2. Nivel Físico

1. Bases teóricas para la comunicación de datos
2. Medios de transmisión
3. Transmisión analógica
4. Transmisión digital
5. transmisión y conmutación
6. ISDN
7. Manejo de terminales

2.1 Bases teóricas para la comunicación de datos

• la información se transmite variando algunas propiedades físicas del medio como por ejemplo el voltaje o corriente.
• puede representarse como una función del tiempo f(t) y puede modelarse en forma matemática.

análisis de fourier

• Fourier, en el siglo XIX, demostró que cualquier función que se comporte de forma razonablemente periódica, como por ejemplo g(t), de periodo T, puede construirse mediante la suma de un número posiblemente infinito de senos y cosenos :

• en donde:
  • f = 1/T representa la frecuencia fundamental
  • a_n y b_n son las amplitudes correspondientes al seno y coseno de los armónicos n-ésimos (términos).

capacidad de transferencia de datos de un canal

• Nyquist en 1924, derivó una ecuación que ex-presaba la velocidad máxima de datos a través de un canal sin ruido, con un ancho de banda finito.

donde: V es el número de niveles discretos y H es el ancho de banda

por lo que un canal sin ruido de 3 kHz transmitiendo señales binarias o de 2 niveles, no podrá exceder los 6.000 bps.

• Shannon, en 1948, estableció que la máxima velocidad de un canal con ruido con relación señal ruido S/N, esta dada por :

número máximo de bps = H log₂ (1+ S/N)

por ejemplo si H es de 3 kHz y la relación S/N es de 30 dB, nunca se podrá transmitir a mas de 30.000 bps, aunque en la practica 9.600 bps se considera excelente.

2.2 Medios de Transmisión

• ruta de interconexión del origen y destino de los datos
• recibe nombres de: circuito, línea, medio de transmisión.
• se tiene dos tipos de diseños:
  • canales punto a punto
  • canales de difusión
• características influyen en: velocidad, costo, distancia de transmisión.

algunos medios de transmisión:

• medios magnéticos : cintas y discos.
• par trenzado
• cable coaxial
• fibras ópticas
• trayectoria óptica : infrarrojos, láser, microondas o radio.
• vía satélites

2.3 Transmisión Analógica

• sistema de transmisión que ha dominado el campo de las comunicaciones.

sistema telefónico

• para conectar de un par de equipos cercanos, puede bastar con un cable directo entre ellos.
• pero, si las distancias son grandes, o están en edificios o localidades diferentes, es mas conveniente basarse en un sistema de comunicaciones ya existente como el sistema telefónico.
• bucle de abonado es el nombre que se le da a las conexiones de 2 hilos existentes entre cada uno de los abonados telefónicos y la oficina.
• para conectar las llamadas de 2 abonados, esto se puede realizar dentro de la misma planta conmutadora si por coincidencia ambos abonados pertenecen a ella o cruzando a través de troncales de conexión entre plantas conmutadoras.

módems

• las señales de banda base digitales no son adecuadas para su transmisión por el bucle de abonado, por lo que es necesario introducir esta señal, comúnmente de corriente continua, en un tono alterno o portadora senoidal, modulando su amplitud, frecuencia o fase, para transmitir la información.
• dispositivo que recibe como entrada un flujo de bits en serie y al mismo tiempo produce una portadora modulada como salida.

RS-232-C y RS-449

• es la interfaz entre el computador o equipo terminal y el módem, representando un ejemplo de protocolo de la capa física.
• la especificación mecánica considera un conector de 25 pines, con todas sus dimensiones bien especificadas.
• la especificación eléctrica considera que para decidir si un bit está en 1, se deberá tener un voltaje más negativo que -3 volts; y para el bit 0, que el voltaje sea superior a +4 volts.
• es posible tener velocidades de hasta 20 Kbps y longitud máxima de 15 metros de cable.
• la especificación funcional indica los circuitos que están conectados a cada uno de los 25 pines, así como el significado de c/u de ellos.
• la RS-449 puede utilizarse en velocidades de hasta 2 Mbps, en cables de hasta 60 metros.

2.4 Transmisión Digital

• transmisión de bits en lugar de señales continuas.
• ventajas evidentes en la calidad de la transmisión como en la velocidad, ya que es posible regenerar las señales originales, lo que no se puede conseguir con transmisión analógica.
• una de las técnicas mas utilizadas es la PCM o modulación por impulsos codificados, con 8.000 muestras por segundo o cada 125 ms, para capturar la información de un ancho de banda de 4 kHz.

• X21 es la especificación de una interfaz digital entre el DTE y el DCE.
• el conector especificado e de 15 pines aunque el cable definido es de 8 hilos.

2.5 Transmisión y Conmutación

transmisión

• para la transmisión de información, especial-mente en forma digital, se tiene dos tipos:
  • multiplexación por división de frecuencia, donde la banda es dividida en varios canales y cada usuario tiene un canal exclusivo.
  • multiplexación por división de tiempo, donde cada usuario, por turnos, obtiene para su uso, todo el ancho de banda del canal.

conmutación

Dependiendo de la modalidad con que fluye la información por el interior de la red, desde ECD fuente a ECD destino, tenemos tres modalidades de conmutación:

• Por circuitos
• Por Mensajes
• Por Paquetes

conmutación de circuitos

• los nodos de conmutación establecen una co-nexión (física) directa, punto a punto, entre los ECD terminales, análogo a una central telefó-nica.
  • establecimiento de un circuito físico fin-a-fin.
  • unión física entre los terminales de datos
• se requiere un tiempo para el establecimiento de la llamada y a continuación los datos pueden ser transmitidos sin introducción de retardo por los nodos.
• la conexión establecida es utilizada durante todo el período entre el establecimiento del circuito y el final de la llamada.
  • caso típico: sistema telefónico
• las redes DATRAN y TYMNET son ejemplos de redes de este tipo.

