Evaluación de Conocimientos en Redes Ópticas y Jerarquías Digitales

Pregunta 1: Veracidad de la Afirmación sobre Estandarización

Indique si la siguiente afirmación es falsa o verdadera:

SONET no fue el primer esfuerzo para estandarizar la jerarquía digital en el mundo.

• FALSO
• VERDADERO (X)

Pregunta 2: Estándar SDH y Medios de Transmisión

Seleccione la(s) opción(es) correcta(s). SDH es un estándar para redes:

• Con cable coaxial (X)
• Con cable de par trenzado
• Con radio microondas (X)
• Con cable de fibra óptica (X)
• Ninguno de los anteriores

Pregunta 3: Cálculo de Índice de Refracción (Ley de Snell)

Si la propagación del rayo transmitido es a lo largo de la frontera de dos medios (ángulo de refracción y = 90°) y el ángulo de incidencia (ángulo crítico) es x = 66.10°, determinar el índice de refracción n₁ del primer medio.

Aplicando la Ley de Snell: n₁ sen(x) = n₂ sen(y)

Dado que el rayo se propaga a lo largo de la frontera, y = 90°, por lo tanto sen(y) = sen(90°) = 1.

Entonces, n₁ = n₂ sen(y) / sen(x)

Asumiendo el valor de n₂ implícito en el cálculo original (n₂ = 3.2):

n₁ = (3.2 * 1) / sen(66.10°)

n₁ = 3.2 / 0.91427… ≈ 3.500 (redondeando el resultado original de 3.5)

Pregunta 4: Data Rate del Afluente C-12 en SDH

Seleccione el data rate de entrada que tiene el afluente C-12 (Contenedor nivel 12, mapeando una señal E1):

• 1.5 Mbps
• 2 Mbps (X) (Corresponde a la tasa nominal de E1, 2.048 Mbps)
• 6 Mbps
• 8 Mbps
• 34 Mbps
• 45 Mbps
• 140 Mbps

Pregunta 5: Propagación de la Luz y Cambios de Medio

Seleccione la(s) respuesta(s) correcta(s). Los rayos de luz viajan en línea recta a menos que exista un cambio en:

• La velocidad de la luz (Nota: un cambio en el índice de refracción causa un cambio en la velocidad de la luz en el medio)
• La aceleración de los fotones
• El índice de refracción (X)
• Ninguno de los anteriores

Pregunta 6: Diseño de Red SONET

Instrucción: Dibuje una sola red SONET utilizando los siguientes dispositivos. Etiquete todas las líneas, secciones y caminos.

• Cinco (5) multiplexores STS (con 3 entradas y 2 salidas cada uno)
• Tres (3) multiplexores de inserción/extracción (Add/Drop Multiplexers – ADM)
• Siete (7) regeneradores

(Espacio para el dibujo – Nota: La representación gráfica no puede ser generada en este formato de texto HTML. Se espera un diagrama de red).

Pregunta 7: Nivel SONET para Construcción de Tramas

El nivel de SONET que realiza la construcción de las tramas, la mezcla (scrambling) y el manejo de errores es el nivel de:

• Camino
• Línea
• Sección (X)
• Fotónico

Pregunta 8: Cálculo de Capacidades en SDH/SONET

Calcule cada una de las siguientes capacidades (asociadas a la estructura de STM-1/VC-4):

• Capacidad de AU-4 (Administrative Unit level 4, incluyendo puntero):
  La fórmula dada es: Capacidad = (9 octetos de puntero AU + (261 columnas * 9 filas) octetos de VC-4) * 8 bits/octeto * 8000 tramas/s
CAU-4 = (9 + 2349) octetos * 8 bits/octeto * 8000 tramas/s = 2358 * 8 * 8000 = 150.912 Mbps
• Capacidad de VC-4 (Virtual Container level 4):
  CVC-4 = (261 columnas * 9 filas) octetos/trama * 8 bits/octeto * 8000 tramas/s = 2349 * 8 * 8000 = 150.336 Mbps
• Capacidad de C-4 (Container level 4, carga útil dentro del VC-4):
  CC-4 = (260 columnas * 9 filas) octetos/trama * 8 bits/octeto * 8000 tramas/s = 2340 * 8 * 8000 = 149.760 Mbps

