Redes

965 views

Published on

Published in: Technology
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
965
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
38
Actions
Shares
0
Downloads
28
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Redes

  1. 1. COMUNICACIONES Y REDES INFORMÁTICASPequeña visión general de las redes informáticas así como la transmisión de datos |Desarrollo De Productos Electrónicos |
  2. 2. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Sergio Cabeza Barrantes 2
  3. 3. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________Tabla de contenidoPARTE I: GENERAL........................................................................................................................6 1.1 ¿Qué Es Una Red Informática?...........................................................................................6 1.2 Configuración De La Línea..................................................................................................7 1.3 Modos De Transmisión ......................................................................................................8 1.4 Diseño Físico: Topologías De Red.......................................................................................8 1.4.1 Topología en anillo......................................................................................................8 1.4.2 Topología en bus.........................................................................................................9 1.4.3 Topologia en malla......................................................................................................9 1.4.4 Topología en estrella.................................................................................................10 1.4.5 Topología en árbol.....................................................................................................10 1.4.6 Topología celular.......................................................................................................11 1.4.7 Topología híbrida.......................................................................................................12 1.5 Medios De Transmisión....................................................................................................12 1.5.1 Par trenzado..............................................................................................................12 1.5.2 Cable Coaxial.............................................................................................................13 1.5.3 Fibra Óptica...............................................................................................................13 1.5.4 Transmisión Inalámbrica............................................................................................14 1.6 Protocolos........................................................................................................................14 1.6.1 Modelo OSI................................................................................................................15 1.6.2 Arquitectura TCP/IP...................................................................................................17 1.7 Red Área Local y Red De Área Amplia...............................................................................17 1.7.1 Red de área local.......................................................................................................18 1.7.2 Red de área amplia ...................................................................................................18 1.8 Modem.............................................................................................................................19PARTE II: COMUNICACIÓN DE DATOS........................................................................................20 1.9 Señal Analógica Simple.....................................................................................................20 1.10 Señal analógica compuesta............................................................................................21 1.11 Señal digital....................................................................................................................22 1.11.1 Teorema de Nyquist................................................................................................23 1.11.2 Teorema de Shannon-Hartley..................................................................................24 Sergio Cabeza Barrantes 3
  4. 4. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________PARTE III: CODIFICACION DE DATOS...........................................................................................25 1.12 Modulación: Datos Digitales, Señales Analógicas ..........................................................25 1.12.1 ASK-Modulación por desplazamiento de amplitud..................................................26 1.12.2 FSK-Modulación por desplazamiento de frecuencia................................................27 1.12.3 PSK-Modulación por desplazamiento de fase..........................................................28 1.12.4 QAM-Modulación en amplitud de cuadratura.........................................................29 1.13 Codificación: Datos Digitales, Señales Digitales..............................................................30 1.13.1 Codificación unipolar...............................................................................................30 1.13.2 Codificación polar....................................................................................................31 1.13.3 Codificación Bipolar.................................................................................................34 1.14 Digitalización: Datos Analógicos, Señales Digitales.........................................................37REFERENCIAS..............................................................................................................................38 1.15 Páginas WEB...................................................................................................................38 1.16 Libros..............................................................................................................................38 1.17 Portada...........................................................................................................................39 Sergio Cabeza Barrantes 4
  5. 5. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Sergio Cabeza Barrantes 5