conmutación de mensajes

• unidad de transmisión: mensaje
• Los nodos ubicados en el camino reciben y envían el mensaje por un camino o enlace de salida que esté libre.
• Si no hay un enlace disponible, el nodo almacena el mensaje en disco para mas tarde enviarlo adelante.
• Esta modalidad se denomina: "STORE-AND-FORWARD".
• El enlace sólo es usado durante la transmisión del mensaje.
• Posibilita compartir enlaces y aumentar el trafico en ellos al multiplicar su uso por varios nodos terminales (ECD).
• En evaluación de rendimiento debe considerarse el retardo introducido por enfileramiento de mensajes y costos de almacenamiento en los nodos intermediarios.
• No requiere fase de establecimiento del enlace entre ECD terminales.
• En: Telex, Autodin l, "SITA airline systems"

conmutación de paquetes

• paquete: unidad de transmisión
• tamaño: pequeño, máximo fijo (ejem.: 2 Kbits)
• almacenamiento: sólo en memoria ram, no en disco
• un mensaje de tamaño mayor deberá ser segmentado en paquetes.
• paquete que no puede avanzar es descartado en la red o se impide su entrada para evitar congestión.
• salen en orden, pero al recorrer caminos distintos, pueden llegar en orden no correcto. El sistema debe reordenarlos.
• ampliamente utilizado en redes públicas o de valor agregado.
• al paquete se le agregan varios campos para control en la red tales como:
  • control de errores
  • control de flujo
  • secuenciación
• norma X.25 de la ISO.
• funcionamiento como: circuito virtual o datagrama
  • datagrama: autocontenido
  • circ. virt.: análogo a circuito físico
  • la red analiza y entrega en orden
• ejemplos de redes de conmutación por paquetes:

ARPANET

TELENET

AUTODIN II

CYCLADES

EIN (European Information Network)

DATAPAC

MERIT

2.6 ISDN: Integrated Services Digital Network o RDSI Red Digital de Servicios Integrados.

• integra datos, voz y señales de vídeo en una línea telefónica digital, llevándola a la oficina o la casa.
• ISDN de banda angosta tiene una velocidad máxima de 2 Mbps, cobre cables de cobre, proporcionando servicios digitales de 64 o 128 Kbps, siendo mejor que velocidades máximas de 28 Kbps de los modems sobre líneas analógicas.
• ISDN de banda ancha trabaja en la gama de los Mbps a los Gbps.

Servicios ISDN

• teletex: para el intercambio de mensajes, tipo correo electrónico.
• telefax: utilizando normas de facsímil para el intercambio de archivos con imágenes digitalizadas.
• videotex: para acceso interactivo a bases de datos remotas con información de texto e imágenes, por ejemplo para reemplazar el libro de directorio telefónico, o para solicitar información de espectáculos, restaurantes, páginas amarillas en línea, reservas de pasajes aéreos, etc.
• telemetría: para por vía telefónica, las compañías de gas, luz, agua, puedan tomar el estado del medidor, o enviarse un aviso de alarma a bomberos o carabineros al activarse un sensor de humo o de presencias no deseadas en casa, o un aviso al centro medico activando algún botón por emergencia médica, etc.
• números múltiples: proporciona una vía para que una única interfaz tenga asignados múltiples números de teléfono.
• identificación de la persona que llama: mostrando la identificación de la persona que realiza la llamada. Esto podría conectarse a una base de datos y traer los antecedentes del llamador a la pantalla del computador antes de contestarle, por ejemplo valores de las acciones, estado de las facturas, etc.
• sistema grabador de mensajes, para cuando nadie responda la llamada.
• despertador automático, para hoteles u otros.
• conexión de computadores, incluso en modo difusión.
• grupos privados de conexión, controlando cuidadosamente la conexión hacia el exterior.
• otros

2.7 Manejo de Terminales

• en algunas aplicaciones, el costo de las líneas de comunicación se hace comparable con el del equipamiento conectado a ellas.
• por lo tanto, se diseñaron equipos para compartir las líneas por varios terminales.
• el modelo conceptual incluye un controlador de terminales que acepta entradas de múltiples terminales, ya sea a través de una línea multipunto o de varias líneas punto a punto.

polling o sondeo

• ¿que pasa si todos los terminales tratan de enviar información al mismo tiempo?
• el método tradicional obliga a cada uno de los terminales a que permanezcan en silencio hasta que el controlador les indique la señal de "adelante".
• el esquema es el de master-slave.
• en líneas punto apunto el mensaje se dirige a la puerta correspondiente a la línea del terminal.
• en líneas multipunto se requiere una capacidad mínima de procesamiento de direcciones por parte del terminal.

multiplexación vs. concentración

multiplexación:

trabaja en modo de multiplexación de tiempo, asignando un slot de tiempo a cada terminal, se ocupe este slot o no.

concentración

cada caracter enviado por la línea es acompañado de la dirección del terminal, para identificación.

servidores de terminales

• utilizado para conectar terminales a maquinas host.
• los terminales se unen via una interfaz RS-232 y el servidor se conecta a la red a través de una tarjeta ethernet o token ring.
• es fundamentalmente un multiplexador que no sólo conecta terminales, sino también modems, impresoras y otros periféricos.
• el servidor de terminales encapsula los datos procedentes de los terminales para transportarlos sobre la red a la que esta conectado el o los host.
• el servidor de terminales se conecta directamente al cable de red, no a un host.