Pregunta 9: Capacidad Efectiva de Trama STM-1 (Payload del VC-4)

Demostrar que la capacidad efectiva de una trama STM-1, correspondiente a la carga útil del VC-4, es 150.336 Mbps.

La capacidad del Contenedor Virtual VC-4 se calcula como:

Número de octetos en VC-4 = 9 filas * 261 columnas = 2349 octetos.

Tasa de tramas = 8000 tramas por segundo (cada trama dura 125 µs).

Capacidad de VC-4 = (Número de octetos en VC-4) * 8 bits/octeto * 8000 tramas/segundo

Capacidad de VC-4 = 2349 * 8 * 8000 bits/segundo = 150,336,000 bps = 150.336 Mbps.

La fórmula proporcionada: CVC-4 = 8 bits/octeto * (9 filas * 261 columnas) octetos * 8 * 103 tramas/s = 150.336 Mbps es una forma de expresar este cálculo.

Fundamentos de SONET/SDH

Pregunta 10 (Original P5): Relación entre SONET y la Jerarquía Digital Síncrona (SDH)

P: ¿Cuál es la relación que existe entre SONET y la Jerarquía Digital Síncrona (SDH)?

R: SONET (Synchronous Optical Network) y SDH (Synchronous Digital Hierarchy) son estándares estrechamente relacionados y en gran medida interoperables para redes de transmisión óptica síncronas. SONET fue desarrollado principalmente en Norteamérica (ANSI), mientras que SDH es un estándar global (ITU-T). La relación clave es que ambos definen una jerarquía de señales digitales que pueden ser multiplexadas y transportadas de forma síncrona sobre fibra óptica.

Las especificaciones físicas y el diseño de las tramas en SONET/SDH incluyen mecanismos (como los punteros) que permiten el transporte eficiente de señales de sistemas tributarios plesiócronos (como DS-0, DS-1/T1, E1) dentro de la estructura síncrona, facilitando la integración de servicios diversos.

Pregunta 11 (Original P6): Naturaleza Síncrona de SONET

P: ¿Por qué se llama a SONET red síncrona?

R: Se denomina red síncrona porque todos los equipos y transmisiones dentro de la red SONET operan referenciados a un reloj maestro común de alta precisión y estabilidad, o a relojes secundarios sincronizados con este. Esta sincronización global:

• Añade predictibilidad al sistema.
• Simplifica drásticamente la multiplexación y demultiplexación de canales individuales en comparación con las redes asíncronas o plesiócronas.
• Permite la inserción y extracción directa de tributarios (add/drop multiplexing) de manera eficiente.
• Contribuye a mejorar la velocidad, la eficiencia y a reducir el coste de los equipos de red.

Pregunta 12 (Original P7): Relación entre STS y STM

P: ¿Qué relación existe entre STS (Synchronous Transport Signal) y STM (Synchronous Transport Module)?

R: STS es la designación para las señales eléctricas en el estándar SONET, mientras que OC (Optical Carrier) se usa para las señales ópticas correspondientes (ej., STS-1 es la base para OC-1). STM es la designación para las señales en el estándar SDH.

La relación fundamental para la interoperabilidad es que el nivel más bajo de SDH, STM-1, opera a una tasa de 155.520 Mbps, que es exactamente igual a la tasa de STS-3 en SONET.

En general, para n ≥ 1: STM-N (SDH) equivale en tasa a STS-3N (SONET) / OC-3N (SONET).

Tabla de equivalencias de velocidad:

Pregunta 13 (Original P8): Función de un Regenerador SONET

P: ¿Cuál es la función de un regenerador SONET?

