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Unidad 5. tecnología de redes
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Unidad 5. tecnología de redes

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  • 1. MAESTRIA EN TECNOLOGIAS DE INFORMACIÓN TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN EN LAS ORGANIZACIONES MTI. ROSA IMELDA GARCÍA CHIUNIDAD 5. TECNOLOGÍA DE REDES
  • 2. MTI. ROSY CHITemas de la Unidad 5
  • 3. MTI. ROSY CHI IntroducciónEl desarrollo de la computación y su integración con las telecomunicaciones en latelemática han propiciado el surgimiento de nuevas formas de comunicación, queson aceptadas cada vez por más personas, dicha comunicación hoy día comoredes, entendiéndose por esta la interconexión de dos o más computadoras con elfin de intercambiar informaciónEn base a ello, el objetivo de la presente guía es ofrecer un marco teórico sobre lafundamentación de las redes, a fin de que el alumno pueda conocer que es unared, como se compone, cual es su estructura, las diferentes topologías que existenasí como la interconexión y medios de comunicación que se pueden utilizar a lahora de diseñar y crear un red.De igual manera, al finalizar la guía el alumno encontrara una series de preguntasrelacionado sobre el tema de las redes.
  • 4. MTI. ROSY CHI Tecnología de Redes ¿Qué son Redes?Colección interconectada de computadores autónomos.conjunto de equipos (computadoras y/o dispositivos)conectados por medio de cables, señales, ondas o cualquierotro método de transporte de datos, que comparteninformación (archivos), recursos (CD-ROM, impresoras, etc.) yservicios (acceso a internet, e-mail, chat, juegos), etc.Sistema de Comunicaciones que conecta a varias unidades yque les permite intercambiar información.
  • 5. MTI. ROSY CHI Tecnología de Redes Objetivos de las Redes Compartir recursos: hacer que todos los Ahorro Económico. Los proporcionar un programas, datos y ordenadores pequeños proporcionar una alta poderoso medio deequipo estén disponibles tienen una mejor fiabilidad, al contar con comunicación entrepara cualquiera de la red relación costo / fuentes alternativas de personas que se que así lo solicite, sin rendimiento, comparada suministro encuentran muy alejadas importar la localización con la ofrecida por las entre s física del recurso y del máquinas grandes usuario
  • 6. MTI. ROSY CHI Tecnología de Redes Características de las RedesServicios de archivosCompartir recursosSFT(Sistema de tolerancia a fallas)Sistema de Control de TransaccionesSeguridad.-Acceso RemotoConectividad entre RedesComunicaciones entre usuarios.Servidores de impresorasColas de impresión
  • 7. MTI. ROSY CHI Tecnología de Redes Estructura de las Redes • En una red punto a punto cualquiera de sus estaciones puede funcionarSistemas punto a como servidor, puesto que puede ofrecer sus recursos a las restantes estaciones de trabajo. Así mismo pueden ser receptores, que pueden punto.- acceder a los recursos de otras estaciones sin compartir la suyas propias. Sistemas con • Un sistema operativo de red local ejecutándose en modo dedicado utilizará todos los recursos de su procesador, memoria y disco fijo a su uso servidor por parte de la red. El Netware de Novell se puede usar en modo dedicado. dedicado.- Sistemas con • Ofrece las mismas posibilidades que un sistema dedicado, añadiendo la servidor no posibilidad de utilizar el servidor como estación de trabajo. dedicado.-
  • 8. MTI. ROSY CHI Tecnología de RedesComponentes Básicos de una Red • Es una computadora utilizada para gestionar el sistema de archivos de la red, da servicio a Servidor.- las impresoras, controla las comunicaciones y realiza otras funciones. Estaciones de • Se pueden conectar a través de la placa de conexión de red y el cableado Trabajo.- correspondiente Tarjetas de Conexión de Red • Permiten conectar el cableado entre (Interface servidores y estaciones de trabajo. Cards).- • Una vez que tenemos las estaciones de Cableado: trabajo, el servidor y las placas de red, requerimos interconectar todo el conjunto
  • 9. MTI. ROSY CHI Tecnología de RedesRedes según la cobertura del servicio • Redes de área local (LAN) • Redes de área extensa (WAN) • Redes Metropolitana
  • 10. MTI. ROSY CHITecnología de RedesTopología de Red Topología estrella • Se utiliza un dispositivo como punto de conexión de todos los cables que parten de las estaciones de trabajo. • El dispositivo central puede ser el servidor de archivos en sí o un dispositivo especial de conexión. Ej: Starlan de AT&T. • El diagnóstico de problemas es fácil, debido a que las estaciones de trabajo se comunican a través del equipo central. • La colisión entre datos es imposible, ya que cada estación tiene su propio cable, y resulta fácil ampliar el sistema.