  6. 6. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________PARTE I: GENERAL1.1 ¿Qué Es Una Red Informática? Una red de ordenadores o red informática es un conjunto de procedimientos,programas informáticos y conexiones físicas que se establece cuando dos o más ordenadoresson conectados entre sí. Mediante esta interconexión, dichos equipos pueden enviar y recibirdatos de otros terminales, así como compartir ficheros o impresoras. Para ello, se debeestablecer un método por el cual, los datos deben recibirse sin sufrir ninguna modificacióndesde que fueron enviados. De la misma manera, se deberá establecer diferentes reglas ynormas, llamadas protocolos, entre ordenadores para establecer idénticos procedimientos deconexión, comunicación y transferencia de datos entre los ordenadores que manejanlenguajes distintos es decir, que los ordenadores en que estén en red con protocolosdiferentes nunca podrían establecer una comunicación. Para ello, deberán tener el mismolenguaje. El proceso de comunicación entre equipos se esquematiza de la siguiente forma: Esquema general del sistema de comunicación En las conexiones entre ordenadores se pueden diferenciar varios componentes. Lasconexiones físicas o el hardware de red entre equipos, mediante el cual se establece losmateriales que unen los ordenadores, por ejemplo el tipo de conectores a usar, los cablestransmisores u otro medio de transmisión. Por otra parte, existen las conexiones lógicas o elsoftware de red por el cual, diferentes programas decretan las normas a seguir para el envío yrecibimiento de información. Por último, cabe destacar los medios de transmisión quetransportan las señales, ya que deberán ser de unas especificaciones necesarias para podertransmitir toda la información sin ninguna pérdida. Para conectar diferentes ordenadores en una red informática, es necesario determinaruna arquitectura de red, mediante la cual se combina los dos tipos de conexiones anteriores, lafísica y la lógica. Cuando utilizamos una red informática pública para enviar y recibir datos, ya Sergio Cabeza Barrantes 6
  7. 7. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________sea entre dos ordenadores (por ejemplo un correo electrónico) o para navegar en una páginaweb la llamaremos “Internet”. Sin embargo “Intranet” también utiliza los mismos protocolosque Internet, pero con la diferencia que en este caso se trata de una red privada deordenadores. Por último, “Extranet” la podríamos definir como una red semiprivada que utilizalos protocolos de internet, una infraestructura pública, pero se comunica de forma seguramediante una organización de equipos o servidores.1.2 Configuración De La Línea La configuración de la línea es la antesala a las topologías. En ella establecemoshabilitamos el tipo de enlace físico que se establece cuando comunicamos dos o másdispositivos entre sí. Existen dos tipos de configuración de la línea: • Punto a punto. Se establece cuando existe un enlace únicamente para dos terminales donde el canal queda reservado para la transmisión de información entre ambos terminales. Configuración Punto a punto • Multipunto. A diferencia del Punto a Punto, el multipunto varios dispositivos compartes el canal. Por lo que este no queda espacialmente reservado, si no que la capacidad del canal se reparte entre los equipos. Configuración Multipunto Sergio Cabeza Barrantes 7
  8. 8. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________1.3 Modos De Transmisión Al crear una red informática entre dos dispositivos, deberemos saber cómo es el modode transmisión, es decir a la dirección del flujo o intercambio de información (señales tantoanalógica como digitales) a través de un medio de transmisión o canal. Entonces, la línea detransmisión se podrá dividir en tres clases: • Simplex. En este caso, el flujo de información será unidireccional, es decir, los datos solo irán en una sola dirección a través del medio de transmisión, y por tanto, hay solo un emisor y un receptor.(un carril de un solo sentido) • Half-dúplex o semidúplex. A diferencia del anterior, en el caso del semidúplex el emisor también es receptor, al igual que el receptor es emisor. Pero con un pequeño inconveniente, uno de los dos terminales podrá enviar o recibir datos, pero no podrá realizar las dos acciones al mismo tiempo. Cuando uno envía, el otro solo puede recibir, y viceversa. (Un carril de dos sentidos) • Full-dúplex o dúplex. En este caso, se resuelve el problema anterior, ya que los dos terminales pueden emitir y recibir simultáneamente. Para solucionarlo, se deberá disponer de dos medios de transmisiones diferentes separados, o simplemente dividir la capacidad de un solo canal para poder transmitir en los dos sentido. (Dos carriles de dos sentidos)1.4 Diseño Físico: Topologías De Red Cuando estamos hablando de las topologías de las redes telemáticas, nos referimos ala forma física en que está formada por los componentes s estas redes, es decir, a lainterconexión entre los ordenadores y equipos que formas las redes informáticas. En función de cómo estén conectados los ordenadores o equipos en una red,podremos distinguir varias topologías:1.4.1 Topología en anillo Este tipo de topología, la red consta de varios equipos unidos entre sí formando unbucle cerrado o anillo. Sergio Cabeza Barrantes 8
  9. 9. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Este tipo de red se le llama emisora,es decir, la información enviada por unordenador es leída por otro ordenadoradyacente, que examinará la dirección de lainformación. Si la dirección del paquete deinformación coincide con el destinatario, esteúltimo copiará los datos. Cuando estainformación es leída por este segundo nodo Topología en anillo(ordenador) y no coincide la dirección, el equipovolverá a mandar la información para que circule por el anillo, para que un tercer ordenadorhaga el mismo procedimiento, y así sucesivamente hasta que el paquete llegue a su destino.1.4.2 Topología en bus La topología en bus consiste en la conexión de varios equipos a un medio detransmisión conocido como bus de datos lineal. En este caso, también se trata de una redemisora, ya que todos los ordenadores son receptores cuando un nodo envía un paquete dedatos en ambas direcciones, los demás nodos examinaran si la dirección del paquete coincidecon la dirección del destinatario. Hasta el momento que lo haya detectado, el nodo emisorsigue enviando información para solucionar posible interferencias si existe otro nodo queemita otra información simultáneamente. El nodo finamente comprobara posteriormente lacorrecta transmisión de la información. La información viaja a gran velocidad a través del bus yfinaliza en extremos de dicho bus. Topología en bus1.4.3 Topologia en malla En la topología en malla, los nodos estas conectados a todos y cada uno de los otrosnodos en una red informática. De esta manera, podemos permitirnos mandar datos de unequipo a otro sin necesidad de pasar por ningún otro equipo, o por medio de diferentes Sergio Cabeza Barrantes 9