R: Un regenerador SONET es un dispositivo que opera a nivel físico y de sección. Su función principal es recibir una señal óptica que puede estar atenuada y distorsionada, y retransmitirla como una señal óptica nueva, completamente regenerada en amplitud, forma y temporización (regeneración 3R: Reamplification, Reshaping, Retiming).

Además de la regeneración de la señal, el regenerador SONET también:

• Termina la sobrecarga de sección (SOH – Section Overhead) de la señal entrante.
• Puede modificar ciertos campos del SOH (por ejemplo, para monitorización de errores o comunicación) antes de generar un nuevo SOH para la señal saliente.

Estos dispositivos son esenciales para extender las distancias de transmisión en enlaces de fibra óptica.

Pregunta 14 (Original P9 y P10): Niveles de la Jerarquía SONET y sus Funciones

P: ¿Cuáles son los cuatro niveles (o capas) de la jerarquía SONET y cuáles son sus funciones?

R: La arquitectura de SONET se define en una estructura jerárquica de cuatro capas:

1. Nivel Fotónico (Photonic Layer):
   • Función: Se encarga de la transmisión física de los bits como señales ópticas a través de la fibra. Incluye especificaciones para el medio de fibra óptica (tipos de fibra, conectores), las características de la señal óptica (longitudes de onda, potencia óptica, sensibilidad del receptor), y la conversión electro-óptica y opto-electrónica. SONET utiliza codificación de línea NRZ (Non-Return-to-Zero) con aleatorización (scrambling). Corresponde al Nivel Físico del modelo OSI.
2. Nivel de Sección (Section Layer):
   • Función: Gestiona el transporte de tramas STS entre equipos SONET adyacentes que terminan la sección (ej., entre un terminal y un regenerador, o entre dos regeneradores). Se encarga de la formación y delimitación de tramas, la mezcla (scrambling/descrambling), la monitorización de errores de la sección (usando el SOH – Section Overhead) y la señalización básica. La sobrecarga de sección se añade/procesa en este nivel.
3. Nivel de Línea (Line Layer):
   • Función: Gestiona el transporte de la carga útil síncrona (SPE – Synchronous Payload Envelope) a través de un enlace de línea, entre equipos que terminan la línea (ej., multiplexores STS, multiplexores de inserción/extracción ADM). Se encarga de la multiplexación/demultiplexación de señales, la protección de línea (ej., conmutación automática de protección APS), la gestión de punteros para la alineación de la SPE, y la monitorización de la calidad de la línea (usando el LOH – Line Overhead). La sobrecarga de línea se añade/procesa en este nivel.
4. Nivel de Camino (Path Layer):
   • Función: Gestiona el transporte de servicios de extremo a extremo a través de la red SONET, desde el punto donde un servicio tributario se mapea en la SPE hasta el punto donde se desmapea. Se encarga de la monitorización del rendimiento del camino (usando el POH – Path Overhead), la señalización de estado del camino y el mantenimiento de la conexión de extremo a extremo para el servicio transportado. La sobrecarga de camino se añade/procesa en este nivel. Los multiplexores STS (terminales) ofrecen funciones de nivel de camino.

Pregunta 15 (Original P11): Codificación en SONET

P: ¿Qué tipo de codificación de línea se usa en SONET para la transmisión óptica?

R: SONET utiliza la codificación NRZ (Non-Return-to-Zero). Para asegurar suficientes transiciones de señal para una correcta recuperación del reloj en el receptor, los datos (excluyendo ciertos bytes del SOH como los de entramado A1, A2) son sometidos a un proceso de aleatorización (scrambling) antes de la transmisión.

Pregunta 16 (Original sin número, después de P11): Organización de la Trama STS-1

P: ¿Cómo se organiza una trama STS-1?

