2daP.

DISPOSITIVOS PARA TRANSMISIÓN DE DATOS: MODEM

Dispositivo que sirve para enviar una señal llamada moduladora mediante otra señal llamada portadora. Palabra que viene de Modular /Demodular que es lo que un módem hace.

El modem es un dispositivo que permite conectar dos ordenadores remotos utilizando la línea telefónica de forma que pueda intercambiar información entre sí.

Existen tres tipos de funcionamientos de módems:

Externos: que se enchufan a un puerto serie en la parte de atrás de la computadora. Sus ventajas son llevarse a otra computadora fácilmente, no ocupa un zócalo adentro de la computadora y las luces al frente muestran qué está haciendo el módem. Entre sus desventajas es que ocupa espacio sobre la mesa y agrega más cables a la maraña.

Internos: en estos la línea telefónica se conecta directamente a la plaqueta a través de la parte de atrás de la computadora. Sus ventajas son que ahorra espacio sobre la mesa y ahorra un cable. Sus desventajas es que requiere un zócalo interno para periférico (estos pueden agotarse) y deben usar un software para que muestre las luces indicadoras de que es lo que hace el módem.

Acústicos: aquí el teléfono se coloca dentro del dispositivo, que se conecta a la computadora. Sus ventajas es que puede usar el teléfono sin necesidad de mover el cable del mismo. Sus desventajas es que es voluminoso, la conexión es más propensa a captar la estática e interferencias y solamente puede usarse con un tipo de aparato de teléfono standard.

MÓDEM DIGITAL

Un módem digital no tiene que hacer la conversión entre las señales analógicas y las digitales. Técnicamente no es en absoluto un “módem” ya que no está modulando y demodulando. Un módem digital es más rápido que un módem analógico.

ESTÁNDARES UTILIZADOS POR EL MÓDEM

MULTIPLEXACIÓN

Es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. El proceso inverso se conoce como demultiplexación. Un concepto muy similar es el de control de acceso al medio.

MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA FDM

Es la técnica usada para dividir la anchura de banda disponible en un medio físico en varios canales lógicos independientes más pequeños.

El método de usar varias frecuencias de portador cada uno de las cuales es modulado por una señal de discurso independiente. Se convierte cada fuente de varias que originalmente ocupaban el mismo espectro de frecuencias, a una banda distinta de frecuencias, y se transmite en forma simultánea por un solo medio de transmisión.

Un ejemplo de FDM: Es la banda comercial de AM, que ocupa un espectro de frecuencias de 535 a 1605 kHz. Si se transmitiera el audio de cada estación con el espectro original de frecuencias, sería imposible separar una estación de las demás.En lugar de ello, cada estación modula por amplitud una frecuencia distinta de portadora, y produce una señal de doble banda lateral de 10KHz.

Se aplica:

La FM comercial y las emisoras de televisión, así como los sistemas de telecomunicaciones de alto volumen, dentro de cualquiera de las bandas de transmisión comercial, las transmisiones de cada estación son independientes de las demás y la fibra óptica, donde se multiplexan señales, que pueden ser analógicas o digitales, y se transmiten mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda.

Sus características son:

Tecnología muy experimentada y fácil de implementar, requiere duplexor de antena para transmisión dúplex, se asignan canales individuales a cada usuario y los canales son asignados de acuerdo a la demanda.

MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DEL TIEMPO (TDM)

Es una técnica que permite la transmisión de señales digitales y cuya idea consiste en ocupar un canal, normalmente de gran capacidad, de trasmisión a partir de distintas fuentes, de esta manera se logra un mejor aprovechamiento del medio de trasmisión. Es un medio de transmisión el cual permite dos o más canales de información en un mismo circuito, tanto digital como analógico.

Sus características son:

Que se mezcla en el tiempo temporal varias señales digitales, la velocidad de transmisión por el medio excede la velocidad de las señales digitales a transmitir y el proceso de mezcla puede ser a nivel de bits o en bloques de octetos.

MULTIPLEXACIÓN TEMPORAL SINCRONA (STDM)

Es la transmisión por el canal de enlace en una misma frecuencia con un intervalo diferenciado de señal o tramas subdividido por un bit o un carácter en el tiempo sin tener un una trama una cabecera o control de errores. La velocidad en el canal es fija y los equipos deben estar diseñados para una.

SISTEMA DE CONMUTACIÓN TOPOLOGÍAS

Los nodos de red, es decir las computadoras, necesitan estar conectados para comunicarse. A la forma en que están conectados los nodos se le llama Topología. Una red tiene dos diferentes topologías: una física y una lógica. La topología física es la disposición física actual de la red, la manera en que los nodos están conectados unos con otros. La topología lógica es el método que se usa para comunicarse con los demás nodos, la ruta que toman los datos de la red entre los diferentes nodos de la misma. La topología o forma lógica de una red se define como la forma de tender el cable a estaciones de trabajo individuales; por muros, suelos y techos del edificio. Existe un número de factores a considerar para determinar cual topología es la más apropiada para una situación dada.

La topología en una red es la configuración adoptada por las estaciones de trabajo para conectarse entre si.

Existen cinco topologías básicas:

BUS

Los equipos están conectados a un cable común compartido. En esta topología en línea recta, el paquete se transmite a todos los adaptadores de red en ese segmento. Los dos extremos del cable deben tener terminaciones. Todos los adaptadores de red reciben el paquete de datos.

Debido a la forma de transmisión de las señales eléctricas a través de este cable, sus extremos deben estar terminados por dispositivos de hardware denominados terminadores, que actúan como límites de la señal y definen el segmento. Si se produce una rotura en cualquier parte del cable o si un extremo no está terminado, la señal balanceará hacia adelante y hacia atrás a través de la red y la comunicación se detendrá. El número de equipos presentes en un bus también afecta al rendimiento de la red. Cuantos más equipos haya en el bus, mayor será el número de equipos esperando para insertar datos en el bus, y en consecuencia, la red irá más lenta. Además, debido al modo en que los equipos se comunican en una topología de bus, puede producirse mucho ruido.