  10. 10. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________caminos. Si fallase un camino, losdatos podrían viajar por otro. De estaforma, la topología de malla seconvierte en un sistema seguro paraenviar datos sin algún caminopudiera sufrir daños. Topología en malla1.4.4 Topología en estrella La topología en estrella consiste en la conexión de los nodos a un nodo central, puntode conexión entre nodos, router no concentrador. Es decir los nodos radian desde un puntocentral, el router. Este último tienecomo función transmitir la informaciónque manda alguno de los nudos yredirecciona la información hacia elequipo correspondiente, salvo que elpunto central funcione como un busnormal, y la información se transmitiráhacia todos los nodos conectados. Topología en estrella1.4.5 Topología en árbol La topología en árbol se puede entender como una derivada de la anterior, latopología de estrella, o una generalización de la topología en bus. Si lo tomamos como losegundo, podremos decir que esta topología se caracteriza por ser un bus abierto ramificadoque comienza en un punto central, el headend (como en la topología en estrella, al quellamábamos router). Adicionalmente, estas ramas pueden volver a ramificarse dando lugar auna estructura en árbol. El modo de transmisión de información, será igual que en la topologíaSergio Cabeza Barrantes 10
  11. 11. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________en estrella. Existe un problema derivado dela topología en bus ya que si dosordenadores intentan transmitir a la vez,tendrán el mismo problema en estatopología en esa misma situación. Parasolucionar este problema, en estecaso se mandaran tramas deinformación, las cuales llevan un identificador en la cabecera donde se incluye el destino dedicha trama. Topología en árbol1.4.6 Topología celular La topología celular está referida a redes inalámbricas que utilizan diferentesprotocolos de transmisión. Los nodos (inalámbricos) se conectan a un nodo central base pararecibir de él la información. Para cada nodo se establecerá un canal correspondiente para suconexión y posteriormente la transmisión de la información. Topología celularSergio Cabeza Barrantes 11
  12. 12. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________1.4.7 Topología híbrida En este tipo de topología se aplicará todas las combinaciones posibles de las topologíasanteriores. Topología híbrida1.5 Medios De Transmisión Los medios de transmisión de datos son los soportes físicos por el cual se apoya lasredes informáticas para enviar datos e información y poder comunicarse desde el emisor alreceptor. Estos medios se pueden clasificar según su naturaleza en guiados o no guiados. Losmedios de transmisión guiados son aquellos en los que la información se transmite medianteuna señal a través de un cable físico por el que se propaga dicha señal, por lo que será elpropio cable el que limite la calidad de la transmisión. Cabe destacar para los guiados, losmedios más utilizados como el par trenzado, el cable coaxial y la fibra óptica. Los medios detransmisión no guiados son aquellos en los que las señales se transmiten a través de una redinalámbrica o antena, como por ejemplo la radiodifusión, las microondas o infrarrojos. Acambio de los medios guiados, los medios no guiados no proporcionan un direccionamiento dela señal, como es el en caso de los cables o fibra óptica.1.5.1 Par trenzado El par trenzado consiste en dos cables de cobre aislados independientemente uno poruno embutidos así mismo en un aislante. Dos cables en paralelo forman un antena y por tantoser capaces de captar interferencias, ruidos o perturbaciones en la señal transmitida, debido aesto, se los cables entrecruzan. Este tipo de cable resulta muy económico, y por tanto es el medio de transmisión másutilizado.Sergio Cabeza Barrantes 12
  13. 13. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ En este tipo de transmisión se pueden dar varios tipos, uno de ellos es el UTP. Los UTPson los más simples ya que no tienen pantalla aislante entre los cables y el aislante exterior.Otro tipo es el STP, los cuales son pares trenzados apantallados individualmente, u otra formade decirlo, los cables de cobre se apantallan por individual antes de abrigarlos con el aislanteexterior. Este tipo son los que sufren menos perturbaciones de ruido y perturbacionesexteriores. Por último, tendremos los FTP o pares trenzados apantallados, es decir, los cablesde cobre se apantallan conjuntamente antes del aislante. Este tipo de cables se utilizan tanto para transmitir datos analógicos como datosdigitales, pero a corta distancia respecto a los otros medios.1.5.2 Cable Coaxial Otro medio de transmisión es el cable coaxial. A diferencia del par trenzado, estemedio de transmisión, aunque también utiliza dos cables, estos están distribuidos de diferenteforma. En el interior del cable existe un cable de cobre rodeado por un aislante eléctrico.Enrollado sobre este aislante se encuentra el segundo cable, pero en forma de malla ocubierta. Sobre esta malla se abriga con el aislante exterior. La aplicación más utilizada de este tipo de medio es la transmisión de señales detelevisión hasta el domicilio y la telefonía a larga distancia. El cable coaxial resulta muy versátilsi se trata de enviar datos, ya que es un medio, que, por motivo de su apantallamiento, sufremenos perturbaciones e interferencias que el par trenzado.1.5.3 Fibra Óptica La fibra óptica es un medio de transmisión por el cual la luz se propaga a través de uncristal o plástico cilíndrico con un apantallado periférico reflector y posteriormente con elaislante exterior. Se utiliza haces de luz para la transmisión de información binaria,habitualmente la ausencia de luz se le asigna el valor cero y la presencia de esta el valor uno. Dependiendo de la forma de transmitir los datos por la fibra óptica, se podrádiferenciar:Sergio Cabeza Barrantes 13
