Abstract
Ethernet is a standard communications protocol embedded in software and hardware devices, intended for building a local area network (LAN). Originally developed by Xerox in 1976, Ethernet has continuously evolved and is now available in 100 Kbps to 10 Gbps data transmission speed versions (Fast, Giga & 10Giga Ethernet). It is governed by IEEE 802.3 standard and can use coaxial, twisted-pair and fiber-optic cables. The word Ethernet comes from “luminiferous ether” that was once thought to propagate electromagnetic waves through space.
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Introducción
Dicen que, después de París, el Distrito Federal es una de las ciudades con más museos, tan sólo la Secretaría de Turismo local registra 170 museos y 42 galerías de arte (1); y quienes visitamos recurrentemente el Centro Histórico no lo ponemos en duda ya que sorprendentemente, siempre se descubre un nuevo museo qué visitar. Recientemente descubrí que en el patio chico del famoso “Colegio de San Ildefonso” se abrió un Museo de la “Luz”. El Colegio de San Ildefonso fue fundado por la Compañía de Jesús, en 1588, como residencia para estudiantes de otros colegios jesuitas de la ciudad. Apenas 30 años más tarde, en 1618, el Rey Felipe III de España le agregó el adjetivo que aún hoy y año con año va cobrando más sentido, lo llamó: “el Real y Más Antiguo Colegio de San Ildefonso”. Como Ias personas, Ia mayoría de Ias construcciones viven cambios a través de su vida, y el Antiguo Colegio de San Ildefonso no es una excepción. Pasaron siglos y el edificio se hizo cuartel de tropas, nuevamente colegio, nuevamente cuartel… hasta que en 1867, el gobierno de Benito Juárez lo estableció como la Escuela Nacional Preparatoria, y siguió siéndolo hasta 1978, que cerró. Se reabrió como espacio cultural en 1992 y a partir de ese momento ha albergado algunas de las exposiciones temporales más memorables que ha presenciado la ciudad. El edificio es un conjunto monumental, muestra del barroco del siglo XVIII, que en sus patios interiores y salones exhibe un extraordinario acervo de pinturas murales de Diego Rivera, José Clemente Orozco, Ramón Alva de la Canal, Fermín Revueltas y Jean Charlot, entre otros, por lo que el Colegio de San Ildefonso es considerado cuna del muralismo mexicano, y en este contexto artístico es que en aquel Museo de la Luz se exploran las diferentes facetas no solo del fenómeno de la luz con su relación a otros campos de la ciencia sino también con el arte.
En las salas permanentes se exploran los principales conceptos relacionados con la física de la luz: ¿cómo es que la luz se genera? ¿Qué efectos provoca su interacción con la materia? , ¿Qué explicaciones hay sobre su naturaleza? También se explora la luz emitida por las estrellas, así como su color y efecto Doppler. Colores de la luz… sumar y restar colores a partir de los primarios. Luz onda, luz partícula… pero también la luz en sus manifestaciones artísticas como en el color… el espacio… perspectiva… sombras y volumen.
En definitiva, la luz inunda nuestro mundo tantas veces oscuro, no tanto en sí mismo como dentro de nosotros mismos, sin embargo en el arte irrumpe en nuestro interior su estallido de color. Bodegones y naturalezas muertas han servido durante generaciones enteras para estudiar el fenómeno de la luz en una composición plástica. Con ellas, ha sido posible relacionar volúmenes, texturas y colores con luces y sombras. Basta visitar el Museo Tamayo (2) para comprobar que esta tradición de la pintura de bodegones evolucionó en México a una forma más moderna con las sandías que pintó el oaxaqueño Rufino Tamayo (3), quien, al igual que lo hizo Cézanne (4) con manzanas, mostró la belleza de sus formas y texturas con efectos de la luz. Manzanas o sandías… o cualquier naturaleza muerta colocada sobre una mesa no podría ser de mayor sencillez. Frutas redondas u ovaladas o simplemente en rebanadas; rojas, verdes o amarillas dispuestas en un desorden poético que equilibran sus fuerzas por el efecto de la luz no requieren grandes coloridos, basta el rojo, verde, amarillo y negro para lograr una elegancia y sobriedad que armonizan nuestra vista a su máxima expresión.
La luz es belleza, el sol es vida… y la pintura refleja esta aseveración en su aspecto real o simbólico. En las sandías de Tamayo el color marca por si mismo el claroscuro, los volúmenes y la atmósfera del cuadro basado en la geometría prismática de la luz.
