contenido en fibra tiene cada una de ellas y lo que implica.

    Fibra, fibra, fibra.... Ahora todo lleva fibra. Foto cortesía de Mr. T in DC

    Fibra, fibra, fibra.... Ahora todo lleva fibra. Foto cortesía de Mr. T in DC

    La idea de partida es que la fibra óptica es un medio que permite velocidades mucho más altas que el cable coaxial (con el que llegan los operadores de cable a casa) y éste, a su vez, permite velocidades también mucho más altas que el par de cobre (el de la clavija del ADSL). Si no os quedáis conforme con esta explicación, al final de la entrada os damos más detalles. Lo importante no es tanto si una red tiene o no fibra óptica, sino cuánto se acerca ésta a nuestra casa.

    EL ADSL

    En el ADSL la fibra óptica también está presente. De hecho, todo es fibra óptica excepto el último tramo de cobre, el que llega a casa. Éste procede normalmente de una central telefónica de la zona, que está conectada con otras centrales mediante gruesos cables de fibra óptica desde hace décadas (antes se conectaban con cables coaxiales). El conjunto de centrales, a su vez, se conecta al resto de la red de Internet, que también está basada en grandes cables de fibra óptica que conectan países y continentes, a velocidades de hasta 40 Tb por segundo (unos 40.000 Gb/s, aproximadamente unos 8.000 DVD por segundo).

    Pero a pesar de que nuestros bits hayan circulado por rápidas autopistas de fibra óptica, cuando se acercan a casa se encuentran con el cobre y es ahí donde se producen los embotellamientos que ralentizan la conexión hasta algunos pocos megas por segundo. Por razones físicas, como máximo pueden alcanzarse los 30 Mb/s con las últimas evoluciones del ADSL y el diseño actual de las redes. Si acercáramos las centrales (o más concretamente, los DSLAM, que es donde se ordenan los paquetes de datos) y la fibra óptica que las acompaña a nuestro edificio, con suerte podrían alcanzarse velocidades de hasta 100 Mb/s. Sin embargo, el último embudo simpre será de cobre y a la larga supone una limitación insalvable.

    EL CABLE

    En las redes de los operadores de cable, a las que llamaremos HFC (de híbridos de fibra y coaxial), también tienen como en el ADSL sus centrales conectadas con fibra óptica (donde se encuentran los CMTS, equivalentes a los DSLAM del ADSL). Pero a diferencia del caso anterior, la fibra óptica no termina en la centrales sino que desde ellas salen varios cables de fibra óptica hacia las casas, pero sin alcanzarlas. El recorrido de estos tramos de fibra termina en los nodos, donde la señal lumínica de la fibra se convierte en una eléctrica, que se transmite por los cables coaxiales que caracterizan a estas redes. Varios vecinos (desde decenas hasta un millar, según el caso) comparten ese primer coaxial, que después se divide (en puntos llamados “tap”) en otros coaxiales, ramificaciones del primero, que son los que finalmente llegan a cada casa.

    Arquitectura de una red de cable HFC. Fuente: ONO

    Arquitectura de una red de cable HFC. Fuente: ONO

    Si en el ADSL el embudo era el cobre, en este tipo de redes lo es el coaxial (una evolución del cable de cobre corriente, que comenzó a utilizarse como lo conocemos en los años 30 del siglo pasado). Sin embargo, el límite es mucho más holgado, ya que por ejemplo recientemente se ha alcanzado una velocidad de 1,5 Gb/s con esta tecnología. Ha sido gracias a un estándar que ya se utiliza en España, el DOCSIS 3.0, y que -en muy pocas palabras- permite compartir con más facilidad el ancho de banda sobrante de los usuarios de un mismo nodo. DOCSIS, a secas, es la definición de cómo se transmiten datos sobre el cable coaxial. A este tipo de redes en ocasiones se les denomina “fibra hasta el último amplificador” (FTTLA, Fiber To The Last Amplifier)

    FIBRA ÓPTICA HASTA EL HOGAR

    Al final todo se reduce a cuánto se acerca la fibra a casa. La fibra óptica no es un invento reciente, ya se utilizaba para telecomunicaciones en los años 70, pero es cara. No sólo el cable, sino los dispositivos que necesita para funcionar. En las redes troncales (las que utilizan los operadores para conectar sus centrales), los operadores pueden permitirse invertir en costosos equipos, porque su número es relativamente reducido. Incluso hasta los nodos, como en el HFC. Pero si la fibra llega hasta casa, el número de equipos a instalar es mucho mayor. Y si éstos son caros, no pueden ofertarse conexiones de banda ancha a precios asequibles.