Sus ventajas:

Es que permite aumentar o disminuir fácilmente el número de estaciones y el fallo de cualquier nodo no impide que la red siga funcionando normalmente, lo que permite añadir o quitar nodos sin interrumpir su funcionamiento.

Sus desventajas:

Cualquier ruptura en el bus impide la operación normal de la red y la falla es muy difícil de detectar. El control del flujo de información presenta inconvenientes debido a que varias estaciones intentan transmitir a la vez y existen un único bus, por lo que solo una estación logrará la transmisión.

ESTRELLA

Los equipos están conectados a segmentos de cable que se extienden desde una ubicación central, o concentrador. Todas las transacciones pasan a través del nodo central siendo este el encargado de gestionar y controlar todas las comunicaciones. El controlador central es normalmente el servidor de la red, aunque puede ser un dispositivo especial de conexión denominada comúnmente concentradora o hub.

Sus ventajas:

Presenta buena flexibilidad para incrementar el número de equipos conectados a la red. Si alguna de las computadoras falla el comportamiento de la red sigue sin problemas, sin embargo, si el problema se presenta en el controlador central se afecta toda la red. El diagnóstico de problemas es simple, debido a que todos los equipos están conectados a un controlador central.

Sus desventajas:

No es adecuada para grandes instalaciones, debido a la cantidad de cable que deben agruparse en el controlador central. Esta configuración es rápida para las comunicaciones entre las estaciones o nodos y el controlador, pero las comunicaciones entre estaciones es lenta.

ANILLO

Los equipos están conectados a un cable que forma un bucle alrededor de una ubicación central. El último nodo de la cadena se conecta al primero cerrando el anillo. Las señales circulan en un solo sentido alrededor del círculo, regenerándose en cada nodo. Con esta metodología, cada nodo examina la información que es enviada a través del anillo. Si la información no está dirigida al nodo que la examina, la pasa al siguiente en el anillo. La desventaja del anillo es que si se rompe una conexión, se cae la red completa.

Sus ventajas:

Esta topología permite aumentar o disminuir el número de estaciones sin dificultad. La velocidad dependerá del flujo de información, cuantas más estaciones intenten hacer uso de la red mas lento será el flujo de información.

Sus desventajas:

Una falla en cualquier parte deja bloqueada a toda la red.

TOPOLOGÍA EN ÁRBOL

Esta topología comienza en un punto denominado cabezal o raíz. Uno ó más cables pueden salir de este punto y cada uno de ellos puede tener ramificaciones en cualquier otro punto. Una red como ésta representa una red completamente distribuida en la que computadoras alimentan de información a otras computadoras, que a su vez alimentan a otras. Las computadoras que se utilizan como dispositivos remotos pueden tener recursos de procesamientos independientes y recurren a los recursos en niveles superiores o inferiores conforme se requiera.

Es similar a la topología en estrella extendida, salvo en que no tiene un nodo central. En cambio, un nodo de enlace troncal, generalmente ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos.

HÍBRIDAS

Dos o más topologías utilizadas juntas. Raras veces, se diseñan las redes utilizando un solo tipo de topología. Por ejemplo, es posible que desee combinar una topología en estrella con una topología de bus para beneficiarse de las ventajas de ambas.

En una topología híbrida, si un solo equipo falla, no afecta al resto de la red. Normalmente, se utilizan dos tipos de topologías híbridas: topología en estrella-bus y topología en estrella-anillo. En estrella-bus: En una topología en estrella-bus, varias redes de topología en estrella están conectadas a una conexión en bus. Cuando una configuración en estrella está llena, podemos añadir una segunda en estrella y utilizar una conexión en bus para conectar las dos topologías en estrella. En estrella-anillo: En la topología en estrella-anillo, los equipos están conectados a un componente central al igual que en una red en estrella. Sin embargo, estos componentes están enlazados para formar una red en anillo.

TÉCNICAS DE CONMUTACIÓN

Las redes de comunicación conmutadas, principalmente redes de área amplia, que utilizan los enfoques tradicionales para el diseño de redes conmutadas: Conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. Aunque la tecnología de esta técnica de conmutación ha evolucionado sustancialmente desde entonces, hay que mencionar: que la tecnología básica en conmutación de paquetes es esencialmente la misma en la actualidad que la de las redes de principios de los años setenta, y que la conmutación de paquetes continúa siendo una de las pocas tecnologías efectivas para comunicaciones de datos a larga distancia.

CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS

Las comunicaciones mediante la conmutación de circuitos implican la existencia de un camino o canal de comunicación dedicado entre dos estaciones, el cual consiste en una secuencia de enlaces conectados entre nodos de la red. En cada uno de los enlaces físicos se dedica un canal lógico para cada conexión establecida. La comunicación vía la conmutación de circuitos implica tres fases.

Establecimiento del circuito

Antes de transmitir señal alguna, se debe establecer un circuito extremo a extremo (estación a estación).

Transferencia de datos

Tras el establecimiento del circuito se puede transmitir la información desde A hasta E a través de la red. Los datos pueden ser analógicos o digitales, dependiendo de la naturaleza de la red. Debido a la tendencia actual de migración hacia redes digitales completamente integradas, la utilización de transmisiones digitales (binarias) tanto de voz como de datos se está convirtiendo en el método de comunicaciones predominante. El camino del ejemplo está constituido por el enlace A-4 (conmutación interna a través de 4), el canal 4-5 (conmutación interna a través de 5), el canal 5-6(conmutación interna a través de 6) y el enlace 6-E. Normalmente, la conexión es full-duplex.