  14. 14. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ • Monomodo: en este caso la luz se transmitirá de forma directa por la fibra, es decir, en línea recta sin ningún tipo de ángulo de reflexión sobre el apantallamiento. • Multimodo: a diferencia del monomodo, la luz se transmite a través de la fibra con un ángulo incidente sobre el apantallamiento reflector. • Multimodo de índice gradual: en este caso, se produce el mismo proceso que la forma multimodo, pero podremos variar gradualmente el índice de refracción de la fibra, ya que esta aumenta o disminuye gradualmente el índice del centro a los extremos de la fibra. Este tipo de medio de transmisión se utiliza para la transmisión de una mayor cantidadde información a una mayor distancia que los otros medios de transmisión, con una calidad detransmisión excelente sin casi apenas perturbación ni interferencias, salvo cuando han deempalmar dos fibras ópticas diferentes.1.5.4 Transmisión Inalámbrica Este tipo de transmisiones son las llamadas transmisiones inalámbricas. Se llevan acabo de antenas, es decir, no necesita ningún tipo de cables para la transmisión de datos. Estasantenas irradian señales con una determinada frecuencia por el espacio (aire). La longitud deonda (que se desarrollará en la Parte II) es la distancia que separa dos picos consecutivos de laonda, es decir, la distancia que ocupa un ciclo de la onda. Dependiendo de la frecuencia de laseñal emitida, las señales se podrán diferenciar en ondas de radio, ondas infrarrojas omicroondas. Las ondas de radio tienen un rango de frecuencia entre 30MHz y 1GHz, soncapaces de atravesar edificios y recorrer largas distancias. Las ondas infrarrojas se utilizansobre todo para controles remotos y cortas distancias. Las ondas microondas están entre 1 y10GHZ, no atraviesan bien los edificios y se utilizan para largas distancias.1.6 Protocolos Como explicamos en el punto 1.1 llamamos protocolo al conjunto de reglas einstrucciones para que dos equipos diferentes tengan idénticos procedimientos de conexión,comunicación y transferencia de datos entre los ordenadores que manejan lenguajes distintos.Sergio Cabeza Barrantes 14
  15. 15. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Hay dos protocolos que son determinantes en el desarrollo de las comunicaciones. Elprotocolo TCP/IP fue creado para servir de estructura la a comunicación mediante Internet,pero el modelo que describe y estructura toda la arquitectura es el modelo OSI. Seguidamente describiremos la arquitectura TCP/IP y el modelo OSI.1.6.1 Modelo OSI El modelo OSI es un modelo orientativo y descriptivo creado por la ISO (OrganizaciónInternacional para la Estandarización) para intentar definir las arquitecturas de conexión entrelas diferentes redes existentes mediante diversas capas o niveles estructuradasjerárquicamente. Cada capa o nivel realiza una función específica, la cual implementara unafunción sobre la información sin tener en cuenta el resto de niveles, sobre la información aenviar o recibir. Sobre cada capa existen otras dos adyacentes a ella, una superior y otrainferior, las cuales ofrecen servicios a esta intermedia. La capa superior ofrece servicios a lainferior, y esta última los utiliza de la superior. El último propósito del modelo OSI es el intercambio de datos entre equipos. Para ello,la información debe pasar, con anterioridad a ser transmitida, por los diferentes niveles paraque se le puedan añadir datos de control en la cabecera de la información a enviar. Estos datosde control únicamente serán leídos e interpretados por los niveles homónimos en el equiporeceptor de la información, por lo que los niveles inferiores a este, no serán capaces deinterpretar la información y por tanto no podrán leerla. Para que exista el lenguaje entre losniveles homónimos, deberán tener el mismo protocolo. Al conjunto de protocolo que utiliza elmodelo OSI se le llamará pila de protocolos. El modelo OSI se divide en los siguientes niveles: • Nivel físico: el nivel físico es aquel que se encarga de la transmisión y la conexión del equipo con la red, y posteriormente con el equipo receptor. Define los medios físicos e interfaces, así como el medio de transmisión, velocidad de transmisión, modo de transmisión y topología de la red.Sergio Cabeza Barrantes 15
  16. 16. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ • Nivel de enlace: la capa de enlace se encarga de proporcionar una transmisión adecuada entre emisor y receptor, es decir, que la información enviada sea fiable, es decir, que se mande sin errores a la velocidad de transmisión adecuada para que el receptor pueda recibirlo. Esto se consigue dividiendo la información en tramas, además de las cabeceras. Estas tramas se direccionan mediante estas cabeceras, las cuales tienen la información del receptor. • Nivel de red: esta capa es la encargada de realizar la correcta entrega de la información al receptor aunque este esté en diferentes redes. Esta capa es en la que los enrutadores cumplen su función, encaminando y direccionando los paquetes de datos. • Nivel de transporte: esta capa se encargaDiferenteslos datos e modelo OSI de llevar capas del información al destinatario, aunque estos no se encuentren en la misma red. La información enviada en este caso se llamará segmento. • Nivel de sesión: esta capa se encarga de organizar, mantener y sintetizar el orden entre el enlace establecido y la comunicación e intercambio de datos. Esta capa sincroniza ambos equipos para la transmisión y recepción de datos. • Nivel de presentación: esta capa se encarga de presentar la información, de manera que aunque diferentes ordenadores hablan diferentes lenguajes, esta capa sintetiza la información para que los equipos pueden representar este lenguaje adecuadamente y reconocible por el equipo receptor. • Nivel de aplicación: Esta capa es la que, aunque indirectamente ya que se hace a través de un programa o aplicación, interactúa con el usuario del equipo. Este nivel implementa servicios como el de transferencia deSergio Cabeza Barrantes 16
  17. 17. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ archivos, servicios World Wide Wide (WWW) o servicios de correo electrónico.1.6.2 Arquitectura TCP/IP Internet como ya hemos dicho, se basa en un conjunto de protocolos de red, llamadosprotocolos TCP/IP. Estos protocolos lo componen el protocolo TCP (Transmission ControlProtocol) o protocolo de control de transmisión de datos y el protocolo IP (Internet Protocol)o protocolo de internet. Esta arquitectura es la que se ha impuesto ya que es un claro ejemplo de cómoconectar diferentes redes (LAN y WAN) que trabajan con diferentes lenguajes. Esta familia de protocolos se basan en el modelo OSI descrito en el apartado anterior.Pero a diferencia del modelo OSI, la arquitectura de protocolos TCP/IP solo presenta cincocapas o niveles: nivel de aplicación, nivel de transporte, nivel internet, nivel de red y nivelfísico. Habitualmente estos dos últimos se juntan en el nivel de enlace físico. De igual manera ypor analogía con el modelo OSI, en la capa de aplicación de la arquitectura TCP/IP podríamosagrupar los niveles de aplicación, de presentación y de sesión del modelo OSI.1.7 Red Área Local y Red De Área Amplia con el modelos OSI Analogías de la arquitectura TCP/IP Como ya hemos visto en las topologías, una red informática es un conjunto de equipos(nodos) conectados entre sí mediante enlaces físicos para el envío de información a través deellos para compartir recursos. E n función de lo anterior podremos definir varios tipos de redessegún la ubicación en un área geográfica. Podríamos desarrollar diferentes redes como son lared de área persona o PAN (Personal Area Network), una red de are de campus o CANSergio Cabeza Barrantes 17