    Pero la tecnología se ha abaratado en los últimos años, y ahora los operadores sí pueden desplegar en España redes de fibra óptica hasta los hogares (FTTH, por las siglas en inglés) y ofrecer precios atractivos. La redes de FTTH tienen algunas semejanzas con las de cable HFC. Desde cada central salen varios cables de fibra óptica que se dirigen a las casas. Pero estos no terminan su recorrido en un nodo. Las fibras que salen de la centrales se ramifican (en los “splitters”, semejantes a los “tap” del cable) en otros cables de fibra, que son los que llegan a las casas. Este tipo de red, en la que un primer cable de fibra óptica se utiliza para varias conexiones, recibe el nombre de PON (las siglas en inglés de Red Óptica Pasiva).

    FTTH con distribución PON. Fuente: CMT

    FTTH con distribución PON. Fuente: CMT

    Mientras que en el cobre, el tramo final de cable limitaba la velocidad recibida en casa. En el FTTH, el embudo no está en el tramo final de fibra sino en la máquina que envía la información. Sobre fibra se han alcanzado velocidades de varios terabytes por segundo, pero el precio de los equipos que lo permiten es demasiado alto. En las redes FTTH que se desplieguen actualmente en España se utilizan, en cambio, equipos GPON. Estos permiten 2,5 Gb/s por cada cable de fibra, que normalmente comparten 64 hogares (recordemos los splitters que dividen la fibra). Es decir, toca a unos 40 Mb/s por casa o conexión.

    Quizás a alguien le sorprenda esta cifra, ya que en las ofertas de fibra óptica hasta el hogar suelen publicitarse velocidades de 100 Mb/s. Lo cierto es que 100 Mb/s es la velocidad máxima que el operador deja consumir si la red lo permite en ese momento. Pero si todo los vecinos con FTTH utilizaran el ancho de banda de su conexión al mismo tiempo, no se superarían los 40 Mb/s. Como en el cable, en las redes de fibra óptica de tipo PON la conexión es compartida (no hay que preocuparse, está todo cifrado, en la fibra y el cable). En el ADSL también se comparte, pero con los vecinos de toda la central, que es más improbable que utilicen simultáneamente todo su ancho de banda.

    TRENZADO, COAXIAL Y FIBRA

    ¿Pero por qué el cobre no permite velocidades altas, como la fibra? Los que vivan lejos de centrales telefónicas lo sabrán bien. El cable de cobre, que se utiliza en el tramo final del ADSL, tiene dos problemas: es muy sensible a las interferencias externas (de otros cables de cobre, radiaciones, etc.) y a largas distancias se emprobece la señal que circula por él (se atenúa). Para disminuir las intereferencias, los dos cables de cobre que llegan a casa (el par, uno para enviar información y el otro para recibirla) suelen ir trenzados, tal como lo patentó Graham Bell en 1881. Sin embargo, esto no soluciona completamente el problema.

    Par de cobre trenzado. Fuente: Oficina de Patentes de EE. UU.

    Par de cobre trenzado. Fuente: Oficina de Patentes de EE. UU.

    Por esta razón, en el par de cobre la información debe enviarse despacio. Esto significa hacerlo a una frecuencia baja, porque de esta manera las ondas se propagan mejor y resisten las interferencias del cobre (igual que los sonidos graves pueden oírse a más distancia que los agudos, incluso con ruido). Hay tecnologías, como el VDSL, que desde la central mejoran la velocidad en tramos cortos, pero a distancias largas se comportan igual que el ADSL.