Desconexión del circuito

Tras la fase de transferencia de datos, la conexión finaliza por orden de una de las dos estaciones involucradas. Las señales se deben propagar a los nodos4, 5 y 6 para que éstos liberen los recursos dedicados a la conexión que se cierra.

La conmutación de circuitos puede llegar a ser bastante ineficiente. La capacidad del canal se dedica permanentemente a la conexión mientras dura ésta, incluso si no se transfieren datos. Aunque no se alcanza el 100%, la utilización puede ser bastante alta para una conexión de voz. Por su parte, para comunicaciones entre un terminal y un computador, es posible que el canal esté libre durante la mayor parte de la conexión. Desde el punto de vista de las prestaciones, existe un retardo previo a la transferencia de las señales debido al establecimiento de la llamada; no obstante, una vez establecido el circuito, la red es transparente para los usuarios. La información se transmite a una velocidad fija sin otro retardo que el de propagación a través de los enlaces de transmisión, siendo despreciable el retardo introducido por cada nodo de la ruta.

La parte central de todo sistema moderno es el conmutador digital, cuya función es proporcionar una ruta transparente entre dos dispositivos conectados cualquiera. El camino es transparente en el sentido de que parece como si existiese una conexión directa entre los dispositivos. Generalmente, la conexión debe permitir transmisión full-duplex.

Una característica importante de un dispositivo de conmutación de circuitos es si es bloqueante o no bloqueante.El bloqueo se produce cuando la red no puede conectar dos estaciones debido a que todos los posibles caminos entre ellas están siendo ya utilizados. Una red bloqueante es aquella en la que es posible el bloqueo.

CONMUTACIÓN DE PAQUETES

Las redes de telecomunicaciones de conmutación de circuitos de larga distancia se diseñaron originalmente para el tráfico de voz, siendo aún hoy en día la voz la responsable de la mayor parte del tráfico en estas redes.

Los datos se transmiten en paquetes cortos, siendo 1,000 octetos un límite superior típico de la longitud de los mismos. Si un emisor tiene que enviar un mensaje de mayor longitud, éste se segmenta en una serie de paquetes. Cada paquete contiene una parte o todas en el caso de que se trate de un mensaje corto de los datos de usuario más cierta información de control. Esta información comprende, como mínimo, la que necesita la red para encaminar el paquete a través de ella y alcanzar el destino deseado. En cada nodo de la ruta, el paquete se recibe, se almacena temporalmente y se envía al siguiente nodo.

Técnicas de conmutación de paquetes

Si una estación tiene que enviar un mensaje de longitud superior a la del tamaño máximo del paquete permitido a través de una red de conmutación de paquetes, fragmenta el mensaje en paquetes y los envía, de uno en uno, hacia la red. La cuestión que surge es cómo gestiona la red esta secuencia de paquetes para encaminarlos en su seno y entregarlos en el destino deseado. Existen dos aproximaciones usadas en las redes actuales: datagramas y circuitos virtuales. En la técnica de datagramas cada paquete se trata de forma independiente, sin referencia alguna a los paquetes anteriores. En esta técnica, cada paquete se denomina datagrama y se trata de forma independiente del resto.

Tamaño del paquete

Existe una relación importante entre el tamaño de paquete considerado y el tiempo de transmisión. En este ejemplo se supone que existe un circuito virtual desde la estación X a la estación Y a través de los nodos a y b.El mensaje a enviar es de 40 octetos y cada paquete contiene 3 octetos de información de control situada al comienzo del mismo y denominada cabecera. Si el mensaje completo se envía como un único paquete de 43 octetos (3 de cabecera y 40 octetos de datos), éste se envía primero desde la estación X hasta el nodoa. Cuando se recibe el paquete completo, éste se puede transmitir de a a b. A su vez, cuando el paquete se recibe en b, se transfiere a la estación Y. Despreciando el tiempo de conmutación, el tiempo total de transmisión es de 129 veces el tiempo de duración de un octeto (43 octetos x 3transmisiones del paquete).

CONMUTACIÓN DE CELDAS

El Modo de Transferencia Asíncrono (ATM, Asynchronous Transfer Mode), es una tecnología de conmutación que usa pequeñas celdas de tamaño fijo. En 1988, el CCITT designó a ATM como el mecanismo de transporte planeado para el uso de futuros servicios de banda ancha. ATM es asíncrono porque las celdas son transmitidas a través de una red sin tener que ocupar fragmentos específicos de tiempo en alineación de paquete, como las tramas T1 o E1. Estas celdas son pequeñas (53 bytes), comparadas con los paquetes LAN de longitud variable. Todos los tipos de información son segmentados en campos de pequeños bloques de 48bytes, los cinco restantes corresponden a un encabezado usado por la red para mover las celdas. ATM es una tecnología orientada a conexión, en contraste con los protocolos de base LAN, que son sin conexión. Orientado a conexión significa que una conexión necesita ser establecida entre dos puntos con un protocolo de señalización antes de cualquier transferencia de datos. Una vez que la conexión está establecida, las celdas ATM se auto-rutean porque cada celda contiene campos que identifican la conexión de la celda a la cual pertenecen.

Interfaces ATM

Existen dos interfaces especificadas que son la interface usuario-red UNI (user-networkinterface) y la de red a red NNI (network-network interface). La UNI conecta un dispositivo de usuario a un conmutador público o privado y la NNI describe una conexión entre dos conmutadores. Hay dos interfaces públicas UNI, una a 45 Mbps y otra a 155 Mbps. La interface DS3 está definida en un estándar T1 del comité ANSI, mientras que la interface de 155 Mbps está definida por los grupos estándar del CCITT y ANSI. Tres interfaces han sido desarrolladas para UNIs privadas, una a 100 Mps y dos a 155 Mbps. Es seguro que la interface normalizada internacional SDH/SONET de 155 Mbps sea la elegida porque permite interoperabilidad en UNIs públicas y privadas.