Luz y forma, color y geometría se reordenan en un todo a la vez diseccionado y coherente…
Luz… siempre luz, espacio luminoso; oscuridad compositiva; cripticismo formal—espacios que huyen de las sombras para crear un mundo nuevo en el que el espacio es luz… cuando no se pierde la inmediatez de la sensación recurriendo al color y cuando los objetos ya no más se representan con dibujos, sino por sus propios componentes de luz aplicados sobre telas preparadas en blanco con rápidas, sueltas y agitadas pinceladas reproduciendo el carácter geométrico de la luz permitiendo la mezcla óptica del color; como en la “Impresión del amanecer” de Monet, donde se percibe claramente la luz que emerge hacia el espectador.
…Luces artificiales, luces de estrellas, reflejos interiores…del río o del mar… también pueden ser iluminadas por la música. Melodías sublimes, armonías de colores cuya ondulación de sus notas intrigan la dinámica de las frases musicales nos hacen escuchar la luz de la luna filtrada a través de las hojas de un árbol con una sonoridad aterciopelada y matices pictóricos como en el “Claro de Luna” de Debussy.
Luz y sonido… luz tonal… luz armónica y consonante… luz en diminuendo o en crescendo. Luz blanca que contiene todos los colores… luz minimalista… luz del alma de belleza extraordinaria… La música de Arvo Pärt, (Estonia,1935), es otro ejemplo de luz musical. Pionero dentro de la corriente del minimalismo sacro, su música se caracteriza por armonías simples, frecuentemente notas sueltas, sin adornos ni acordes tríadicos que se perciben como luz, como en Spiegel im Spiegel (Espejo en el espejo). Pärt mismo ha dicho que su música es similar a la luz que pasa a través de un prisma óptico: “la música puede tener un significado ligeramente diferente en cada oyente, creando un espectro de experiencias musicales, similar al arco iris.”
Y el paisaje se hace luz; luz del Universo, del campo, del mar, de la ciudad, de la casa, del departamento…luz de la cotidianidad, de la oficina, del hogar, de la fiesta o del deporte… La luz de la ciudad o del campo es captada en toda su realidad y en todo su esplendor por la Arquitectura. La relación luz-arquitectura es equiparable a la relación luz-hombre. La arquitectura puede entenderse como una prolongación humana ya que el hombre creó alrededor de la luz del fuego su primera arquitectura construida con troncos y ramas. Desde el templo egipcio a la arquitectura románica y gótica se sigue el curso de la luz natural, sobre todo en los edificios religiosos, donde su arquitectura se articula con el movimiento de la luz del sol y en la arquitectura barroca la escenografía luminosa se convierte en algo “divino”. En la arquitectura maya, los templos son calendarios solares porque su orientación astronómica crea juegos de luz y sombra que cada día caen sobre ésta como un marcador solar. Por otra parte, en la arquitectura moderna, la luz va asociada a ella como continuidad del espacio y la iluminación es una parte esencial de cualquier proyecto arquitectónico….Abrir los espacios interiores a la luz natural, propagarla sin deformarla, regular con precisión su intensidad, avivar el espectro, domesticarla para convertirla en fuente inagotable de creatividad….
Luces de la creación, luces del hombre, luz atmosférica, luz plástica, luz musical, luz cotidiana…, luz divina… luz de paz…
Pero también hay luz tecnológica, como la que se propaga instantáneamente cuando nos comunicamos de cualquier forma, cuando chateamos o cuando inscribimos un “I like” —. Luz infrarroja y “luz del éter” que transcurren por las redes….¿quieres saber más sobre estas luces…?
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El éter luminífero
En algunas teorías obsoletas de la Física, el éter era una hipotética sustancia extremadamente ligera que se creía que ocupaba todos los espacios vacíos del universo como un fluido. La historia de la Física del siglo XIX es gran parte la historia del triunfo de la teoría ondulatoria de la luz. A comienzos de este siglo, Fresnel (5) ya había publicado los cálculos que eran capaces de explicar a detalle los fenómenos de interferencia, propagación, reflexión y refracción de la luz.
Huygens (6), por su parte, elaboró su teoría ondulatoria para describir las propiedades de los rayos de luz.
Hacia finales del siglo XIX (7), James Clark Maxwell (8) (1831-1879) había propuesto que la luz era una onda transversal. Como parecía difícilmente concebible que una onda se propagase en el vacío sin ningún medio material que hiciera de soporte se postuló que la luz podría estar propagándose realmente sobre una hipotética sustancia material, para la que se usó el nombre de éter (debido a algunas similitudes superficiales con la hipotética sustancia de la física aristotélica).