    Una versión sofisticada del trenzado es el cable coaxial, que es el de los operadores del cable en el tramo final hasta casa. También está basado en el cobre, pero en este caso uno de los cables del par está envuelto, con un aislante en medio, por una placa cilíndrica también de cobre (que representa el otro cable del par). Con esta disposición se anulan buena parte de las interferencias, tanto las que recibe el cable del exterior como las que él emite. Como la señal eléctrica se conserva mejor, se puede transmitir a velocidades más altas (a frecuencias mayores). Sin embargo, continúa siendo cobre y aún hay una pérdida de la calidad de la señal con la distancia.

    Dibujo de un cable coaxial. Fuente: Davidson Physics

    Dibujo de un cable coaxial. Fuente: Davidson Physics

    La fibra óptica no está basada en el cobre ni circula por ella electricidad, como ocurre en los casos anteriores. Se trata de un material que al entrar en él luz visible (de láser, o de un LED) por uno de sus extremos, díficilmente puede escaparse hasta que llega al otro extremo. Los datos se transmiten como parpadeos de luz (unos y ceros) y no como cambios en la frecuencia de la corriente eléctrica. La información así puede viajar durante kilómetros sin que haya pérdidas notables (luz que poco a poco se escapa del cable) y sin apenas interferencias.

    Aunque todas las redes tienen tramos de fibra óptica, lo importante es cómo de cerca se encuentra del usuario. En el FTTH la fibra llega hasta nuestra propia casa, con el cable HFC llega hasta un nodo cercano al edificio (y continúa con un cable coaxial) y con el ADSL la fibra se detiene en la central telefónica. Si cuando la información se acerca a nuestro ordenador debe frenar en un tramo de cobre, tendremos una conexión más lenta sin que importe la fibra por la que haya viajado antes.

    27 Respuestas a Ser o no ser… fibra óptica

    1. Jaume Jose Oranies
      septiembre 5, 2012 at 12:38

      Respecto “En el FTTH, el embudo no está en el tramo final de fibra sino en la máquina que envía la información”. En las cercanías de Barcelona hay zonas(ciudades dormitorio o con poder adquisitivo moderado) donde el embudo continúa siendo el tramo final. Las operadoras (i especialmente una) no despliega fibra, o la despliega pero la deja años sin iluminar si no tiene perspectivas de beneficios pingües o hay favoritismos políticos.
      Fuera de la principales zonas urbanas la fibra òptica brilla por su ausencia llegando a haber centrales telefónicas saturadas por su uso i cantidad de líneas concedidas.

    2. logoff
      septiembre 5, 2012 at 13:11

      artículo genial, así la gente de a pie se entra un poco de cómo va todo.

      PD: “encriptar” no está aceptado por la RAE(http://lema.rae.es/drae/?val=encriptar), es una mala traducción del inglés, se usa cifrar (http://lema.rae.es/drae/?val=cifrar).

      • sergiouceda
        septiembre 5, 2012 at 13:19

        Nos alegra que te haya gustado, logoff. Y te agradecemos enormemente la corrección lingüística. Ahora lo cambiamos ;).
        Un saludo.

      • Manchitas84
        septiembre 5, 2012 at 13:40

        Totalmente de acuerdo. Muy buen artículo, didáctico, descriptivo y claro. Será útil a mucha gente. Os animo a que sigáis con este tipo de publicaciones.

        • sergiouceda
          septiembre 5, 2012 at 14:27

          Así da gusto :). Que sea didáctico y resulte útil es lo más importante. ¡Gracias!

    3. Manchitas84
      septiembre 5, 2012 at 13:34

      Yo matizaría la afirmación de que el cable coaxial es una evolución del par trenzado. De hecho tienen orígenes diferentes y sus primeros diseños son coetáneos (1880-1890) y por autores diferentes. Incluso la primera patente del coaxial es casi un año anterior a de Graham Bell del par trenzado de 1881. Lo que ocurre es que por diversos motivos en gran parte quedó en el olvido hasta la década de los ’30 del siglo XX se “redescubrió”, perfeccionó y relanzó.