  18. 18. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________(Campus Área Network) o una red de área metropolitana o MAN (Metroplotian Area Network),pero por el grado de importancia mundial, ya que son las más extendidas globalmente,explicaremos la red de área local, y la red de área amplia.1.7.1 Red de área local Un red de área local o también llamada LAN (Local Area Network) son aéreasgeneralmente privadas de organismos o usuarios que las administran y que la utilizan parainterconectar diferentes dispositivos cercanos, así es, definiremos una red LAN como aquellared en los que los equipos o nodos están próximos entre sí, comúnmente dentro del propioedificio. Las velocidades en este tipo de red oscilan entre 10 y 100 Mbps Los protocolos que se utilizan habitualmente en este tipo de redes son los protocolosde las capas superiores del modelo OSI que veremos más adelante. Las redes LAN. Losestándares para estas redes las impuso la organización de estandarización IEEE, el cual creó unproyecto para este tipo de redes llamado IEEE 802. El IEEE 802 implementa las funciones delnivel físico y de enlace, es decir, define mas una los niveles más bajo del modelo OSI. Las principales topologías de la red LAN son de bus, en estrella, en anillo, en malla y enárbol. Ethernet y CSMA-CD son dos ejemplos de LAN.1.7.2 Red de área amplia Una red de área amplia, área extensa o WAN (Wide Area Network) es aquella red quese extiende mucho más allá de las redes LAN, es decir, tienen un campo de comunicación másextenso y disperso. Son redes públicas con acceso frecuentemente mediante cable telefónico. Este tipo de redes WAN implementa los protocolos del modelo OSI, preferentementelos niveles primeros, hasta el tercero, aunque pueden cubrir hasta el nivel segundo. Además, lared WAN utiliza el protocolo PPP (Point-TO-Point Procotol, Protocolo de punto a punto), el cualse utiliza para dotar y autentificar de una IP para notificar al usuario o cliente del servidor. Las redes WAN contienen una serie de servidores o maquinas encargadas de ejecutarlos programas de los usuarios llamados Host. Los Host son equipos u ordenadores conectadosa la red que proveen de información y datos, así como servidores web o transferencia dearchivos a los demás usuarios conectadas a dicha red. A una red WAN se le puede acoplar unaSergio Cabeza Barrantes 18
  19. 19. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________red LAN mediante un router o encaminador. Cada Host esta está conectado a una red LAN enla cual existe un router para enviar la información a la subred. Las topologías más utilizadas en las rede WAN son las de anillo, estrella o celular1.8 Modem Un modem es aquel dispositivo que convierte las señales recibidas por un equipodeterminado para que puedan ser interpretadas o viceversa, convierte la información enseñales para poderlas enviar por un determinado medio de transmisión entre diferentesequipos, en otras palabras, el modem hace la función de modulador y desmodulador. Elequipo tiene unos datos digitales que desea enviarlos mediante una señal analógica, en estecaso el modem actuará como modulador. Cuando el modem recibe una señal analógica elmodem desmodula la señal para captar los datos recibidos e interpretarlos de forma digital.Estas señales serán transmitidas mediante cables telefónicos como hemos visto en el apartadode medios de transmisión. Este tipo de medios están limitados en cuestión de ancho de banday velocidad de transmisión, por lo que actúamele se esta implantando cada vez mas ara usodoméstico el cable coaxial y la fibra óptica que solucionan notablemente este problemamediante módems que utilizan otras tecnologías. Función del modemSeguidamente, en el siguiente capítulo (en la Parte II), veremos la conversión de señalesanalogías y digitalesSergio Cabeza Barrantes 19
  20. 20. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________PARTE II: COMUNICACIÓN DE DATOS1.9 Señal Analógica Simple Una señal analógica simple o también llamada fundamental es la onda que tiene comoecuación la de un movimiento (respecto del tiempo) armónico simple. Es la onda más sencillaque se puede obtener, y corresponde a una función trigonometría Seno o Coseno. Debido aesto, a este tipo de ondas se les llama también sinusoidal o senoidal. Las señales analógicas simples se describen mediante tres características: amplitud,frecuencia y fase o desfase. La amplitud de una onda es el valor de la magnitud que obtiene la señal en un instanteconcreto. La amplitud máxima, o valor de pico es el valor máximo de la magnitud de la señalen un tiempo concreto. El valor de pico a pico, es el valor máximo entre dos puntos en untiempo concreto de la onda, es decir, la amplitud máxima entre el valor máximo en el ciclopositivo, y el valor máximo en el ciclo negativo. La frecuencia es el numero de ciclos de la onda q se repite en un espacio de tiempodado. DE la frecuencia podemos definir el periodo, ya que es su inversa. El periodo es eltiempo transcurrido entre dos repeticiones, es decir, entre dos ciclos consecutivos. El ángulo de fase o ángulo de desfase es la medida de ángulos en la que se desplaza laonda de una posición relativa (por ejemplo el eje de coordenadas) dentro de un mismoperiodo. Ejemplo de onda armónica simple Además de estas magnitudes, podemos definir longitud de onda (λ)como la distanciaque ocupa un solo ciclo. Siendo la velocidad de propagación de la onda el producto de lalongitud de onda por la frecuencia, es decir:Sergio Cabeza Barrantes 20
  21. 21. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ c=λ⋅ fDonde c es la velocidad de propagación, λ es la longitud de onda, y f la frecuencia1.10 Señal analógica compuesta En realidad, una señal electromagnética puede estar compuesta por varias señalesfundamentales, de amplitud, frecuencia o fase variables. Mediante la teoría matemática, sepuede demostrar que estas señales, por complejas que sean, pueden ser descompuestas enuna seria de señales más simples fundamentales. A esto se le llama Serie de Fourier, en la cual,la señal compleja, se descompone en una seria de sumas de las señales simples. Serie de Fourier: la suma de señales analógicas simpes da como resultado una compleja Hasta ahora las representaciones que hemos hecho de las señales analógicas han sidoun tipo de representación en el dominio del tiempo para el eje X (en función del tiempo) y dela amplitud para el eje Y. Sin embargo, existe otro tipo de representación se las señales de lascuales conocemos la frecuencia, el espectro, donde representamos la relación de la amplitudde la señal para el eje X (como el anterior) y la frecuencia para el eje Y, es decir, en dominio dela frecuencia y la amplitud. Para una señal de corriente continua, la representación la deberíamos situarcoincidente con el eje Y (amplitud) ya que la frecuencia seria nula.Sergio Cabeza Barrantes 21