Tipos de conexiones

ATM provee servicios orientados a la conexión. Para comunicarse con un nodo remoto, un usuario final debe solicitar a su conmutador local el establecimiento de una conexión con el destino. Estas conexiones pueden ser de dos naturalezas: Switched Virtual Circuits (SVC) o Permanent Virtual Circuits (PVC).

Transporte de celdas

En cuanto al transporte de información, ATM usa tramas de tamaño fijo que reciben el nombre de celdas. El hecho de que todas las celdas sean del mismo tamaño permite construir equipos de conmutación de muy alta velocidad. Cada celda de ATM tiene una longitud de 53 bytes, reservándose los 5 primeros para el encabezado y el resto para datos. Dentro del encabezado se coloca el par VPI/VCI que identifica al circuito entre extremos, información de control de flujo y un CRC .La conexión final entre dos nodos recibe el nombre de Virtual Channel Connection o VCC. Una VCC se encuentra formada por un conjunto de pares VPI/VCI.

MEDIOS GUIADOS: CABLE PAR TRENZADO, CABLE COAXIAL , FIBRA ÓPTICA

Son cualquier medio físico o inalámbrico que pueda llevar información de un origen a un destino. En la transmisión de datos el medio es el espacio abierto. Un cable metálico o de fibra óptica. Las informaciones son señales que están como resultado de una conversión de datos desde otro formato.

MEDIOS GUIADOS

Los medios guiados son aquellos que, dan la conducción de las señales enviadas desde un dispositivo a otro por medio de cables como lo son: Cable Coaxial, Par Trenzado y Fibra Óptica.

COAXIAL: Este cable transporta señales de alta frecuencia, mas que el cable Par Trenzado. Gracias a su diseño constituido por un hilo interno, recubierto con una malla metálica conductora exterior y este a su vez igual al hilo central, recubierta con metal aislante y este también recubierto de un plástico.

Estándares de un Cable Coaxial: son clasificados por especificaciones de RG (Radio de Gobierno), que dan las condiciones físicas como grosor del cable interior, grosor y tipo de aislante interior, blindaje, tamaño y cubierta exterior del cable.

Conectores de los Cables Coaxiales: Para los Cables Coaxiales se necesitan conectores coaxiales como son de red o bayoneta (BNC, Bayonet network connector). En general se especifica como el conector BNC, BNET y terminador BNC. El BNC se conecta a televisores, BCN T Se usa en la Ethernet y el terminador BNC se usa al final del cable para prevenir el reflejo de la señal.

CATEGORIAS DE LOS CABLES COAXIALES

Rendimiento: Como hay mucha atenuación en la señal, esta se debilita y se necesita el uso de repetidores.

Aplicaciones: Se usó en redes telefónicas análogas y digitales. Actualmente se usa en conexiones de televisión por cable. También se aplica a redes LAN con tecnología ethernet.

Ventajas:

-Gracias a su gran ancho de banda se transmiten una gran cantidad de datos.
-Una alta frecuencia de transmisión de datos.

Desventajas:

-Debido a su gran atenuación de la señal esta se debilita rápidamente.

CABLE DE PAR TRENZADO: Esta formado por dos conductores por lo general de cobre y cada uno con su aislante de las cuales uno es el que envía la señal de receptor y el otro es tierra. El trenzado se utiliza para bloquear la interferencia producida por el exterior, el trenzado por unidad de longitud determina la calidad de transmisión. IBM implementa un cable blindado, que recorre el trenzado aumentando la calidad de señal enviada a través de el.

La asociación de industrias electrónicas (EIA) desarrolló estándares para graduar los cables de Par Trenzado en siete categorías. Los tipos se estiman según la calidad del cable siendo 1 la menor y 7 el más alto. Estas categorías están determinadas por sus características y velocidad de datos y su uso.

TIPOS DE CABLES DE PAR TRENZADO SIN BLINDAR

FIBRA ÓPTICA: Esta hecha de plástico o de cristal y transmite las señales en forma de luz.

La luz viaja en línea recta mientras se mueve a través de una única sustancia uniforme. Si un rayo de luz que viaja a través de una sustancia entra de repente en otra, más o menos densa, el rayo cambia de dirección. Si el ángulo de incidencia se refracta (el ángulo que forma el rayo de luz con la línea perpendicular a la interfaz entre ambas superficies) es menor que el ángulo critico y se mueve más cerca de la superficie.

La Fibra Óptica usa la reflexión para llevar la luz a través del canal. Un núcleo de cristal o plástico se rodea con un revestimiento de cristal o plástico menos denso.

Tamaño de la fibra: Se definen por la relación entre el diámetro de su núcleo y el diámetro de su cubierta, ambas expresadas en micrómetros.

Composición del cable: La funda exterior esta hecha con PVC o teflón. Dentro del revestimiento hay tiras de kevlar para fortalecer el cable. Debajo del kevlar hay otra capa de plástico para proteger la fibra que esta en el centro del cable y esta formada por el revestimiento y el núcleo.

TIPOS DE FIBRA

Conectores de Fibra Óptica:

-Conector SC: Se usa para la TV por cable. Usa un sistema de bloqueo tirar.

-Conector ST: Se usa para conectar el cable o dispositivos de red.

-Conector MT-RJ: Tiene un conector del mismo tamaño que el KJ45.

Rendimiento: La atenuación es más plana que en el caso del Par Trenzado y el Cable Coaxial. El rendimiento es tal que se necesiten menos repertidores (10 veces menos realmente).

Aplicaciones: Se encuentran a menudo en las redes troncales porque su gran ancho de banda es rentable frente al coste. Las LAN, como las 100base-fx (fast ethernet y 1000base-x también usa cables de FibraÓptica.

