Por qué es tan importante no sobrepasar los 100 metros en el cableado horizontal

Cuando se explican las condiciones que imponen las diferentes normas de cableado estructurado (TIA/EIA 568-C, ISO 11801, EN50173), frecuentemente llama la atención el límite de 100 metros para el cableado horizontal, e inevitablemente siempre hay alguién que pregunta ¿y que pasa si ponemos más de 100 metros?. La respuesta siempre es la misma: Si la longitud del enlace permanente es superior a los 90 metros y después de instalar los latiguillos la longitud del canal también es un poco superior a 100 metros, probablemente la conexión funcionará sin problemas, debido a los márgenes de tolerancia de los equipos activos de red (switches y tarjetas de red), pero el certificador, inevitablemente, dará como resultado un no pasa clarísimo. Se deberá de corregir el fallo, bien a través de un nuevo tendido del enlace permanente más corto, o bien instalando un nuevo distribuidor horizontal conectado a su vez mediante un troncal, habitualmente en fibra óptica, con el distribuidor de edificio.

 La verdad es que si se examina con atención el problema, lo que debería de llamar la atención no es el hecho de que la transmisión pueda fallar más alla de los 100 metros, sino que funcione con distancias de cableado horizontal próximas a esos 100 metros. En el uso diario de las redes de área local sobre cableado estructurado damos por hecho que si los cables no están rotos, las señales llegarán sin problemas desde los switches a las tarjetas de red y viceversa, pero en realidad es sorprendente que todo eso funcione, teniendo en cuenta las fuertes atenuaciones que sufren las señales de datos a través del cableado.

Si nos ceñimos a los sistemas Ethernet de uso habitual en la actualidad, en todos ellos se utiliza transmisión en modo diferencial y con niveles de señal que en ningún caso superan la tensión de 1 voltio de pico. Se utilizan niveles de señal “tan bajos” porque así se  reduce al máximo la emisión electromagnética hacia los otros pares del cable o hacia circuitos cercanos (EMI).

Niveles de señal en Ethernet a 100 Mbps, 1Gbps y 10Gbps

 Como se observa en la imagen, Ethernet 100BASE-TX utiliza codificación MLT-3, Ethernet 1000BASE-T utiliza PAM5 y 10GBASE-T utiliza el sistema PAM 16. Se aprecia a simple vista que a medida que se utilizan más niveles para codificar la señal, más próximos están estos niveles entre sí y más difícil se hace su detección en el receptor.  La detección en cualquier caso es mediante “la diferencia” de señal en cada uno de los hilos del par, ya que en todos estos sistemas y también en el ya casi obsoleto de 10BASE-T se utiliza transmisión diferencial. En este sistema,  cada uno de los hilos del par tiene un nivel de señal opuesto al del otro hilo, de tal forma que su suma es siempre cero pero su diferencia es la señal útil que se desea transmitir. En la siguiente imagen se muestra un ejemplo de transmisión en modo diferencial en 100BASE-TX, el cual utiliza MLT-3.

Codificación MLT-3 utilizada en 100BASE-TX

En la figura se observa como la señal útil de datos (señal en color naranja) se obtiene de la diferencia de las señales en cada uno de los hilos del par (señales en colores azul y violeta). En la práctica y debido a la atenuación de los cables, el proceso puede volverse extremadamente difícil, tal y como se muestra a continuación:

Señal codificada en MLT-3 sin atenuar y atenuada a 50 y 100 metrosEn las formas de onda se aprecia  que cuanto mayor es la  longitud del cableado, mayor es la atenuación. Por lo tanto, cuando la señal debe de recorrer los 100 metros de un cableado horizontal resultará fuertemente atenuada, dificultando en gran manera su recuperación. La pregunta que nos debemos de hacer es la siguiente: ¿Cuanta atenuación sufre una señal al atravesar un cableado horizontal de 100 metros?. La respuesta depende evidentemente de la frecuencia a la cual se mida dicha atenuación. A modo de ejemplo, a continuación se calculará cuanto se atenuan las señales de los sistemas de Ethernet a 100Mbps, 1000Mbps y 10Gbps. Para realizar los cálculos utilizaremos un medio común de transmisión para los tres sistemas, que será un enlace de canal de categoría 6A.