      • sergiouceda
        septiembre 5, 2012 at 14:18

        Gracias por el matiz, Manchitas. De todos modos, lo de evolución lo decíamos en el sentido de que es más sofisticado que el cable de cobre simple, aunque parte del mismo principio. Mencionaremos los orígenes del coaxial, para evitar equívocos ;).
        Un saludo!

    4. septiembre 5, 2012 at 16:35

      Muy buen artículo, muy explicativo, creo que permite a la gente de a pie entender un poco como funciona todo esto. Enhorabuena!

    5. septiembre 5, 2012 at 16:44

      Muy bueno. Pero lo cierto es que aun no hay rastro de NEBA (a nivel práctico vamos)… ;)

      Salu2

    6. Javier
      septiembre 5, 2012 at 17:33

      No entiendo muy bien esto:

      “Como en el cable, en las redes de fibra óptica de tipo PON la conexión es compartida (no hay que preocuparse, está todo cifrado, en la fibra y el cable).”

      Entiendo que, aunque la señal se divida, el splitter debería funcionar como un switch (no como un hub), y, en principio, no debería haber “promiscuidad” de señales (mezcla de la señal para dos vecinos diferentes por ejemplo).

      Es cierto que un switch no es infalible y siempre se le escapa algo por un canal por el que no tiene que ir. También es cierto que, como “fanático” de la seguridad, lo prefiero que esté cifrado.

      Ahora bien, no me deja de parecer curioso que se realice un cifrado.

      Es bueno saberlo :)

      • CarlosM
        septiembre 5, 2012 at 22:13

        Tanto en DOCSIS (protocolo del cable) como en FTTH (PON o GPON, indistintamente) por el canal descendente se transmiten los datos de todos los clientes de forma simultanea y el CPE (equipo de abonado) se encarga de tomar solo los que le pertenecen y discriminar el resto.

        Es decir, que independientemente de la segregación o los splitters, la misma información viaja a través de toda la longitud del cable.

        Por ello, en los diferentes protocolos existen mecanismos de cifrado para asegurar la integridad de la información y es a lo que se refieren.

      • septiembre 6, 2012 at 7:15

        Hola Javier,

        El splitter és un dispositivo pasivo que simplemente se encarga de conectar fisicamente la cabecera de red (OLT) con los usuarios (que disponen de ONTs en sus casas).

        El mecanismo de intercambio de mensajes entre ellos se realiza, por un lado desde la OLT a la ONT enviando la información de bajada a todos los usuarios y de la ONT a la OLT mediante un mecanismo de sincronización en el que la OLT indica a las ONTs cuando deben de transmitir para que no colisionen los paquetes al llegar al splitter (una especie de TDMA).

        Las cabeceras PON acostumbran a transmitir el canal descendente cifrado.

        Un Saludo

      • Jaume Jose Oranies
        septiembre 6, 2012 at 11:32

        Estas respuestas tienen muchos tecnicismos i acrónimos por lo que creo que es más útil explicarlo con un lenguaje más simple.
        La fibra es compartida: cierto. Però por ella circula luces de diferentes “colores”. Luz no visible en el espctro del ojo humano però con ditintas longitudes de onda.

        El splitter (o desdoblador) funciona como un prisma de difracció. La teória del funcionamiento explica como la luz blanca se desdobla o descompone (split) en los colores del arco iris.

        El PON y GPON separan en la recepción (como un hub o concentrador) las diferentes luces (una para cada comunicación) resultando diferentes señales comunicativas y inyectan en la misma fibra las diferentes luces en la transmissión. O sea, entiendo que és un hub pero solo con elementos “pasivos”.

        De hecho actúa como una caja donde llegan varios pares de cobre en una mangera y salen varios pares de cobre separados cada uno hacia un domicilio.
        En ambos casos el cifrado no es necesario si ha habido protección suficiente de toda la línea, incluida la caja de contactos o el splitter.