Según se pensaba entonces: debido a que la velocidad de la luz dependería de la densidad del medio, siendo en general más lenta en medios más densos, se propuso que el éter habría de tener una densidad ínfima y un gran coeficiente de elasticidad. Esta explicación estaba presente en los tiempos de formulación de la teoría del campo electromagnético por Maxwell , Lord Kelvin (9) (1824-1907) y Nikola Tesla (10) (1856-1943), en la que el concepto de éter se incluía de manera semejante al moderno concepto de campo electromagnético.
Pero… ¿qué podía decirse acerca de las propiedades del medio denominado “éter luminífero” , en el cual tenían lugar estas vibraciones?
Desde que se postuló por primera vez que las ondas de luz se transmitían por el éter luminífero, muchos experimentos intentaron adivinar sus propiedades, describir su comportamiento y definir su relación con las ondas electromagnéticas. Los resultados habían fallado constantemente. En un intento de probar la existencia del éter y la velocidad de la traslación de la Tierra con respecto a éste Albert Abraham Michelson (1852-1931) (11) y Edward Morley (12) (1838-1923) diseñaron un experimento capaz de medir la velocidad de la luz en dos direcciones perpendiculares entre sí y con diferente velocidad lineal relativa al éter. El experimento se basó en el hecho de que si la Tierra se estaba moviendo, entonces tendría que moverse respecto al éter. El resultado esperado era una especie de “viento” como el que sentimos cuando corremos (o vamos en el coche) en un día sin viento .Michelson y Morley construyeron un aparato que midiera el tiempo que tardaba un rayo de luz en recorrer una misma distancia, pero en diferentes direcciones: contra el viento del éter y perpendicular a él. Fue el famoso experimento Michelson/Morley (1887) cuyos resultados negativos en sucesivos intentos acabaron por disipar el concepto de éter y sirvieron de base a la formulación de la “teoría de la relatividad especial” de Einstein (13). De aquí Einstein llegó a un postulado, deducido a partir de las ecuaciones de Maxwell y del experimento Michelson/Morley: “la luz se propaga en el vacío con una velocidad constante, c, que es independiente del estado de movimiento del cuerpo que la emite”. Tomado en cuenta este postulado en conjunto con otros, no sólo permitieron a Einstein resolver el problema desde el punto de vista de la Física, sino cambiar asimismo la manera en que percibimos el mundo. Las implicaciones eran inmediatamente claras: si la velocidad de la luz era constante, sin tener en cuenta el movimiento de su fuente, entonces toda la definición de tiempo y de espacio tuvieron que modificarse….
En la actualidad, el estudio de la luz a través de la Óptica ha traído avances y contribuciones que ya son imprescindibles no solo en ciertas áreas tecnológicas como en la Industria, Medicina o en las Telecomunicaciones, sino en nuestra vida cotidiana. En menos de 20 años la transmisión de información por fibras ópticas evolucionó desde una propuesta teórica a una realidad comercial en expansión. Fue en 1966 cuando los británicos C. Kao y G. Hockham propusieron que la fibra óptica de silicio podría ser un soporte viable para las Telecomunicaciones. En 1970 Corning Glass compró su patente y desarrolló una fibra con una atenuación de 20 dB/Km. y, al mismo tiempo, los laboratorios Bell demostraron la viabilidad de un láser semiconductor trabajando en onda continua a 850 nm (infrarrojo). Estos dos avances dieron como resultado un notable soporte de credibilidad que jamás imaginaron las previsiones de Kao y Hockham.
Las Telecomunicaciones Ópticas se han constituido actualmente en el medio de comunicación por excelencia para la trasmisión de grandes volúmenes de datos a altas velocidades. Para llegar a este punto, se han desarrollado una serie de tecnologías nuevas las cuales permiten el tránsito de grandes cantidades de información (voz, video y datos), buscando siempre la manera de seguir ampliando los beneficios y potencial de este novedoso medio de transmisión.