  22. 22. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Mediante la representación del espectro de las señales fundamentales de la onda,podremos definir un nuevo concepto, el de ancho de banda. El ancho de banda será el rangode anchura de la frecuencia (por tanto medido en Hertzios) del espectro de la señalcompuesta, es decir, la diferencia entre la señal con frecuencia más alta y la señal defrecuencia más baja. Espectro de una onda armónica compleja determinada1.11 Señal digital Una señal digital es aquel tipo de señal generada por una onda electromagnética en laque la misma representa valores discretos que pueden ser interpretados, en lugar de una seriede valores consecutivos dentro de un rango. Estas señale digitales son interpretados por losequipos y sistemas digitales usando la lógica de dos estados, unos y ceros, los cualessimbolizan dos magnitudes o niveles de tensión, alto para el uno, y bajo para el cero, es decir,se aplica un sistema de representación binaria para una serie de valores. Por naturaleza matemática, los cambios entre dos números, no podría ser en untiempo nulo, ya que hay unas transiciones denominadas flancos de bajada y de subida,respectivamente. Generalmente, salvo las señales de reloj, este tipo de señales son no periódicas oaperiódicas cuya periodicidad no sigue ningún patrón o ciclo. Para una señal de este tipo deberemos tener en cuenta las siguientes características:Sergio Cabeza Barrantes 22
  23. 23. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ • Velocidad de transmisión o tasa de bits. (Vt)Es el número de bits transmitidos por segundo. Es comparable a la frecuencia en las señales analógicas simples. Se mide en bits por segundo (bps) y sus múltiplos como Kbps o Mbps • Velocidad de modulación o tasa de datos. (Vm) Es el número de veces que cambia la señal de valor por segundo. Representa la velocidad a la que cambian los datos. Se mide en Baudios. • Intervalo de bit. Es el tiempo necesario para enviar o transmitir un bit. Representa la duración de un bit, por lo tanto se medirá en segundo y sus múltiplos. Vm = 1 T La velocidad de modulación y la velocidad de transmisión estas relacionadas de lasiguiente forma: Vt = Vm ⋅ log 2 M Donde M son los estados posibles de la señal. Este tipo de transmisión se utiliza paradistancia relativamente corta. Para una transmisión de señales digitales, una apreciaciónimportante es la rapidez a la que se puede enviar esas señales, dicho de otra manera, laslimitaciones que sufren las señales para ser enviadas por un medio de transmisión. Para elloexisten dos teoremas para explicar este fenómeno que se desarrollan en los siguientesapartados.1.11.1 Teorema de Nyquist Este teorema (referido al ancho de banda) supone un caso en el que el canal por el quese transmiten los datos está exento de ruido y perturbaciones externas, lo cual, la únicalimitación en la velocidad de transmisión está relacionada solo y únicamente por el ancho debanda de dicho canal. Harry Nyquist (7 de Febrero de 1889-4 de Abril de 1974) publico el teorema conocidocomo Teorema de Nyquist el cual dice que dado un canal (exento de ruido) la velocidadmáxima de transmisión de la señal que se puede conseguir por dicho canal es dos veces elancho de banda del mismo canal.Sergio Cabeza Barrantes 23
  24. 24. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ C = 2 ⋅ Bw Donde C es la velocidad de transmisión o tasa de bits y BW es el ancho de banda delcanal. Cuando hablamos de señales digitales, nos referimos a dos niveles de tensión, sinembargo, como veremos más adelante, se pueden usar señales con más de dos niveles detensión, es decir cada elemento de la señal puede representar más de dos niveles, por ejemplosi tenemos cuatro niveles de tensión, cada nivel representara do bits de información. Parasolucionar el caso de una señal multinivel, Nyquist proporciono la siguiente fórmula: C = 2 ⋅ Bw ⋅ log 2 M Donde M es el número de niveles posibles1.11.2 Teorema de Shannon-Hartley El teorema de Nyquist establecía un canal exento de ruido ni perturbaciones nierrores. La presencia de ruido corrompe la información transmitida, es decir lo bits. Si lavelocidad de transmisión es alta, los bits cada vez estarán más próximos, y por tanto, si se daun rango de ruido, este afectara a más número de bits cuanto mayor sea la velocidad detransmisión, por tanto mayor será la tasa de errores en la transmisión. Ruido se define como cualquier señal electromagnética no deseada que interfiere en laseñal y perturba su correcta transmisión. Un parámetro que debemos tener en cuenta es larelación señal-ruido (SNR o S/N) que se define como el cociente entre la potencia de la señal yla potencia de ruido. Se mide en decibelios (dB) S Potencia de la señal = 10 log10 N Potencia del ruido Por lo tanto, una relación S/N alta significara una excelente calidad en la transmisiónde la señal. Por el contrario, una relación S/N significará que existen altas perturbaciones de laseñal ocasionadas por el ruido que interfiere en la transmisión de los datos. Esto, fue desarrollado por el ingeniero electrónico y matemático Claude ElwoodShannon (30 de Abril de 1916-24 de Febrero de 2001) y el electrónico Ralph Hartley (30 deNoviembre de 1888-1 de mayo de 1970). Se relacionó la relación señal-ruido con la máximaSergio Cabeza Barrantes 24
  25. 25. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________velocidad de transmisión que se puede conseguir en un canal mediante el llamado Teorema deShannon-Hartley (referida a la capacidad del canal): C = BW ⋅ log 2 (1 + S ) N Donde c es la velocidad de transmisión o capacidad del canal, BW el ancho de bandadel canal y S/N la relación señal-ruido.PARTE III: CODIFICACION DE DATOS Tanto la información transmitida por señales analógicas o señales digitales pueden sercodificadas mediantes diversas técnicas para convertirlas en otras señales analogías o digitalescomo se verá a continuación. La elección de una u otra dependerá en términos generales delos distintos medios de comunicación y la disponibilidad de los mismos. Antes de ver las características de cada conversión, debemos señalar el término deseñal portadora. Esta señal es modulada (sufre diversos cambios) en función de la informaciónque le aporta otra señal. Dependiendo como de cómo sean los datos, y de cómo serán las señales, tendremosdistintas combinaciones: • Datos digitales y señales analógicas: Modulación • Datos digitales y señales digitales: Codificación • Datos analógicos y señales digitales.: Digitalización1.12 Modulación: Datos Digitales, Señales Analógicas Esta técnica se utiliza para transmitir datos que en un principio son digitales, pero sedesea transmitir mediante señales analógicas Como veíamos en el apartado de la señalanalógica simple, en dicha señal existen parámetro que pueden ser modificados como son laamplitud, la frecuencia o la fase, por lo que dependiendo de los datos que tengamos a enviar,podremos variar alguna de esas propiedades de la onda.Sergio Cabeza Barrantes 25