Atenuación máxima permitida para un enlace de canal de categoría 6A

Las frecuencias elegidas para los cálculos son diferentes para cada uno de los sistemas. 100BASE-TX y 1000BASE-T tienen, por diseño, un espectro en frecuencia muy parecido, con un mínimo en unos 125 Mhz, pero en 100BASE-TX la mayor parte de la energía se concentra aproximadamente sobre los 31,25 Mhz y en 1000BASE-T sobre los 62,5 Mhz. Por otro lado, en 10GBASE-T la energía se concentra en frecuencias próximas a los 417 Mhz. En la tabla de la figura se han señalado en rojo los valores de atenuación máximos permitidos para las frecuencias más próximas a dichas componentes fundamentales. Para calcular cuanta señal aparecerá después de 100 metros de cable solo se debe de tener en cuenta que los niveles de atenuación indicados son en potencia y por lo tanto la fórmula a emplear para trabajar con tensiones deberá ser la indicada a continuaciónAtenuación en dB cuando se toma cuando se comparan tensionesPor lo tanto, para el primero de los casos, cuando la atenuación máxima permitida es de 11,5 dB si tenemos en cuenta que la señal MLT-3 tiene una tensión de pico de 1v:Calculo de la tensión de salida con codificación MLT-3Si realizamos un cálculo similar para las señales de PAM5 de Gigabit Ethernet y PAM16 de 10GBASE-T, se debe de tener en cuenta que ahora las atenuaciones son 16,4 dB (62,5Mhz) y 44,7 dB (417 Mhz) y que los valores de Vint son respectivamente 0,5 v y 0,13 voltios. Por lo tanto:

 Gráficamente los resultados anteriores se muestran en la siguiente figura:

 Y como se indicaba al comienzo, lo verdaderamente sorprendente es que la transmisión de señal se produzca correctamente con cableados de hasta 100 metros. Como se ha comprobado en los cálculos anteriores, las señales pueden  sufrir una gran atenuación y que además es mayor cuanto más grande es la frecuencia. También se aprecia que esta atenuación, para una frecuencia dada, es mayor para enlaces de categorías inferiores. Así por ejemplo, para un enlace de canal de categoría 5e se observa que la atenuación a 100 Mhz puede llegar a ser de hasta 24 dB. En la siguiente figura se muestra el significado de una atenuación de 24 dB en potencia para una señal de entrada de 1 voltio.

Además de la dificultad de detectar señales tan pequeñas, los propios pares captan ruido de otros pares del cable (NEXT), de pares de cables adyacentes (ALIEN NEXT) y de otras fuentes externas de interferencia (EMI). El resultado final puede ser similar al mostrado en esta última figura:

Señales MLT-3, PAM5 y PAM16 atenuadas y con ruido externoSe observa que para el caso de 10GBASE-T, la presencia de ruido puede tener consecuencias catastróficas, especialmente si el canal es lo suficientemente largo y la señal útil resulta muy atenuada. Por eso es tan importante medir las diafonías de tipo ALIEN en los sistemas 10GBASE-T, ya que el propio hardware del sistema es capaz de eliminar el ruido captado desde otros pares del mismo cable pero no es capaz de cancelar estas interferencias cuando provienen de pares de cables adyacentes o de fuentes de ruido externas. 

Nota técnica: Se debe de tener en cuenta que el espectro de cualquier señal digital se extiende desde el armónico fundamental hasta el infinito, tal y como se demuestra mediante el desarrollo en  series de Fourier de una señal digital de frecuencia f cualquiera. No obstante, la mayor parte de la energía se concentra alrededor de unas determinadas frecuencias (primeros armónicos o armónicos más significativos) y basta con que el sistema de transmisión permita el paso de estas frecuencias para que la señal pueda ser decodificada con éxito en el destino. A modo de ejemplo, en la siguiente figura se muestra el espectro de las señales MLT-3 y PAM5 utilizadas en 100BASE-TX y 1000BASE-T

Dependiendo de la secuencia de “1” y “0” enviados, el primer armónico o armónico fundamental estará en una frecuencia o en otra, tal y como se muestra en las siguientes figuras:Para la primera de las cuatro secuencias digitales enviadas, la que corresponde a todo “1”, la señal enviada por la línea es de frecuencia máxima respecto de las otras tres.

Cuando la secuencia enviada es “101010101010101…”, la señal digital en la línea tiene una frecuencia que es mitad de la frecuencia del caso anterior y por eso su armónico fundamental estará situado a dicha frecuencia mitad respecto de la del primer caso. De la misma manera se obtiene que el armónico fundamental de la tercera de las señales enviadas está en una frecuencia menor y que en el último caso, al ser la señal enviada constante, su frecuencia es cero y no existen armónicos.

