Saltar al contenido
sudoquest@root
Modelo OSI

Capa 1 · Física

Cómo viajan los bits por cobre, fibra y aire, qué hace un cable bien ponchado y cómo se diagnostica un enlace que no levanta.

12 min de lectura

La capa física es la de abajo del todo, la única que se puede tocar. Su trabajo parece simple: llevar bits (unos y ceros) de un equipo a otro. No sabe qué significan, ni de quién son, ni adónde van. Solo los convierte en algo que pueda viajar (electricidad, luz u ondas de radio) y los vuelve a convertir en bits al otro lado.

Por simple que parezca, es donde empiezan muchísimas averías. Un conector mal ponchado, un cable demasiado largo o una fibra sucia no dan un mensaje de error bonito: dan un enlace que no levanta, o que levanta y pierde datos. Por eso, ante una red que no funciona, lo primero es mirar la capa 1.

Las siete capas del modelo OSI, con la capa 1 resaltada7Aplicacióndatos6Presentacióndatos5Sesióndatos4Transportesegmentos3Redpaquetes2Enlace de datostramas1Físicabits
La capa física, en la base de la pila: todo lo demás viaja montado encima de sus bits.

De bits a señales

Un bit es una idea abstracta. Para moverlo hay que convertirlo en una señal física, y cómo se hace depende del medio:

  • Cobre (el cable de red de toda la vida): la información va en niveles de voltaje. No es tan simple como “5 voltios es un 1 y 0 voltios es un 0”: Ethernet a 1 Gb/s usa cinco niveles distintos (una técnica llamada PAM-5) y transmite por los cuatro pares del cable a la vez.
  • Fibra óptica: la información va en pulsos de luz, generados por un láser o un LED y guiados por un hilo de vidrio más fino que un pelo.
  • Radio (Wi-Fi, redes móviles): la información va en una onda electromagnética por el aire, y lo que cambia es su fase, su frecuencia o su amplitud.
La secuencia 10110010 transmitida por cobre como niveles de voltaje, por fibra como pulsos de luz encendida o apagada, y por radio como una onda que cambia de fase. 10110010CobrevoltajeFibraluzRadioonda
La misma secuencia 10110010 en los tres medios: voltaje que salta entre niveles, luz que se enciende y se apaga, y una onda que cambia de fase.

El cable de cobre por dentro

Un cable de red (UTP, par trenzado sin apantallar) lleva ocho hilos agrupados en cuatro pares. Cada par va trenzado sobre sí mismo, y no es por estética: al trenzarlos, las interferencias que llegan de fuera afectan igual a los dos hilos del par, y el receptor, que mira la diferencia entre ellos, las cancela. Es la misma razón por la que no hay que destrenzar más de lo necesario al ponchar un conector.

Los cables se agrupan en categorías. Cuanto más alta, más frecuencia soporta y más velocidad aguanta:

Categoría Frecuencia Velocidad típica
Cat 5e 100 MHz 1 Gb/s
Cat 6 250 MHz 1 Gb/s (10 Gb/s en tramos cortos, hasta unos 55 m)
Cat 6A 500 MHz 10 Gb/s hasta 100 m

El límite de los 100 metros

La señal se atenúa: pierde fuerza a medida que avanza por el cobre. Mientras llegue por encima de lo que el receptor es capaz de distinguir, todo va bien. La norma de Ethernet sobre cobre fija el tramo máximo en 100 metros: normalmente 90 de cable fijo por la pared (el enlace permanente) más 10 de latiguillos en los dos extremos.

Una señal que se atenúa a lo largo de 140 metros de cable. Hasta los 100 metros sus picos salen de la franja que el receptor necesita para distinguirla; más allá se quedan dentro y el otro extremo ya no la entiende. franja que elreceptor no distingue0 m50 m100 m140 mlímite: 100 mse entiende
Hasta los 100 m los picos salen de la franja que el receptor necesita para distinguirlos. Más allá se quedan dentro y ya no se garantiza que se entienda.

El conector RJ45 y el orden de los hilos

Los ocho hilos terminan en un conector RJ45, y el orden en que van colocados no es libre. Hay dos normas, T568A y T568B, que solo se diferencian en que intercambian el par naranja y el verde. Las dos funcionan igual de bien; lo que importa es usar la misma en los dos extremos del cable (en la mayoría de instalaciones, T568B).

Norma T568A. 1: blanco-verde, 2: verde, 3: blanco-naranja, 4: azul, 5: blanco-azul, 6: naranja, 7: blanco-marrón, 8: marrón. Pares de datos: 1-2 y 3-6. T568A1bl-verde2verde3bl-naranja4azul5bl-azul6naranja7bl-marrón8marrón1-23-6: van juntos Norma T568B. 1: blanco-naranja, 2: naranja, 3: blanco-verde, 4: azul, 5: blanco-azul, 6: verde, 7: blanco-marrón, 8: marrón. Pares de datos: 1-2 y 3-6. T568B1bl-naranja2naranja3bl-verde4azul5bl-azul6verde7bl-marrón8marrón1-23-6: van juntos
El conector de frente, con el clip hacia abajo. Los hilos rayados son los blanco-color de cada par.