  26. 26. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________1.12.1 ASK-Modulación por desplazamiento de amplitud En esta modulación ASK el parámetro que escogeremos para variar será la amplitud.Como los datos a modular son digitales (binarios), contaremos con dos valores, uno para elvalor cero y otro para el valor uno. De esta manera, para el valor cero, la onda tendrá unaamplitud diferente a la amplitud que tendrá la onda para el valor uno. Modulación ASK La señal modulada en ASK tendrá la misma velocidad de transmisión que la velocidadde modulación ya que en un baudio se transmite un bit. Este tipo de señales son muy irascible al ruido, ya que este afecta sobre todo a laamplitud. El ancho de banda mínimo de una señal digital modulada en ASK será igual a: Bw = (1 + d ) ⋅ Vm Donde d es un parámetro que depende del medio de la línea de tranmision y Vm lavelocidad de modulación en Baudios.Sergio Cabeza Barrantes 26
  27. 27. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________1.12.2 FSK-Modulación por desplazamiento de frecuencia En esta modulación FSK, los valores digitales, que siguen siendo dos (binario) variaranla frecuencia en la señal portadora, es decir, la señal obtendrá dos valores diferentes.Dependiendo si es un cero, tendrá una frecuencia, y si es un uno, tendrá otra frecuenciadiferente. Modulación FSK A diferencia de la anterior, la amplitud de la onda no variará, por lo que lasperturbaciones afectaran menos que en ASK, ya que lo único que varía será la frecuencia. Porel contrario, se utiliza más ancho de banda que en la modulación ASK El ancho de banda por tanto será igual a la velocidad de modulación menos ladiferencia que existe entre las dos frecuencias utilizadas. Bw = ( f 2 − f1 ) + Vm Donde f1 y f2 las diferentes frecuencias y Vm la velocidad de modulación en Baudios.Sergio Cabeza Barrantes 27
  28. 28. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________1.12.3 PSK-Modulación por desplazamiento de fase En esta modulación PSK el parámetro que varía es la fase de la onda portadora. Paracada valor binario, la onda tendrá diferente fase, por lo que habrá dos fases diferentes, porejemplo 00 y 1800 para simplificar. Como la modulación obtiene dos valores diferentes,también se le llama modulación 2-PSK o BPSK (Binasy PSK). En el caso de que utilicemos unamodulación con cuatro fases diferentes, la técnica de modulación se llamará 4-PSK o QPSK (00para 00, 900 para 01, 1800 para 10 y 2700 para 11) al igual que si usamos ocho fases diferentes,tendremos una modulación 8-PSK y así sucesivamente. Modulación PSK El ancho de banda por tanto para este tipo de modulación será igual a la velocidad demodulación. Bw = VmSergio Cabeza Barrantes 28
  29. 29. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Donde Vm la velocidad de modulación en Baudios1.12.4 QAM-Modulación en amplitud de cuadratura Este tipo de modulación cambia no solo la amplitud, sino también la fase para losdistintos valores que tome. Debido a esto, existe un gran número de combinaciones posiblesentre la variación de amplitud y el desplazamiento de fase. Para ello, se han elaborado lo quese denomina las constelaciones QAM. Por las cuales, mediante un eje de coordenadas serepresentan dichas variables. Se representa como un vector a la amplitud, donde el tamañodel mismo será el valor representado de la amplitud. En el caso de la fase, se representaracomo el ángulo de inclinación que existe entre el vector que representa a la amplitud y los ejesde coordenadas. Constelación 16-QAM El ancho de banda para una modulación QAM será igual a la velocidad de modulación. Bw = Vm Donde Vm es la velocidad de modulación.Sergio Cabeza Barrantes 29
  30. 30. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________1.13 Codificación: Datos Digitales, Señales Digitales La codificación es el proceso mediante el cual se representa una secuencia de númerosbinarios mediante una señal digital discreta, donde cada pulso toma un valor determinado. Losdatos binarios se transmites este sistema. Por ejemplo le podremos dar par aun valor cero, unnivel bajo de tensión, y para un uno binario, un nivel mayor de tensión. Seguidamente sedescriben los principales tipos de codificaciones. El mayor problema de la codificación es el sincronismo, ya que la codificación trataráde que los dos equipos que se transmiten los datos, estén lo mas sincronizados posibles. Estono es posible si existen largas cadenas de datos (ceros o unos), ya que el equipo receptor no escapaz de identificar el inicio y final de cada bit.1.13.1 Codificación unipolar La codificación unipolar es aquella en la que la señal tiene el mismo signo. A cada valorde la señal se le asigna un nivel de tensión usando únicamente una polaridad, es decir si todosson positivos o todos negativos. Este tipo de codificación es notable por su sencillez. Codificación unipolarSergio Cabeza Barrantes 30
  31. 31. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________1.13.2 Codificación polar La codificación polar es aquella en la que la señal adquiere dos niveles diferentes devoltaje, pero a diferencia de la anterior, usando dos polaridades diferentes, es decir, serepresentará la señal mediante un nivel alto de tensión para un signo, y un nivel bajo detensión para el otro.1.13.2.1 NRZ-L En este tipo de codificación, a los valores se le asignan dos niveles de tensióndiferente, un nivel de tensión positivo para el cero y un nivel de tensión negativo para el uno. Codificación NRZ-L Este método de codificación no consigue solucionar el problema del sincronismo, yaque nos podemos encontrar con largas cadenas de ceros o unos y la señal será por tantocontinua.1.13.2.2 NRZ-I En este caso, a los valores de uno se les representara como la transición entre dosniveles de tensión, mientras que para los valores cero se les representara sin ningún cambio depolaridad.Sergio Cabeza Barrantes 31