En realidad, en todos los sistemas Ethernet se realiza en emisión un proceso de aleatorización (scrambling). En recepción se realiza el proceso contrario, es decir una desaleatorización. Mediante este proceso, aunque se produzcan secuencias “repetitivas” de “1” y “0”, al realizar la aleatorización se convierten en secuencias pseudo-aleatorias. De esta manera el espectro de frecuencia de la señal se distribuye desde cero hasta la frecuencia máxima permitida por el medio de transmisión. Con esto se consigue eliminar en gran manera la concentración de potencia radiada en un determinado armónico. Las posibles interferencias que captarán los pares de un cable respecto de la señal enviada por otro par serán simplemente “ruido de fondo”. 

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12 respuestas a Por qué es tan importante no sobrepasar los 100 metros en el cableado horizontal

  1. Enrique del Rio dijo:

    Hola Gabriel

    En una instalación de cableado estructurado, da igual que sea categoría 3, 5e, 6 o 6A, los enlaces permanentes no pueden superar los 90 metros y los enlaces de canal no pueden superar los 100 metros. Es decir, entre patch panel y toma de telecomunicaciones, NO se puede superar la distancia de 90 metros con cableado UTP, ya que en caso de hacerlo, ese enlace permanente no pasará la prueba de certificación correspondiente.

    Y aunque te parezca raro, si pones fibra óptica, también existe el mismo límite de 90 metros ya que las normas obligan a que en cada puesto de trabajo al menos haya una toma de telecomunicaciones de cable de pares de cobre, y como éste no puede pasar de 90 metros, si el otro puerto es de fibra óptica tampoco podrá pasar de 90 metros.

    La solución es sencilla y está explicada en este mismo blog, y por supuesto en miles de documentos de internet: Hay que instalar más repartidores de planta a fin de que ninguna toma de telecomunicaciones se encuentre a más de 90 metros de un repartidor. Cualquier otra solución utilizada, como colocar un switch intermedio o algo por el estilo, no cumple con las normas de cableado estructurado.

    Un saludo

    Enrique del Río
    Instituto de Formación Profesional Tartanga
    Erandio
    Bizkaia

  2. Gabriel Meza dijo:

    Saludos:

    busco una respuesta que no encontré en este blog, si llego a los 90 mts de cableado UTP nivel 6 y requiero continuar con el cableado, que clase de dispositivo tengo que poner que no sea hub, ya que este me hace ruido en la red. Un elevador tal vez? Gracias.

  3. Enrique del Rio dijo:

    Hola

    Con cable UTP nunca se puede superar la distancia total de 100 metros, lo cual incluye 90 metros del enlace permanente y 5 metros de latiguillos de conexión a ambos extremos. Por lo tanto, para el problema planteado la única solución es utilizar un enlace de fibra óptica, siendo recomendable en este caso fibra óptica de tipo multimodo.

    Un saludo

    Enrique del Río
    Instituto de Formación Profesional Tartanga
    Erandio
    Bizkaia

  4. stacy dijo:

    Se cuenta con 2 edificaciones con un cableado de red con cable UTP implementado en cada uno y
    separados entre sí por una distancia de entre 150 a 160 metros.
    Sugiera un tipo de cableado que permitiría interconectar a las arquitecturas de redes de ambas
    instalaciones.
    Finalmente, describa las medidas de seguridad física que se deberían implementar a este enlace físico
    sugerido.
    Que me sugieren? Realizarlo con fibra óptica?

  5. Nuria dijo:

    Muy interesantes.

  6. Enrique del Rio dijo:

    Hola Jose Gregorio

    Al ser la distancia de 150 metros, queda descartado el uso de cableado UTP Cat5e o de cualquier otra categoría, ya que los estándares de cableado estructurado son claros al respecto: máximo 100 metros, incluidos los 5 metros por cada lado de los latiguillos de conexión. Es decir, lo que se conoce como enlace permanente, desde el patch panel a la roseta de telecomunicaciones, no puede pasar de 90 metros en ningún caso.