R: Una trama STS-1 es la estructura fundamental en SONET y se organiza así:

• Dimensiones: Se visualiza como una matriz de 9 filas por 90 columnas de octetos (bytes).
• Tamaño total: 9 filas * 90 columnas/fila = 810 octetos por trama.
• Duración de la trama: Cada trama se transmite en 125 microsegundos (µs), lo que equivale a 8000 tramas por segundo.
• Velocidad de bits: 810 octetos/trama * 8 bits/octeto * 8000 tramas/s = 51,840,000 bps = 51.840 Mbps.
• Componentes principales:
  • Sobrecarga de Transporte (Transport Overhead – TOH): Las primeras 3 columnas (3 columnas * 9 filas = 27 octetos) están dedicadas a la Sobrecarga de Sección (SOH) y la Sobrecarga de Línea (LOH).
  • Envoltura de Carga Útil Síncrona (Synchronous Payload Envelope – SPE): Las 87 columnas restantes (87 columnas * 9 filas = 783 octetos) transportan la carga útil. La SPE puede «flotar» dentro de este espacio, y su posición de inicio se indica mediante punteros en el LOH. La SPE contiene la Sobrecarga de Camino (POH) y los datos del usuario final.

(Nota: Una figura ilustrando la trama STS-1 sería útil aquí, pero no puede ser generada en este formato).

Cuestionario Rápido sobre SONET

Pregunta 17: Medio de Transmisión de SONET

SONET es un estándar para redes principalmente con:

• a) Con cable de par trenzado.
• b) Con cable coaxial.
• c) Ethernet.
• d) Con cable de fibra óptica. (Correcta)

Pregunta 18: Acrónimo SONET

SONET es un acrónimo de red:

• a) Óptica sincrónica (Synchronous Optical Network). (Correcta)
• b) Óptica estándar.
• c) Abierta simétrica.
• d) Abierta estándar.

Pregunta 19: Función del Regenerador

En un sistema SONET, ¿qué dispositivo elimina el ruido de una señal y puede también procesar (terminar y generar) cabeceras de sección (SOH)?

• a) Un multiplexor STS.
• b) Un regenerador. (Correcta)
• c) Un multiplexor de inserción/extracción.
• d) Un repetidor (simple, que solo amplifica).

Pregunta 20: Eliminación de Señales de un Camino

En un multiplexor SONET, ¿cuál puede extraer (drop) o insertar (add) señales de un camino existente?

• a) Un multiplexor STS (terminal, que origina/termina caminos).
• b) Un regenerador.
• c) Un multiplexor de inserción/extracción (ADM – Add/Drop Multiplexer). (Correcta)
• d) Un repetidor.

Pregunta 21: Enlace Óptico entre Dispositivos SONET

El enlace óptico entre dos dispositivos SONET adyacentes que procesan la Sobrecarga de Sección (ej. terminal-regenerador, regenerador-regenerador, o terminal-terminal si no hay regeneradores) se denomina:

• a) Una sección. (Correcta)
• b) Una línea.
• c) Un camino.
• d) Ninguna de las anteriores.

Pregunta 22 (Original 25): Nivel SONET para Construcción de Tramas

El nivel de SONET que realiza la construcción de las tramas, la mezcla (scrambling) y el manejo de errores a nivel de sección es:

• a) Camino.
• b) Línea.
• c) Sección. (Correcta)
• d) Fotónico.

Pregunta 23 (Original 26): Nivel SONET para Transferencia en Línea Física

El nivel de SONET que transfiere una carga útil síncrona (SPE) a través de una línea física (entre multiplexores que terminan la línea) es:

• a) Camino.
• b) Línea. (Correcta)
• c) Sección.
• d) Fotónico.

Pregunta 24 (Original 27): Nivel SONET para Transferencia Extremo a Extremo

El nivel de SONET que transfiere datos de un servicio específico desde su origen (mapeo en SPE) hasta su destino final (desmapeo de SPE) es:

• a) Camino. (Correcta)
• b) Línea.
• c) Sección.
• d) Fotónico.