Ventajas:

-Ancho De Banda Mayor: El cable de Fibra Óptica puede proporcionar anchos de banda dramáticamente mayores que cualquier cable del ParTrenzado o Coaxial. Actualmente, las tasas de datos y el uso de ancho de banda sobre los cables de Fibra Óptica no están limitados por el medio sino por la tecnología.

-Menor Atenuación de la Señal:La distancia de transmisión de la FibraÓptica es significativamente mayor que la que se consigue en otros medios guiados.

Una señal puede transmitirse a lo largo de millas sin necesidad de regeneración.

-Inmunidad a Interferencia electromagnética: El ruido electromagnético no puede afectar a los cables de Fibra Óptica.

-Resistencia a Materiales corrosivos: El cristal es más resistente a los materiales corrosivos que el cobre.

-Ligereza: Los cables de Fibra Óptica son muchos mas ligeros que los de cobre.

-Mayor Inmunidad a los Pinchazos: los cables de Fibra Óptica son más inmunes a los pinchazos que los de cobre.

Desventajas:

-Instalación/Mantenimiento:El cable de Fibra Óptica es una tecnología relativamente nueva. Su instalación y mantenimiento requiere expertos que no están disponibles en cualquier parte.

-Propagación Unidireccional de la Luz: La propagación de la luz es unidireccional. Si se necesita comunicación bidireccional, se necesitan dos Fibras Ópticas.

-Coste: El cable y los conectores son relativamente más caros que los otros medios guiados. Si la demanda de ancho de banda no es alta, a menudo el uso de Fibra Óptica no se justifica.

MEDIOS NO GUIADOS

Los medios no guiados transportan ondas electromagnéticas sin usar un conductor físico. Este tipo de comunicación se denomina comunicación inalámbrica. Las señales se irradian a través del aire. Las señales no guiadas pueden viajar del origen al destino de formas diferentes: En superficie, por el cielo y en línea de visión.

TRANSMISIÓN DE SEÑALES DE RADIO

La transmisión de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagación distintos: superficie, troposférica, ionosférica, línea de visión y espacio.

La tecnología de radio considera que la tierra está rodeada por dos capas de atmósfera: la troposfera y la ionosfera. La troposfera es la porción de la atmósfera que se extiende hasta aproximadamente 45 km desde la superficie de la tierra (en terminología de radio, la troposfera incluye una capa de máxima altitud denominada estratosfera) y contiene aquello en lo que nosotros generalmente pensamos como el aire. Las nubes, el viento, las variaciones de temperatura y el clima en general ocurren en la troposfera, al igual que los viajes de avión. La ionosfera es la capa de atmósfera por encima de la troposfera pero por debajo del espacio. Está más allá de lo que nosotros denominamos atmósfera y contiene partículas libres cargadas eléctricamente.

Propagación en superficie

En la propagación en superficie, las ondas de radio viajan a través de la porción más baja de la atmósfera, abrazando a la tierra. A las frecuencias más bajas (menos de 2 Mhz), las señales emanan en todas las direcciones desde la antena de transmisión y sigue la curvatura del planeta. La distancia depende de la cantidad de potencia en la señal: cuanto mayor es la potencia, mayor es la distancia. La propagación en superficie también puede tener lugar en el agua del mar.

Propagación troposférica

La propagación troposférica puede actuar de dos formas. O bien se puede dirigir la señal en línea recta de antena a antena (visión directa) o se puede radiar con un cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja hacia la superficie de la tierra. El primer método necesita que la situación del receptor y el transmisor esté dentro de distancias de visión, limitadas por la curvatura de la tierra en relación a la altura de las antenas. El segundo método permite cubrir distancias mayores.

Propagación ionosférica

En la propagación ionosférica, las ondas de radio de más alta frecuencia (2 a 30 Mhz) se radian hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia la tierra. La densidad entre la troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelere y cambie de dirección, curvándose de nuevo hacia la tierra. Este tipo de transmisión permite cubrir grandes distancias con menor potencia de salida.

MICROONDAS

El mundo de las comunicaciones está basado en la transmisión de información mediante ondas electromagnéticas entre un emisor y un receptor. Fundamentalmente podemos dividir esta transmisión en dos tipos fundamentales:

A través de un cable o guía de ondas.

Radiación de OEM a través del aire, el espacio libre o de un medio dieléctrico. La búsqueda de canales con baja atenuación y la necesidad de enviar señales con un ancho de banda cada vez mayor ha hecho que las guías de onda, que no se incluyen en este libro, juegan un papel cada vez más importante en del conjunto de medios físicos para la comunicación. La televisión por cable, la telefonía, Internet, etc. obligan a un uso cada vez mayor de guías de onda, en particular de fibras ópticas. Se llama guía de onda a cualquier estructura, o parte de una estructura, que hace que una onda electromagnética se propague en una dirección determinada, con algún grado de confinamiento en el plano transversal ala dirección de propagación. En esta sección trataremos la transmisión de ondas electromagnéticas en el espacio libre, o sea, que no están confinadas en un espacio reducido.

Las microondasterrestres no siguen la curvatura de la tierra y por tanto necesitan equipo de transmisión y recepción por visión directa. La distancia que se puede cubrir con una señal por visión directa depende principalmente de la altura de la antena: cuanto mas altas sean las antenas, más larga es la distancia que se puede ver. La altura permite que la señal viaje más lejos sin ser interferida por la curvatura del planeta y eleva la señal por encima de muchos obstáculos de la superficie, como colinas bajas y edificios altos que de otra forma bloquearían la transmisión. Habitualmente, las antenas se montan sobre torres que a su vez están construidas sobre colinas o montañas. Las señales de microondas se propagan en una dirección concreta, lo que significa que hacen falta dos frecuencias para una comunicación en dos sentidos, como por ejemplo una conversación telefónica. Una frecuencia se reserva para la transmisión por microondas en una dirección y la otra para la transmisión en la otra. Cada frecuencia necesita su propio transmisor y receptor. Actualmente, ambas partes del equipo se combinan habitualmente en un equipo denominado transceptor, lo que permite usar una única antena para dar servicio a ambas frecuencias y funciones.