        Todo el articulo està muy bien y tu dudo muy oportuno. Però como el artículo era tant claro he pensado que una respuesta simple ayudaria a otros lectores.

        • Manchitas84
          septiembre 6, 2012 at 15:57

          Creo que lo que tu describes como splitter es un demultiplexador. Los divisores ópticos son sólo cajas por las que entra una señal con un nivel de potencia dado y salen N señales iguales salvo el retardo, atenuación y degradación lógicas (iguales asumiendo un divisor con salidas con acomplamientos y pérdidas de inserción iguales). Es lo mismo que en las redes HFC de difusión pero a nivel óptico en lugar de eléctrico. ¿Cómo comparten el medio entonces si todos van por el mismo cable físico? pues se reparten “huecos” de tiempo para los diferentes usuarios de modo que en los terminales de usuario ya se filtra lo que no interesa y pasa sólo lo de cada uno (vamos como en cualquier red de difusión). Por eso se cifra el contenido en el canal descendente.

      • sergiouceda
        septiembre 6, 2012 at 14:31

        Sobre la cuestión que planteáis, los técnicos de la CMT nos indican que el ‘splitter’ de la fibra es un mero divisor óptico pasivo. Es decir, reparte la luz de entrada (la fibra de la central) a partes iguales entre sus salidas (las fibras de las casas), sin distinguir entre las distintas conexiones de los clientes. De este modo, la misma señal circula por todas las fibras y en nuestra casa también recibimos (cifrada) la información de nuestros vecinos. Es una sola cadena de paquetes de información con distintos destinatarios. Y está cifrado para que sólo podamos acceder a nuestros datos y no podamos saber lo que hace la vecina.

        Si la información de cada vecino viajara por separado por la fibra, como algunos apuntáis, no se trataría de una solución PON sino punto a punto.

        ¡Gracias por mantener este interesante debate!
        Un saludo.

        • Javier
          septiembre 6, 2012 at 17:06

          Aunque cuelgue de aquí la respuesta, gracias a todos por las explicaciones.

          Ahora queda más claro y hemos aprendido todos, un poco más, sobre esta tecnología :)

          Gracias.

    7. septiembre 6, 2012 at 16:06

      Lo de la seguridad en la fibra, tela. Es decir si se interceptara esas comunicaciones y se descifraran estas, no sólo tendríamos nuestra información sino la de los vecinos también.

      Salu2

      • Manchitas84
        septiembre 7, 2012 at 9:45

        Yo la considero más segura porque interceptar un par de cobre es más fácil y menos costoso. Para interceptar una fibra necesitas gente con mucha habilidad, equipamiento bastante caro y que no estén monitorizando el tramo porque si no te pillan al momento por las perturbaciones que causarían en la señal recibida. Y eso para “leer” la señal, luego tendrías que separar y descifrar las señales. Luego, si usan por ejemplo cifrado cuántico puedes olvidarte porque te va a resulta imposible.

        • septiembre 7, 2012 at 16:15

          Yo la verdad siempre veo las dos caras de la moneda. De la misma forma que hay cifrado cuántico, puede haber descrifrado cuántico.

          Obviamente no puede interceptar y descodificar cualquiera una señal. Ya incluso en el cobre. Pero si se pudiese sería realmente peligroso. Porque no sólo tendrían tus datos, sino los del vecino del 5º por ejemplo.

          Es un poco como la seguridad en la nube. El problema de que tus datos estén arriba y abajo es como el camionero que tiene que ir todos los días a las 7 de la mañana a repartir. Aumentan las probabilidades de tener un accidente, respecto a otro que sólo va dos veces por semana, por ejemplo.