    Por otro lado, el uso de cableado coaxial Rg59 o de cualquier otro tipo, está fuera de los estandares de cableado estructurado. Se puede instalar, no está prohibido su uso, pero eso ya no sería una instalación conforme a las normas de cableado estructurado TIA/EIA 568-C, ISO 11801, EN50173 y equivalentes.

    Por lo tanto, si quieres realizar una instalación conforme a las normas de cableado estructurado, la alternativa es fibra óptica, ya sea monomodo o multimodo. Luego solo hay que colocar en ambos extremos los correspondientes Convertidores de Medios (de Ethernet por cable UTP a Ethernet por fibra óptica).

    Un saludo

    Enrique del Río
    Instituto de Formación Profesional Tartanga
    Erandio
    Bizkaia

  7. Jose Gregorio Navarro dijo:

    Saludos cordiales, debo felicitar al los Sres. Enrique del Rio y Esteban Calderón al primero por el tema y al segundo por su intervención, ambos tienen pleno conocimiento del tema a su vez debo agradecerles por compartir su conocimiento.
    Por mi experiencia laboral como muy bien dijo Esteban nadie respeta los estándares de cableado estructurado, me ha tocado reparar y sustituir todo un cableado porque los empalman tipo red eléctrica domiciliaria.
    Me gustaría por favor en la medida de lo posible y disculpen mi abuso, ya que tengo dudas; quiero hacer un cableado estructurado para una cámaras de seguridad que desde el punto cero hasta el punto mas lejano de 150 Mt. ¿que cableado sera mejor? Cable Rg59 o Utp Cat5e? ventajas y desventajas de un cableado a otro. Gracias de antemano.

  8. Enrique del Rio dijo:

    Hola Esteban

    Tu explicación es, en principio, correcta, ya que cuando se utiliza un medio compartido es necesario evitar que un equipo que envía una trama, finalice la transmisión de dicha trama sin haberse dado cuenta de que se ha producido una colisión en el medio compartido y que, en realidad, la trama enviada no ha llegado a su destino. Por ello, es necesario que cuando un equipo envía una trama, la longitud de esa trama sea lo suficientemente grande y la longitud del medio compartido lo suficientemente pequeña, para que la trama llegue hasta el extremo final del medio compartido antes de que el transceptor haya terminado de enviar la trama.

    Esto, efectivamente, impuso un tamaño mínimo de trama en los estándares 100BASE-TX y 1000BASE-T (en este caso, con unos mecanismos especiales de extensión de tramas y tramas de burst, a fin de no empeorar el rendimiento) y también impuso un tamaño máximo del medio compartido, los 100 metros que indicas en tu comentario.

    Pero si te fijas bien, en este artículo del blog, estamos hablando de un problema totalmente diferente. Esta claro que en un sistema con medio compartido (con topología en estrella y un hub central, hablando claro, porque un sistema en bus con un cable coaxial hace ya mucho tiempo que no se utiliza en absoluto….) si superas los 100 metros, se puede producir el problema que mencionas, es decir, la no correcta detección de colisiones. Ahora bien, desde hace ya también muchos años, todas las redes actuales se construyen con topología en estrella y switches y en estos casos, ya NO SE UTILIZA EN ABSOLUTO EL PROTOCOLO CSMA/CD puesto que las conexiones son punto a punto, entre cada equipo y el switch y el medio, siempre está libre

    De hecho, si no estoy equivocado, no existen hubs para 1000BASE-T. Al menos, yo no recuerdo haber visto nunca uno

    Por lo tanto, el problema que planteo en el blog es otro distinto. Se trata de saber que pasa en una instalación de cableado estructurado que da servicio a una red con topología en estrella y switch en el nodo central que es lo que sucede si uno de los enlaces permanente lo ponemos de más de 100 metros de longitud. El problema ya no es en absoluto el protocolo CSMA/CD ni las colisiones, puesto que ni uno ni otro van a existir. Y el preguntarse esto tiene su sentido, puesto que una vez que ya no hay medio compartido, ¿por qué no se puede poner más de 100 metros en un enlace permanente

    Obviamente, porque en primer lugar la instalación de cableado estructurado no pasaría la certificación de los enlaces permanentes de más de 100 metros. Pero además de eso, y es lo que he pretendido explicar en esta entrada del blog, porque la atenuación de las señales aumenta grandemente con la frecuencia en los cables de pares y como se utilizan tranmisiones multinivel muy sofisticadas (PAM-5, PAM-16), apenas llegaría señal útil al otro extremo del enlace, es decir, desde la tarjeta de red del PC al puerto del switch o viceversa, perdiéndose la señal o siendo directamente imposible cualquier envío de tramas.