Repetidores

Para incrementar la distancia útil de las microondas terrestres, se puede instalar un sistema de repetidores con cada antena. La señal recibida por una antena se puede convertir de nuevo a una forma transmisible y entregarla a la antena siguiente. La distancia mínima entre los repetidores varía con la frecuencia de la señal y el entorno en el cual se encuentran las antenas. Un repetidor puede radiar la señal regenerada a la frecuencia original o con una Hueva frecuencia, dependiendo del sistema. Las microondas terrestres con repetidores constituyen la base de la mayoría de los sistemas de telefonía contemporánea alrededor del mundo.

Antenas

Para las comunicaciones con microondas terrestres se usan dos tipos de antenas: parabólicas y de cornete.

Una antena parabólica se basa en la geometría de una parábola: cada línea paralela a la línea de simetría refleja la curva en ángulos tales que inciden en un punto común denominado foco. El plato parabólico funciona como un embudo, capturando un amplio rango de ondas y dirigiéndolas a un punto común. De esta forma, se recupera más señal de lo que sería posible con un receptor de punto único. Las transmisiones de salida se radian a través de un cornete apuntado al disco. Las microondas golpean el disco y son de flexionadas hacia fuera en sentido contrario al camino de recepción.

SATÉLITE

Las transmisiones vía satélite se parecen mucho más a las transmisiones con microondas por visión directa en la que las estaciones son satélites que están orbitando la tierra. El principio es el mismo que con las microondas terrestres, excepto que hay un satélite actuando como una antena súper alta y como repetido. Aunque las señales que se transmiten vía satélite siguen teniendo que viajar en línea recta, las limitaciones impuestas sobre la distancia por la curvatura de la tierra son muy reducidas. De esta forma, los satélites retransmisores permiten que las señales de microondas se puedan transmitir a través de continentes y océanos con un único salto.

INFRARROJAS

Las comunicaciones infrarrojas están basadas en el principio de la luz infrarroja, que es una radiación electromagnética cuya frecuencia la hace invisible al ojo humano, La luz visible viaja en ases de luz que van desde los 400 ángstroms, violeta oscuro, a 700 ángstroms, rojo oscuro. Las frecuencias del infrarrojo son de 700 a 1,000 ángstroms. Conforme a los estándares del Ir DA la mayoría de las computadoras personales y equipo de comunicaciones se mantienen entre los 850 y 900 ángstroms. Los rayos infrarrojos tienen una longitud de onda cercana a la de la luz y, por lo tanto, común comportamiento similar, tanto en sus ventajas como en sus inconvenientes. Entre estas características, la más evidente es que no pueden atravesar objetos sólidos como paredes, lo que supone un serio freno a su capacidad de difusión. Bien es cierto que no hay mal que por bien no venga y esta misma limitación supone un seguro contra receptores no deseados. También, debido a su alta frecuencia, presentan una fuerte resistencia a las interferencias electromagnéticas artificiales radiadas por otros dispositivos, pudiendo, además, alcanzar grandes velocidades de transmisión; de hecho, se han desarrollado sistemas que operan a100 Mbps. En cuanto a las restricciones de uso, la transmisión por rayos infrarrojos no requiere autorización especial en ningún país, excepto por los organismos de salud que limitan la potencia de la señal transmitida. Por último, y como atractivo señuelo a todo tipo de fabricantes, utiliza componentes sumamente económicos y de bajo consumo energético, importantes características muy a tener en cuenta en aquellos dispositivos que deban formar parte de equipos móviles portátiles.

En el balance final sobre ventajas e inconvenientes, los pocos sistemas de comunicación que emplean como medio de transmisión la luz infrarroja están limitadas por el espacio, utilizándose casi en exclusividad en comunicaciones en las que los distintos dispositivos se encuentran en un sólo cuarto o área, escenario que normalmente se presenta en el entorno casero. No obstante, algunas compañías que tienen sus oficinas en varios edificios realizan la comunicación colocando los receptores/emisores en las ventanas de los edificios.

PERTURBACIONES

En cualquier sistema de comunicaciones se debe aceptar que la señal que se recibe diferirá de la señal transmitida debido a varias adversidades y dificultades sufridas en la transmisión. En las señales analógicas, estas dificultades pueden degradar la calidad de la señal. En las señales digitales. Se generarán bits erróneos: un 1 binario se transformará en un 0 y viceversa. En esta sección se van a estudiar las dificultades mencionadas comentando sus efectos sobre la capacidad de transportar información en los enlaces de transmisión; en el Capítulo 2 se presentaron algunas medidas a tomar para disminuir el efecto de estas dificultades. Las dificultades más significativas son:

Ruidos

Distorsión por retardo

Atenuación

Decibel

Para medir la potencia que una señal ha perdido o ganado, se usa el concepto de decibel. El decibel (dB) mide las potencias relativas de dos señales o de una señal en dos puntos distintos. Observe que el dB es negativo si una señal se ha atenuado y positivo si una señal se ha amplificado. dB=101og10(P2/P1)

Ruidos

Para cualquier dato transmitido, la señal recibida consistirá en la señal transmitida modificada por las distorsiones introducidas en la transmisión, además de señales no deseadas que se insertarán es algún punto entre el emisor y el receptor. A estas últimas señales no deseadas se les denomina ruido. El ruido es el factor de mayor importancia de entre los que limitan las prestaciones de un sistema de comunicación.