  • 11. MTI. ROSY CHITecnología de RedesTopología de Red Topología Bus • El servidor y todas las estaciones están conectadas a un cable general central. • Las señales y los datos van y vienen por el cable, asociados a una dirección destino. • Cada nodo verifica las direcciones de los paquetes que circulan por la red para ver si alguna coincide con la suya propia. • La topología bus usa una cantidad mínima de cable y el cable es muy fácil de instalar, ya que puede extenderse por un edificio en las mejores rutas posibles.
  • 12. MTI. ROSY CHITecnología de RedesTopología de Red Topología Anillo • Las señales viajan en una única dirección a lo largo del cable en forma de un bucle cerrado. En cada momento, cada nodo pasa las señales a otro nodo. • Con la topología en anillo, las redes pueden extenderse a menudo a largas distancias, y el coste total del cableado será menor que en una configuración en estrella y casi igual a la bus. • Una rotura del cable hará caer el sistema. Actualmente existen sistemas alternativos que evitan que esto ocurra.
  • 13. MTI. ROSY CHI Tecnología de RedesEsquema de Red más Usados Ethernet de par trenzado • Es un sistema económico y fácil de instalar • Requiere de los siguientes componentes de hardware: – Tarjeta de red con un conector hembra RJ-45 – Conector RJ-45 – Cable Ethernet de par trenzado – Concentrador
  • 14. MTI. ROSY CHI Tecnología de RedesEsquema de Red más Usados Token Ring • Una de las ventajas de este sistema es la redundancia. La principal desventaja es que resulta más caro y complejo que otros sistemas. • Componentes de Hardware: – Tarjeta de red compatible con el sistema Token ring – Cable (UTP) – Unidad de acceso multiestación
  • 15. MTI. ROSY CHI Tecnología de RedesEsquema de Red más Usados Esquemas cliente- Servidor • El objetivo de cliente/servidor es ofrecer una alternativa de diversidad de plataformas de proceso, aplicaciones y configuraciones que van a implementar los usuarios. Una arquitectura cliente/servidor implica cuatro elementos básicos: • Plataformas de proceso programables • Separación entre función/proceso de aplicación • Comunicación entre procesos • Enfoque "solicitante/proveedor de servicios"
  • 16. MTI. ROSY CHI Tecnología de RedesInterconexión de Redes El objetivo de la Interconexión de Redes (internetworking) es dar un servicio de comunicación de datos que involucre diversas redes con diferentes tecnologías de forma transparente para el usuario. Los dispositivos de interconexión de redes sirven para superar las limitaciones físicas de los elementos básicos de una red, extendiendo las topologías de esta.
  • 17. MTI. ROSY CHI Tecnología de Redes Dispositivo de Interconexión de RedesConcentradores (Hubs)El término concentrador o hub describe la manera en que las conexiones decableado de cada nodo de una red se centralizan y conectan en un únicodispositivo. Se suele aplicar a concentradores Ethernet, Token Ring, yFDDI(Fiber Distributed Data Interface) soportando módulos individuales queconcentran múltiples tipos de funciones en un solo dispositivo
  • 18. MTI. ROSY CHI Dispositivo de Interconexión de RedesRepetidoresEl repetidor es un elemento que permite la conexión de dos tramos de red,teniendo como función principal regenerar eléctricamente la señal, parapermitir alcanzar distancias mayores manteniendo el mismo nivel de la señal alo largo de la red. De esta forma se puede extender, teóricamente, la longitudde la red hasta el infinito.
  • 19. MTI. ROSY CHI Dispositivo de Interconexión de RedesEncaminadores (Routers) Envían paquetes de datos de un protocolo común, desde una red a otra. Convierten los paquetes de información de la red de área local, en paquetes capaces de ser enviados mediante redes de área extensa. Durante el envío, el encaminador examina el paquete buscando la dirección de destino y consultando su propia tabla de direcciones, la cual mantiene actualizada intercambiando direcciones con los demás routers para establecer rutas de enlace a través de las redes que los interconectan.
  • 20. MTI. ROSY CHI Tecnología de Redes Medios de ComunicaciónEl cable par trenzadoEs de los más antiguos en el mercado y en algunos tipos de aplicaciones es elmás común. Consiste en dos alambres de cobre o a veces dealuminio, aislados con un grosor de 1 mm aproximadamente. Los alambres setrenzan con el propósito de reducir la interferencia eléctrica de paressimilares cercanos. Los pares trenzados se agrupan bajo una cubierta comúnde PVC (Policloruro de Vinilo) en cables multipares de pares trenzados (de2, 4, 8, hasta 300 pares).