    Insisto una vez más, el problema que yo explico y lo que tu comentas, son cosas absolutamente diferentes. En tu comentario indicas, y es correcto, que si se superan los 100 metros, con un sistema de medio compartido y protocolo CSMA/CD se producirán problemas, como son la no detección de colisiones por parte de un equipo que ha puesto una trama en el medio compartido. Pero lo que yo explico es diferente: si superaras los 100 metros en cualquier instalación de red actual basada en los estándares ethernet, no habrá ningún problema con las colisiones ni con el protocolo CSMA/CD porque simplemente no estará funcionando dicho protocolo y no existirá ninguna colisión al no ser un medio compartido. Lo que si se producirá será una excesiva atenuación de la señal y un funcionamiento anómalo de la red.

    Y esto último sucede en la práctica mas de lo que pudiera imaginarse a primera vista. Aunque las instalaciones de cableado estructurado se construyen y se certifican con ese límite de 100 metros, luego es frecuente que se hagan modificaciones y añadidos, donde ya no se respeta tanto ese límite de los 100 metros y donde, por supuesto, nadie certifica nada. En esos casos, y en mi instituto ya ha sucedido varias veces, se producen esos funcionamientos “extraños” que he indicado anteriormente, donde unos equipos si logran conectarse con el switch y en cambio otros equipos, de otro fabricantes y con distinta tarjeta de red, no logran conectarse con el mismo switch y a través del mismo enlace permanente. O también cuando compruebas que un equipo que se tenía que conectar a 1000BASE-T por ser el enlace permanente de categoría 5e o superior, solo se conecta a 100BASE-TX, porque en realidad, al haber modificado la longitud del enlace permanente, ya no pasa una certificación de categoría 5e.

    Bueno, espero haber aclarado las dudas que hayan podido surgir con el contenido de este artículo del blog. En cualquier caso, te agradezco tu colaboración, ya que es así como intercambiando conocimiento, avanzamos todos.

    Gracias y un saludo
    Enrique del Río Ruíz
    Instituto de Formación Profesional Tartanga
    Erandio
    Bizkaia

  9. Esteban Calderón dijo:

    Muy interesante. Aunque en realidad la razón principal por la cual no se deben superar los 100 metros es que la red ethernet utiliza el protocolo de acceso al medio csma/cd (acceso al medio con sensado de portadora y detección de colisiones). Y en este protocolo, cada transmisor debe esperar intervalos de tiempo equivalentes al tiempo que tarda en viajar una señal a través de un cable de 100 metros.
    Si se supera esa distancia, los transmisores empezarían a transmitir antes de que una trama llegue a ellos y por lo tanto aumentaría la probabilidad de colisión.

    Resulta de que cuando la señal de dos transmisores colisiona, se inicia un algoritmo llamado backoff. El cual rifa un numero de 0 a 1 entre esos dos transmisores. El que se gana el 0 transmite inmediatamente mientras que el que obtuvo el 1 transmite con un retraso de 1 x t (t=tiempo que tarda la señal en atravesar un cable de 100metros). Como la señal del primero llega antes de que le toque transmitir al segundo, el segundo se da cuenta de la ocupación del canal y no transmite.

    Si en el ejemplo anterior, el segundo transmisor esta a más de 100 metros, pues la señal del primero no llegará antes de que el segundo comience la transmisión y por lo tanto ocurrirá otra colisión.

    Claro que cuando ocurren colisiones seguidas, el número a rifar se empieza a duplicar disminuyendo la probabilidad de colisión. Sin embargo, entre mas colisiones más tiempo perdido y menor será el rendimiento de la red.

    OJO, PONER UN TERMINAL MAS ALLA DE 100 METROS NO SOLO DISMINUYE EL RENDIMIENTO DE ESE TERMINAL SINO DE TODA LA RED, POR QUE TODOS COMPARTEN EL MISMO CANAL.

    Si notan que el problema es en un solo terminal es probable que sea por errores producidos por pérdidas como dijo el compañero en este artículo.

  10. Luis Paniagua dijo:

    Excelente artículo.

  11. David Romero dijo:

    Muy instructivo y claro el articulo. Gracias

  12. maravento dijo:

    excelente artículo. Lastima no haya botón para compartirlo en redes sociales.

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