Hay tres errores típicos al ponchar:

  1. Un extremo en A y el otro en B. Eso da un cable cruzado. Los equipos modernos lo detectan y se adaptan (Auto-MDIX), así que muchas veces funciona, pero no es lo que se instala: si el siguiente técnico no lo sabe, perderá una tarde.
  2. Dos hilos intercambiados (por ejemplo, el 1 y el 2). El tester de continuidad lo detecta al instante: sus LEDs se encienden en un orden distinto en los dos extremos.
  3. Un par partido. Los hilos 3 y 6 forman un par aunque no estén al lado. Si alguien ordena los colores “a ojo”, juntando 3-4 y 5-6, cada hilo llega a su pin, pero los pares ya no van trenzados juntos. El tester básico dice que está bien; la red, en cambio, pierde paquetes por interferencias. Solo lo detecta un certificador.

La fibra óptica

La fibra lleva luz por un núcleo de vidrio rodeado de un revestimiento con otro índice de refracción. La luz rebota en la frontera entre los dos (reflexión interna total) y avanza sin escaparse, kilómetros si hace falta. No le afectan las interferencias eléctricas y aguanta distancias que el cobre ni sueña.

Hay dos grandes familias:

  • Multimodo: núcleo “gordo” (50 o 62,5 µm). La luz entra por varios caminos a la vez. Barata, para distancias cortas: dentro de un edificio o de un centro de datos.
  • Monomodo: núcleo de unos 9 µm, un solo camino. Para distancias largas: entre edificios, entre ciudades, la red de un proveedor de internet.

En los switches, la fibra se conecta a través de transceptores enchufables (SFP, SFP+), que convierten la señal eléctrica del equipo en luz y al revés.

La potencia de la luz: los dBm

La luz que sale de un transceptor y la que llega al otro extremo se miden en dBm: decibelios respecto a un milivatio. Es una escala logarítmica, y conviene tener tres referencias:

  • 0 dBm es 1 mW.
  • Cada 3 dB menos es la mitad de potencia: -3 dBm es medio milivatio.
  • Cada 10 dB menos es diez veces menos: -20 dBm es una centésima de milivatio.

Por eso los valores son negativos y por eso una diferencia que parece pequeña no lo es. Cada transceptor indica en su hoja de datos entre qué valores recibe bien. Casi todos los switches lo enseñan con un comando (la función se llama DDM o DOM, monitorización digital):

Lectura DDM de dos enlaces de fibra
switch$ show interfaces transceiver detail
sfp-sfpplus1   Tx: -3.50 dBm    Rx: -22.10 dBm   ← recibe casi nada
sfp-sfpplus2   Tx: -4.10 dBm    Rx:  -9.80 dBm   ← normal

En el primer enlace se transmite bien, pero entre un extremo y el otro se pierden 18,6 dB: llega unas 70 veces menos luz de la que sale, y unas 17 veces menos que en el segundo enlace. Está por debajo de lo que la mayoría de transceptores pueden recibir. La causa más frecuente, con muchísima diferencia, es la más tonta: un conector sucio. Una mota de polvo en un núcleo de 9 µm tapa buena parte de la luz. Después vienen las curvas demasiado cerradas (la luz se escapa del núcleo) y los empalmes o conectores dañados.

Los dispositivos de capa 1

Los dispositivos de capa física no entienden de direcciones: ni MAC ni IP. Mueven señal, nada más.

  • Cables, conectores y paneles de parcheo (patch panels): el cableado fijo de un edificio llega a un panel en el armario, y de ahí se conecta al switch con latiguillos cortos. Son pasivos: no tienen corriente.
  • Repetidores: reciben una señal debilitada, la regeneran y la reenvían, para ir más lejos.
  • Conversores de medio: pasan de cobre a fibra y al revés.
  • Hubs (concentradores): un repetidor con muchos puertos. Todo lo que entra por uno sale por todos los demás, a ciegas. Todos los equipos comparten el mismo medio, así que si dos hablan a la vez sus señales chocan (una colisión) y hay que repetir. Hoy están sustituidos por los switches, que ya son de capa 2: aprenden qué equipo está en cada puerto y solo envían a quien corresponde.

Cómo se diagnostica la capa 1

Antes de culpar a la configuración, se revisa lo físico, de lo más barato a lo más caro:

  1. Los LEDs del puerto. Un LED de enlace apagado significa que no hay señal eléctrica u óptica al otro lado: cable desconectado, roto, o el otro extremo apagado. El de actividad parpadea cuando pasan datos. (El color suele indicar la velocidad, pero cambia según el fabricante.)
  2. El tester de continuidad. Dos piezas, una en cada extremo, que encienden los hilos uno a uno: detecta hilos cortados, intercambiados o en cortocircuito.
  3. El certificador. Mide longitud, atenuación e interferencias entre pares: es el único que ve un par partido o un tramo demasiado largo.
  4. La lectura DDM en la fibra, y el microscopio de inspección para los conectores.
  5. El OTDR (reflectómetro óptico): manda pulsos de luz y mide los ecos, e indica en qué metro exacto de la fibra hay una rotura o una curva.