Pregunta 25 (Original 32): Contenido de las Primeras Columnas en Trama STS-1

En una trama STS-1, las primeras tres columnas (27 octetos) contienen:

• a) Sobrecarga de línea y sección (que juntas forman la Sobrecarga de Transporte o TOH). (Correcta)
• b) Datos de usuario (estos están en la SPE).
• c) Sobrecarga del camino, de la línea y de la sección (la sobrecarga de camino está dentro de la SPE).
• d) Sobrecarga del camino (está dentro de la SPE).

Aplicaciones y Ventajas de la Fibra Óptica

Pregunta 26 (Original 20): Principales Campos de Aplicación de las Fibras Ópticas

P: Indique los principales campos de aplicación de las Fibras Ópticas.

R: Las fibras ópticas son fundamentales en una amplia variedad de aplicaciones, destacando:

• Telecomunicaciones de Larga Distancia:
  • Conexiones interurbanas (terrestrial long-haul).
  • Conexiones submarinas intercontinentales e interoceánicas.
• Redes Metropolitanas y de Acceso:
  • Interconexión entre centrales telefónicas y nodos de conmutación (backbone y backhaul).
  • Redes de Área Metropolitana (MAN).
  • Redes de acceso de banda ancha como Fibra hasta el Hogar (FTTH), Fibra hasta el Edificio (FTTB), etc.
• Redes de Área Local (LAN):
  • Backbones de alta velocidad en campus y edificios grandes.
  • Conexiones en centros de datos (Data Centers).
• Televisión por Cable (CATV): Para distribución de señales de video y datos (HFC – Hybrid Fiber-Coax).
• Aplicaciones Industriales y Médicas: Sensores de fibra óptica (temperatura, presión, deformación), endoscopia, iluminación especializada.
• Redes Militares y de Alta Seguridad: Por su inmunidad a interferencias y dificultad de interceptación.

Pregunta 27 (Original 22): Ventajas de la Fibra Óptica en Telecomunicaciones

P: Indique cuáles son las ventajas de la fibra óptica que con mayor frecuencia se valoran en telecomunicaciones.

R: Las ventajas más significativas de la fibra óptica en el ámbito de las telecomunicaciones incluyen:

• Gran Ancho de Banda (High Bandwidth): Capacidad para transmitir volúmenes masivos de datos a velocidades extremadamente altas (desde Gbps hasta Tbps y más).
• Baja Atenuación (Low Attenuation): Menor pérdida de la intensidad de la señal por unidad de distancia en comparación con los cables de cobre, lo que permite tramos mucho más largos entre repetidores o regeneradores, reduciendo costos de infraestructura.
• Inmunidad a Interferencias Electromagnéticas (EMI) y de Radiofrecuencia (RFI): Al transmitir luz en lugar de señales eléctricas, las fibras ópticas no son susceptibles al ruido eléctrico, diafonía (crosstalk) ni a interferencias de fuentes externas. Tampoco irradian energía electromagnética.
• Mayor Seguridad en la Transmisión: Es muy difícil interceptar (tap) una señal en una fibra óptica sin ser detectado, lo que proporciona un nivel de seguridad inherentemente más alto.
• Menor Tamaño y Peso: Los cables de fibra óptica son considerablemente más delgados y ligeros que los cables de cobre de capacidad de transmisión comparable, facilitando su instalación, manejo y ocupando menos espacio en conductos.
• Aislamiento Eléctrico: Al ser un material dieléctrico (no conductor de electricidad), elimina problemas de bucles de tierra y ofrece protección contra descargas eléctricas o diferencias de potencial.
• Abundancia de Materia Prima: El silicio, componente principal del vidrio, es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre.
• Durabilidad y Larga Vida Útil: Las fibras ópticas son resistentes a la corrosión y pueden tener una vida útil muy prolongada si se instalan y protegen adecuadamente.