La señal de ruido se puede clasificar en cuatro categorías:

Ruido térmico

Ruido de intermodulación

Diafonía

Ruido impulsivo

El ruido térmico se debe a la agitación térmica de los electrones. Está presente en todos los dispositivos electrónicos y medios de transmisión; como su nombre indica, es función de la temperatura. El ruido térmico está uniformemente distribuido en el espectro de frecuencias usado en los sistemas de comunicación, es por esto por lo que a veces se denomina ruido blanco. El ruido térmico no se puede eliminar y, por tanto, impone un límite superior en las prestaciones de los sistemas de comunicación. Es especialmente dañino en las comunicaciones satelitales ya que, en estos sistemas, la señal recibida por las estaciones terrestres es muy débil. En cualquier dispositivo o conductor, la cantidad de ruido térmico presente en un ancho de banda de 1 Hz es N0= kT (W/Hz) donde:

N0= densidad de potencia del ruido, en vatios por 1 Hz de ancho de banda.

K= constante de Boltzmann = 1,38 x 1(T23J/K.

T = temperatura absoluta, en grados Kelvin.

Cuando señales de distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisión puede producirse ruido de intermodulación. El efecto del ruido de intermodulación es la aparición de señales a frecuencias que sea suma o diferencia de las dos frecuencias originales o múltiplos de éstas.

El ruido de intermodulaciónse produce cuando hay alguna no linealidad en el transmisor, en el receptor o en el sistema de transmisión. Idealmente, estos sistemas se comportan como sistemas lineales; es decir, la salida es igual a la entrada multiplicada por una constante. Sin embargo, en cualquier sistema real, la salida es una función más compleja dela entrada. El comportamiento no lineal puede aparecer debido al funcionamiento incorrecto de los sistemas o por sobrecargas producidas al utilizar señales con mucha energía. Bajo estas circunstancias es cuando aparecen los términos suma o diferencia no deseados.

La diafonía la ha podido experimentar todo aquel que al usar un teléfono haya oído otra conversación; se trata, en realidad, de un acoplamiento no deseado entre las líneas que transportan las señales. Esto puede ocurrir por el acoplamiento eléctrico entre cables depares cercanos o, en raras ocasiones, en líneas de cable coaxial que transporten varias señales. La diafonía también puede aparecer cuando las señales no deseadas se captan en las antenas de microondas; aunque éstas se caracterizan por ser altamente direccionales, la energía de las microondas se dispersa durante la transmisión. Generalmente, la diafonía es del mismo orden de magnitud o inferior que el ruido térmico.

Mecanismos para la detección de errores

Las redes deben ser capaces de transferir datos desde un dispositivo a otro con una exactitud total. Un sistema que no puede garantizar que los datos recibidos de un dispositivo son idénticos a los transmitidos por otro es esencialmente inútil. Sin embargo, siempre que se transmiten datos de un origen a un destino, se pueden corromper por el camino. De hecho, es más probable que buena parte del mensaje se vea alterado en el tránsito que todos los contenidos lleguen intactos. Muchos factores, incluyendo el ruido dela línea, pueden alterar o eliminar uno o más bits de una unidad de datos determinada. Los sistemas fiables deben tener mecanismos para detectar y corregir tales errores.

La detección y corrección de errores se implementa bien a nivel de enlace de datos o a nivel de transporte del modelo OSI.

Tipos de errores

Siempre que una señal electromagnética fluye de un punto a otro, está sujeta a interferencias impredecibles debidas al calor, el magnetismo y diversas formas de electricidad. Esta interferencia puede cambiar la forma o la temporización de la señal. Si la señal transporta datos binarios codificados, tales cambios pueden alterar el significado delos datos. Cuando existe un error de bit, se cambia un 0 por un 1 o un 1 por un 0. En un error de ráfaga, se cambian múltiples bits. Por ejemplo, una ráfaga de ruido de impulso de0.01 segundo en una transmisión con una tasa de datos de 1,200 bps podría cambiar todos o parte de 12 bits de información.

Error de bit

El término error de bit significa que únicamente un bit de una unidad de datos determinada (tal como byte, carácter, unidad de datos o paquete) cambia de 1 a 0 o de 0 a 1.

Los errores en un único bit son el tipo de error menos probable en una transmisión de datos en serie. Para ver por qué, imagine que un emisor envía datos a 1 Mbps. Esto significa que cada bit dura únicamente 1/1,000,000 segundos, o 1 µs. Para que ocurra un error de bit, el ruido debe tener una duración de solo 1 µs, lo que es muy raro; normalmente el ruido dura mucho más que esto.

Error de ráfaga

El término error de ráfaga significa que dos o más bits de la unidad de datos han cambiado de 1 a 0 o de 0 a 1.

La presencia de errores de ráfaga es más probable en las transmisiones serie. La duración del ruido es normalmente mayor que la duración de un bit, lo que significa que cuando el ruido afecta a los datos, afecta a un conjunto de bits. El número de bits afectados depende de la tasa de datos y la duración del ruido.

VERIFICACIÓN DE REDUNDANCIA VERTICAL (VRC)

El mecanismo de detección de errores más frecuente y más barato es la verificación de redundancia vertical (VRC), denominada a menudo verificación de paridad.

En esta técnica, se añade un bit de redundancia, denominado bit de paridad, al final de cada unidad de datos de forma que el número total de unos en la unidad (incluyendo el bit de paridad) sea par.

Prestaciones

VRC puede detectar todos los errores en un único bit. También puede detectar errores de ráfagas siempre que el total de números de bits cambiados sea impar (1, 3, 5, etc.).

VERIFICACIÓN DE REDUNDANCIA LONGITUDINAL (LRC)

En la verificación de redundancia longitudinal (LRC), los bloques de bits se organizan en forma de tabla (filas y columnas). Por ejemplo, en lugar de enviar un bloque de 32 bits, se organizan en una tabla de cuatro filas y ocho columnas.