          Salu2

          • Manchitas84
            septiembre 10, 2012 at 13:16

            Lo que está claro es que tiene que haber descifrado cuántico, lo que pasa es que en teoría con los esquemas teóricos de cifrado cuántico que hay hoy día es imposible interceptar la información sin que inmediatamente se sepa que ha sido interceptado y se destruya la información en el proceso (al menos que pueda haber suplantación de identidad). Otra cosa es que, evidentemente, la técnica avanza para todo el mundo y tanto más seguros serán los métodos de cifrado, tanto mejores serán los de interceptación/suplantación…. De hecho llevando el uso de propiedades cuánticas al extremo, ni siquiera tienes porque transmitir físicamente una onda para transmitir información sino que se puede transmitir información a distancia directamente haciendo uso del entrelazamiento cuántico, lo que sin duda abre una vía nueva a las comunicaciones.

        • Marco
          septiembre 9, 2012 at 0:33

          Siempre que se habla de redes digitales es interesante ver como los mecanismos empleado para multiplexar los usuarios sobre un mismo transmisivo sean muy parecidos. Por ejemplo en las redes WiMAX se emplea también TDMA como en las redes en fibra. Todos los CPEs reciben la misma info y la discriminan. En las redes de telefonía móvil pasa lo mismo. En redes a medio compartido no se puede evitar. Por este motivo, la capa lógica que se encarga de que los datos digitales lleguen a los usuarios es la pieza más importante del sistema. Un mismo medio de transmisión pero con un protocolo para acceder a ello poco eficiente hace que la entera transmisión sea poco eficiente. Las redes punto a punto serían muy costosas en comparativas con las redes punto-multi punto. Felicidades por el blog.

    8. Pepe
      septiembre 6, 2012 at 23:00

      A ver que pregunte:
      ¿El que un coaxial permita transmitir más información no estaba relacionado con que la geometría del coaxial tratado como línea de transmisión permite mayor ancho de banda monomodo que el bifilar, además de que el modo fundamental del coaxial está a una frecuencia más alta que el del bifilar?

      Porque el tema de “más ancho de banda porque está mejor protegido contra el ruido” me tiene inquieto.

      • Manchitas84
        septiembre 7, 2012 at 9:18

        El coaxial está blindado (dicho vulgarmente, como el núcleo conductor está rodeado por una malla también conductora no entran campos externos) y propaga con menor atenuación señales con una frecuencia mayor. Cada medio físico basando en conductores metálicos tiene una curva de atenuación en función de la frecuencia, a mayor frecuencia mayor atenuación pero luego cada tipo de cable tiene su relación propia y en todos ellos se pueden propagar señales desde bajas frecuencias hasta una cierta banda en donde el cable atenúa tanto que hace inviable transmitir nada. Cuanto mayor sea tu rango de frecuencias utilizable más datos puedes transmitir y eso es lo que pasa con el coaxial “por él se puede propagar una banda espectral mayor comparativamente al par trenzado”. Además al ser mucho mejor el blindaje del coaxial la propagación de las señales es menos sensible a interferencias y diafonías que el par trenzado (vamos que la señal de deteriora menos por otras señales externas que hay en el entorno). Lo de los modos de propagación está asociado a la fibra óptica. En ese caso la fibra monomodo comparativamente con la multimodo sólo permite un modo de propagación (un sólo camino posible para que se propague la luz por decirlo así) por lo que la dispersión modal el menor (vamos se te dispersan menos los pulsos por lo que los puedes distinguir mejor) y por tanto podemos transmitir más información a mayor distancia (si lo ves como un tren de pulsos sucesivos, cuanto menos se interfieran unos a otros más pulsos y por tanto más información puedo meter).

        • Pepe
          septiembre 7, 2012 at 16:06

          Yo siempre creí que los modos de propagación eran soluciones de las Ecuaciones de Maxwell particularizadas a una guía de ondas.
          Además de que cada modo era un “paquete energético” y que, al tratarse de un concepto asociado a campos electromagnéticos, se aplicaba tanto a coaxial como a fibra óptica como a bifilar.

    9. Mae West
      septiembre 12, 2012 at 19:53

      Muy bueno.

    10. Magtel.es
      septiembre 14, 2012 at 11:32

      Sabían que…
      China fue uno de los países que comenzó a cablear sus comunicaciones con fibra óptica, debido a que había personas que robaban los cableados de cobre para luego venderlos.

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