Las Redes se iluminan con la Fibra Óptica
Prácticamente, la mayor parte de las comunicaciones que tenemos diariamente en algún momento son convertidas en luz. Las ondas de luz pueden transmitir voz, datos o video con mayor velocidad que las señales eléctricas .Si se guían con la suficiente precisión en el interior de una fibra óptica pueden obtenerse velocidades del orden de los Terabits por segundo. La fuente de luz puede ser un láser o LED quienes son los dispositivos encargados de convertir las señales eléctricas a ópticas , pero en un futuro cercano todo se procesará directamente en luz. La fibra óptica es un hilo muy fino de material transparente hecho con silicio (vidrio) y recubrimiento plástico por el que se envían pulsos de luz que contienen la información a transmitir. El haz de luz queda por lo tanto confinado y se propaga en el interior de la fibra con un ángulo de reflexión siguiendo la “ley de Snell”(14). El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión total interna. La parte de la fibra óptica por la cual viajan los rayos de luz recibe el nombre de núcleo, el cual está cubierto por un revestimiento. Los rayos de luz sólo pueden ingresar al núcleo si el ángulo está comprendido en la apertura numérica de la fibra (NA). Asimismo, una vez que los rayos han ingresado al núcleo de la fibra, hay un número limitado de recorridos ópticos que puede seguir un rayo de luz a través de ésta. Estos recorridos ópticos reciben el nombre de modos. Si el diámetro del núcleo de la fibra es lo suficientemente grande como para permitir varios trayectos diferentes para que la luz transite a lo largo de la fibra, estamos hablando de una fibra multimodo. Por el contrario, la fibra monomodo tiene un núcleo más pequeño que permite que los rayos de luz viajen exclusivamente en un solo modo.
Actualmente las redes de Telecomunicaciones (incluyendo las redes Ethernet) están construidas con una amplia infraestructura de esta tecnología y recientemente la “luz” también ha llegado hasta nuestros hogares (FTTH: Fiber to the home).
Ethernet: el éter luminífero de las Redes
Ethernet se refiere a la familia de implementaciones de Redes de Área Local (LAN, Local Area Network) que incluye cuatro principales categorías:
- 10 Mbps Ethernet : Especificaciones LAN que operan a 10 Mbps sobre cable coaxial o par trenzado de cobre.
- 100 Mbps Ethernet: Especificación LAN, también conocida como “FAST ETHERNET”, que opera a 100 Mbps sobre cable de cobre par trenzado o fibra óptica.
- 1000 Mbps Ethernet: Especificación LAN, también conocida como “GIGABIT ETHERNET”, que opera a 1000 Mbps (1 Gbps) principalmente sobre fibra óptica
- 10 GigaEthernet (XGbE o 10GbE) que opera a 10Gbps principalmente sobre fibra óptica.
El término “Ethernet” se escogió en honor al éter luminífero a través del cual se pensó alguna vez que se propagaban las ondas electromagnéticas. Esta tecnología fue desarrollada inicialmente por Xerox, Digital e Intel (1970tas) para la construcción de una red de área local (LAN) y actualmente es el método de acceso a redes que más se emplea. Ethernet es una LAN de medios compartidos que ha evolucionado para satisfacer la creciente demanda de LAN de alta velocidad. En el momento en que aparece un nuevo medio, como la fibra óptica, Ethernet se adapta para sacar ventaja de un ancho de banda superior.
Se trata de un estándar que define no solo las características de los cables que deben utilizarse para establecer una conexión de red, sino también todo lo relativo a los niveles físicos de dicha conectividad, además de brindar los formatos necesarios para las tramas de datos de cada nivel. El estándar que rige las conexiones Ethernet es el IEEE 802.3, por lo que a veces es frecuente encontrar que éste es nombrado directamente de esta forma.
Por otra parte, la Red Metro Ethernet, es una arquitectura tecnológica destinada a suministrar servicio de conectividad MAN/WAN (Red de área metropolitana /red de área amplia). Estas redes denominadas “multiservicio”, soportan una amplia gama de servicios y aplicaciones, contando con mecanismos donde se incluye soporte a tráfico “RTP” (tiempo real), como puede ser Telefonía IP y Video IP.
El éxito de Ethernet se debe a los siguientes factores:
- Sencillez y facilidad de mantenimiento.
- Capacidad para incorporar nuevas tecnologías.
- Confiabilidad
- Bajo costo de instalación y de actualización.
- Con la llegada de Gigabit Ethernet, lo que comenzó como una tecnología LAN ahora se extiende a distancias que hacen de Ethernet un estándar de red de área metropolitana (MAN) y red de área amplia (WAN).
Se distinguen diferentes variantes de tecnología Ethernet según el tipo y el diámetro de los cables utilizados:
Versiones Ethernet (15):
Ethernet ha sido estandarizado por el IEEE (Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos) en la norma IEEE 802.3x, donde la x indica la variante de Ethernet. A continuación se describen las versiones posteriores al año 1990.