Prestaciones

La LRC incrementa la probabilidad de detectar errores de ráfaga. Una LRC de n bits puede detectar fácilmente un error de ráfaga de n bits. Un error de ráfaga de más de n bits tiene también grandes posibilidades de ser detectado por la LRC.

Si se dañan dos bits de una unidad de datos y se dañan otros dos bits de otra unidad de datos que están exactamente en la misma posición, el comprobador de LRC no detectará un error.

VERIFICACIÓN DE REDUNDANCIA CÍCLICA (CRC)

La tercera y más potente técnica de verificación de redundancia es la verificación de redundancia cíclica (CRC).

A diferencia de VRC y LRC, que se basan en la suma, la CRC se basa en la división binaria. Con la CRC, en lugar de sumar los bits juntos para conseguir una paridad determinada, se añade una secuencia de bits redundantes, denominados CRC o residuo CRC, al final de la unidad de datos de forma que los datos resultantes sean divisibles exactamente por un número binario predeterminado. En el destino, la unidad de datos que se recibe es dividida por este mismo número. Si en este paso no hay residuo, se asume que la unidad de datos es intacta y se acepta. La existencia de un residuo indica que la unidad de datos ha sufrido daños durante el tránsito y que debe ser rechazada. Los bits de redundancia usados en la CRC se obtienen dividiendo la unidad de datos por un divisor determinado; el residuo es la CRC. Para que sea válida, una CRC debe tener dos cualidades: debe tener exactamente un bit menos que el divisor y añadirlo al final de la tira de datos debe hacer que el resultado sea exactamente divisible por el divisor.

Tanto la teoría como la aplicación de la detección de error con CRC son inmediatas. Su única complejidad es la obtención de la CRC. Comenzaremos con una introducción para clarificar este proceso e iremos añadiendo complejidad a medida que se avanza.

En primer lugar, se añade una tira de n ceros a la unidad de datos. El número n es uno menos que el número de bits en el divisor predefinido, que tiene n + 1bits.2.

En segundo lugar, la nueva unidad de datos se divide por el divisor usando un proceso denominado división binaria. El residuo resultante de esta división es la CRC.3.

En tercer lugar, la CRC de n bits obtenida en el paso 2 sustituye a los ceros añadidos al final de la unidad de datos. Observe que la CRC puede estar formada por ceros.

Prestaciones

CRC es un método de detección de errores muy efectivo. Si se elige el divisor de acuerdo alas reglas mencionadas anteriormente.

1) CRC puede detectar todos los errores de ráfaga que afectan a un número impar de bits.

2) CRC puede detectar todos los errores de ráfaga de longitud menor que o igual que el grado del polinomio.

3) CRC puede detectar con probabilidad muy alta errores de ráfaga con longitud mayor que el grado del polinomio.

CÓDIGO HAMMING

Hasta ahora, hemos examinado el número de bits necesarios para cubrir todos los posibles estados de error de bit de una transmisión. Pero ¿cómo se manipulan estos bits para descubrir en qué estado se ha producido el error? Una técnica desarrollada por R. W.Hamming proporciona una solución práctica.

Posición de los bits de redundancia

El código Hamming se puede aplicar a unidades de datos de cualquier longitud y usa la relación entre bit de datos y bits de redundancia mostrado anteriormente.

En el código Hamming cada bit r es el bit de VRC para una combinación de bits de datos: r₁ es el bit VRC para una combinación de bits de datos; r₂ es el bit VRC para otra combinación de bits de datos, etc. Las combinaciones usadas para calcular cada uno de los cuatro valores de r para una secuencia de datos de siete bits son las siguientes:

r1: bits 1, 3, 5, 7, 9, 11

r2: bits 2, 3, 6, 7, 10, 11

r4: bits 4, 5, 6, 7

r8: bits 8, 9, 10, 11

Cada bit de datos se puede incluir en más de un cálculo de VRC.

Cálculo de los valores de r

Implementación de código Hamming para un carácter ASCII. En el primer paso, se sitúa cada bit del carácter original en su posición apropiada dentro dela unidad de 11 bits. En los pasos siguientes, se calculan las "paridades pares para las distintas combinaciones de bits. El valor de paridad de cada combinación es el valor del bit r correspondiente.

Detección y corrección de errores

Imagine ahora que cuando se recibe la transmisión, el bit número 7 ha cambiado de 1 a 0.

El receptor toma los datos y recalcula cuatro nuevos VRC usando el mismo conjunto de bits usados por el emisor más el bit de paridad relevante (r) de cada conjunto. A continuación re ensambla los nuevos valores de paridad en un número binario siguiendo el orden de la posición de r (r8, r4, r2 r1). En el ejemplo, este paso proporciona el número binario 0111 (7 en decimal), que es la posición precisa del bit con error. Una vez que se ha identificado el bit, el receptor puede invertir su valor y corregir el error.

Corrección de errores de ráfaga

Los códigos de Hamming sólo pueden corregir errores individuales. Sin embargo, hay un truco que puede servir para que los códigos de Hamming corrijan errores de ráfaga. Se dispone como matriz una secuencia de k palabras codificadas consecutivas, con una palabra codificada por fila. Normalmente se transmitiría una palabra codificada a la vez, de izquierda a derecha. Para corregir los errores en ráfaga, los datos deben transmitirse una columna a la vez, comenzando por la columna del extremo izquierdo. Cuando todos los bits k han sido enviados, se envía la segunda columna y así sucesivamente. Cuando la trama llega al receptor, la matriz se reconstruye, una columna a la vez. Si ocurre un error en ráfaga de longitud k, cuando mucho se habrá afectado 1 bit de b cada una de las k palabras codificadas; sin embargo, el código de Hamming puede corregir un error por palabra codificada, así que puede restaurarse la totalidad del bloque. Este método usa k bits de verificación para inmunizar bloques de km bits de datos contra un solo error en ráfaga de longitud k o menos.