  32. 32. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Codificación NRZ-I Este método de codificación es mejor que el anterior en la cuestión del sincronismo, yaque implementa una mejora reduciendo la componente continua en las cadenas de unos, perono en las cadenas de ceros.1.13.2.3 RZ En este tipo de codificación se utilizaran dos polaridades, pero tres niveles de tensión,uno positivo, otro negativo y el tercero nulo o cero. Para un valor uno se le representara comoel cambio de niveles entre el nivel positivo y el cero, mientras que para el valor cero será elcambio entre el nivel negativo y el cero. Por lo tanto este cambio se llevara a cabo en mitad delbit. Codificación RZ La utilización de tres niveles de tensión soluciona notablemente el problema delsincronismo.Sergio Cabeza Barrantes 32
  33. 33. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________1.13.2.4 Manchester En la codificación Manchester se le da más importancia a la transición entre dosniveles o polaridades, ya que utilizaremos una transición entre la polaridad negativa a lapositiva para lo unos y una transición inversa a la anterior (de la positiva a la negativa) para losceros. Codificación Manchester Esta codificación soluciona mucho mejor el problema del sincronismo, ya que anulacompletamente la componente continua que pudiese originar las cadenas de unos o ceros.1.13.2.5 Manchester diferencial La codificación Manchester Diferencial deriva de la codificación Manchester, ya que aligual que esta, también se utiliza un cambio de polaridad para representar un valor. En estecaso, los ceros se representaran por una transición al principio de cada bit. Mientras que losunos se representaran simplemente con un cambio de polaridad.Sergio Cabeza Barrantes 33
  34. 34. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Codificación Manchester diferencial Al igual que en la codificación Manchester, este tipo de codificación anula porcompleto la componente continua, y soluciona así los problemas de sincronismo.1.13.3 Codificación Bipolar Las codificaciones bipolares son aquellas las cuales utilizan tres niveles de tensión(positivo negativo y cero). A diferencia de la codificación RZ, el nivel cero lo asociaremos alvalor binario cero, mientras que para representar los unos, será una alternación entre valoresnegativos y positivos.1.13.3.1 AMI La codificación AMI utiliza claramente la representación mediante tres niveles detensión. Los ceros se representaran mediante el nivel cero, mientras que lo unos, la polaridadse irá alternando.Sergio Cabeza Barrantes 34
  35. 35. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Codificación AMI En este caso podemos tener problemas de sincronismo para cadenas largas de ceros1.13.3.2 HDB3 Para eliminar el problema anterior con las cadenas de ceros y la sincronización,utilizaremos la codificación HDB3. En esta codificación se añade un patrón a la codificaciónAMI cuando tenemos una cadena de cuatro ceros consecutivos. Este patrón se llama violación,ya que altera el procedimiento de la codificación anterior. Dependiendo de los últimos unosque haya en la última violación, esta se lleva a cabo de manera diferente: • Si el número de unos desde la última sustitución impar, la violación se realiza de la siguiente manera: Codificación HDB3 impar • En cambio si el numero de unos desde la última sustitución par, la violación de la siguiente manera:Sergio Cabeza Barrantes 35
  36. 36. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Codificación HDB3 par Codificación HDB3 En esta codificación aplicamos una mejora en la componente continua y el problemadel sincronismo ya que acortamos la cadena de ceros a tres por cadena.1.13.3.3 B8ZS Este tipo de codificación también es igual que la codificación AMI, pero en este caso seaplicará un patrón de sustitución cuando exista una cadena consecutiva de ocho ceros. Sepuede dar dos situaciones diferentes depende del nivel (polaridad) del uno que hay antes de lacadena de ceros. Si la polaridad es positiva: Si la polaridad es negativaSi la polaridad es negativa:Sergio Cabeza Barrantes 36
  37. 37. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ Codificación B8ZS positiva Codificación B8ZS negativa Codificacion B8ZS1.14 Digitalización: Datos Analógicos, Señales Digitales La digitalización es el proceso mediante el cual convertimos unos datos analógicos endatos digitales o señales digitales. Para ello nos serviremos de una técnica más utilizadallamada Modulación por codificación de impulsos (PDM, Pulse Code Modulation). La técnica de digitalización PDM se basa en tres pasos fundamentales: • Muestreo. Este paso consiste en tomar pequeñas muestras de la señal analógica a intervalos regulares de tiempo. Cuanto más pequeño sea el periodo de muestro mejor saldrá la señal analógica. La frecuencia de muestreo no debe ser igual a la de la señal, ya que nos dará una línea continua. Por esto, deberemos usar el Teorema de Nyquist-Shannon, el cual nos dice que para obtener una señal idéntica a la analógica, la frecuencia de muestro deberá ser al menos del doble de la frecuencia más alta de la señal que queramos muestrear.Sergio Cabeza Barrantes 37
  38. 38. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ f muestreo < 2 ⋅ f señal Una vez muestreada la señal, deberemos continuar con el siguiente procedimiento. • Cuantificación. Este proceso consiste en asignar a cada muestra que hemos obtenido en el proceso de muestreo un código binario dependiendo de la escala que escojamos. No podemos tener infinitos valores por lo que si por ejemplo la señal tiene ocho voltios de tensión positivos de máximo, escogeremos una escala de cero a siete, teniendo ocho amplitudes. • Codificación. En este último proceso, deberemos obtener un código binario de cada muestra para poderlos enviarlos mediante señales, proceso llamado anteriormente como codificación. En el ejemplo tenemos ocho amplitudes, por lo que necesitaremos tres bits para poder codificar hasta ocho amplitudes.REFERENCIAS1.15 Páginas WEB • http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_digit • http://coimbraweb.com/documentos/digital/4.1_senal_digitalycanal.pdf • http://www.configurarequipos.com/doc249.html • http://cm.bell-labs.com/cm/ms/what/shannonday/paper.html • http://www.areanetworking.it/case-study-ccna2-routing.html • http://es.wikipedia.org/wiki/Familia_de_protocolos_de_Internet1.16 LibrosSergio Cabeza Barrantes 38
  39. 39. Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________ • Comunicaciones y redes de computadores / William Stallings ;traducción por DATA AND COMPUTER COMMUNICATIONS/6ª Edición • Manual imprescindible de Redes Edición 2010 (Sams teach yourself networking in 24 hours)/ Uyless Black / Editorial ANAYA Multimedia; traducción por Vanesa Casanova Fernández • Cómo funcionan las redes (How networks work) / Frank Derfler Jr. Les Freed / Editorial Anaya multimedia; traducción por Beatriz Tarancón Álvaro1.17 Portada • http://oscartux.wordpress.com/2010/11/23/seminario-de-redes/Sergio Cabeza Barrantes 39

×