El Principio de Transmisión
Todos los equipos de una red Ethernet están conectados a la misma línea de transmisión y la comunicación se lleva a cabo por medio de la utilización un protocolo denominado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect que significa que es un protocolo de acceso múltiple que monitorea la portadora: detección de portadora y detección de colisiones).
Con este protocolo cualquier equipo está autorizado a transmitir a través de la línea en cualquier momento y sin ninguna prioridad entre ellos. Esta comunicación se realiza de manera simple:
- Cada equipo verifica que no haya ninguna comunicación en la línea antes de transmitir.
- Si dos equipos transmiten simultáneamente, entonces se produce una colisión (o sea, varias tramas de datos se ubican en la línea al mismo tiempo).
- Los dos equipos interrumpen su comunicación y esperan un período de tiempo aleatorio, luego una vez que el primero ha excedido el período de tiempo, puede volver a transmitir.
Este principio se basa en varias limitaciones:
- Los paquetes de datos deben tener un tamaño máximo.
- Debe existir un tiempo de espera entre dos transmisiones.
El tiempo de espera varía según la frecuencia de las colisiones:
- Luego de la primera colisión, un equipo espera una unidad de tiempo.
- Luego de la segunda colisión, un equipo espera dos unidades de tiempo.
- Luego de la tercera colisión, un equipo espera cuatro unidades de tiempo.
- Por supuesto, con una cantidad menor de tiempo aleatorio adicional.
Conclusiones
Aunque la tendencia en los hogares es conectarnos a las redes inalámbricas para acceder a Internet, ha sido necesario llevar una amplia infraestructura de redes (fibra óptica) hasta los hogares que puedan satisfacer los anchos de banda requeridos no tanto por parte del usuario, sino por la de los proveedores de contenidos y servicios a los que como usuarios deseamos conectarnos a máxima velocidad.
Por su parte, tanto el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), como la industria y otros organismos de estandarización, están en su obligación de mirar más al futuro y anticipar la inevitable demanda gigantesca de datos que nos espera. Para el año 2015 será necesario un ancho de banda diez veces al que se tiene actualmente y para el 2020 esta cifra se habrá multiplicado por 100.Por lo pronto, ya se están definiendo dos valores para el próximo estándar Ethernet: 400 Gbps y 1 Tb/s, para lo cual, por supuesto, se empelará como medio de transmisión la fibra óptica.
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1. Citado en http://www.mexicocity.gob.mx/
2. El Museo Tamayo Arte Contemporáneo es un museo público ubicado en la Ciudad de México (Av. Reforma esquina con Gandhi ) que produce exposiciones de su colección de arte moderno y contemporáneo, así como de la obra de su fundador, el artista Rufino Tamayo.
3. Pintor mexicano. Figura capital en el panorama de la pintura mexicana del siglo XX. Fue uno de los primeros artistas latinoamericanos que, junto con los representantes del conocido “grupo de los tres” (Rivera, Siqueiros y Orozco), alcanzó un reconocimiento internacional.
4. Pintor francés postimpresionista, considerado el padre de la pintura moderna.
5. Físico francés que contribuyó significativamente a la teoría de óptica ondulatoria. Estudió el comportamiento de la luz tanto teórica como experimentalmente.
6. Christiaan Huygens fue un astrónomo, físico y matemático holandés.Hizo muchas aportaciones a la óptica.
7. Citado en http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%89ter_(f%C3%ADsica)
8. James Clark Maxwell fue un físico escocés conocido principalmente por haber desarrollado la teoría electromagnética clásica.
9. William Thomson, primer barón Kelvin fue un físico británico famoso por haber desarrollado la escala de temperatura Kelvin.
10. Nikola Tesla fue un inventor e ingeniero de origen serbio y el promotor más importante del nacimiento de la electricidad. También contribuyó con invenciones en el campo del electromagnetismo.
11. Albert Abraham Michelson , fue un físico polaco, conocido por sus trabajos acerca de la velocidad de la luz. Recibió el Premio Nobel de la Física en 1907.
12. Edward Morley fue un químico y físico americano. Su mayor contribución a la física fue el experimento hecho en colaboración con Michelson , para probar la existencia del éter.
13. Citado en French A.P. “ Relatividad Especial “ MIT Physics Course Editorial Reverté .1998 .p 47.
14. La ley de Snell es una fórmula utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz con índice de refracción
distinto.
15. Citado en http://es.wikipedia.org/wiki/Ethernet