  • 21. MTI. ROSY CHI Tecnología de Redes Medios de ComunicaciónEl cable coaxial.• Se usa normalmente en la conexión de redes con topología de Bus como Ethernet y ArcNet, se llama así porque su construcción es de forma coaxial. La construcción del cable debe de ser firme y uniforme, por que si no es así, no se tiene un funcionamiento adecuado.• Este conexionado está estructurado por los siguientes componentes de adentro hacia fuera de la siguiente manera: – Un núcleo de cobre sólido, o de acero con capa de cobre, o bien de una serie de fibras de alambre de cobre entrelazadas dependiendo del fabricante. – Una capa de aislante que recubre el núcleo o conductor, generalmente de material de polivinilo, este aislante tiene la función de guardar una distancia uniforme del conductor con el exterior. – Una capa de blindaje metálico, generalmente cobre o aleación de aluminio entretejido, cuya función es la de mantenerse lo mas apretado posible para eliminar las interferencias, – Por último, tiene una capa final de recubrimiento, de color negro para mantener la calidad de las señales.
  • 22. MTI. ROSY CHI Tecnología de Redes Medios de ComunicaciónFibra Óptica:• A partir de 1970, cables que transportan luz en lugar de una corriente eléctrica. Estos cables son mucho más ligeros, de menor diámetro y repetidores que los tradicionales cables metálicos. El emisor está formado por un láser que emite un potente rayo de luz, que varia en función de la señal eléctrica que le llega. El receptor está constituido por un fotodiodo, que transforma la luz incidente de nuevo en señales eléctricas.
  • 23. MTI. ROSY CHI Tecnología de Redes Ejemplos de Redes• En la actualidad existen numerosos ejemplos que permiten identificar la aplicación de redes, tal puede ser el caso de una compañía que posee una cantidad notable de computadoras en funcionamiento en cada localidad para llevar el control de los inventarios, cada una de estas computadoras puede estar trabajando aislada de las otras, pero en un momento dado la gerencia de dicha empresa decidió conectarlas en red para poder extraer y correlacionar información de toda la compañía, esto con la finalidad de poder compartir los recursos, hacer que todos los programas, el equipo y especialmente los datos estén disponibles para cualquier empleado de la empresa en cualquier momento por medio de la red, sin importar la localidad física de los recursos y de los usuarios.• Otro ejemplo muy notable, es el que se tiene en los laboratorios de computación en donde todas las computadoras están conectadas entre sí, lo cual permite compartir recursos e información, que en muchos casos ésta información suele ser archivos o datos; así también como unidades de disco, directorios.
  • 24. MTI. ROSY CHITRANSMISIÓN DE DATOS
  • 25. MTI. ROSY CHITransmisión de DatosEl éxito de la transmisióndepende de:•La calidad de la señal que se transmite•Características de medios de transmisión 25
  • 26. MTI. ROSY CHITerminologíaLa transmisión de datos ocurre entre un transmisor yun receptor a través de un medio de transmisión.El medio de transmisión puede ser guiado o noguiado.En ambos casos la comunicación es en forma deondas electromagnéticas. 26
  • 27. MTI. ROSY CHIMedios guiadosLas ondas son guiadas a lo largo de uncamino físico:Ejemplos: • Par trenzado • Cable coaxial • Fibra óptica 27
  • 28. MTI. ROSY CHIMedios no guiadosProveen un medio para la transmisión deondas electromagnéticas pero sin guiarlas:Ejemplos: • Aire • Agua • Vacío 28
  • 29. MTI. ROSY CHITerminología Enlace Directo (direct link) Camino de transmisión entre 2 dispositivos en el cual la señal se propaga directamente del transmisor al receptor sin dispositivos intermedios. Puede incluir sólo amplificadores y/o repetidores. 29
  • 30. MTI. ROSY CHITerminología Punto a punto, si provee un enlace directo entre 2 dispositivos y estos son los únicos dispositivos que comparten el medio. Un medio guiado de transmisión es: Multipunto, cuando más de dos dispositivos comparten el medio. 30
  • 31. MTI. ROSY CHI Configuración de transmisiones guiadasPunto a Punto Transmisor/ Amplificador Transmisor/ Receptor Medio o Repetidor Medio Receptor 0 o más • Multipunto Transmisor/ ….. Transmisor/ Transmisor/ ….. Transmisor/ Receptor Receptor Receptor Receptor Amplificador Medio o Repetidor Medio 0 o más 31
  • 32. MTI. ROSY CHITerminología •simplex La transmisión •half-duplex puede ser: •full-duplex 32
  • 33. MTI. ROSY CHISimplex Se usa cuando los datos son transmitidos en una sola dirección. Ejemplo: radio. 33
  • 34. MTI. ROSY CHI Half-DuplexSe usa cuando los datostransmitidos fluyen en ambasdirecciones, pero solamente enun sentido a la vez. 34
  • 35. MTI. ROSY CHI Full-duplexEs usado cuando los datos a intercambiarfluyen en ambas direccionessimultáneamente. Teléfono 35
  • 36. MTI. ROSY CHIFrecuencia, Espectro y Ancho de Banda Una señal puede ser expresada como una función: •s(t), en función del tiempo •s(f), en función de la frecuencia 36
  • 37. MTI. ROSY CHICon respecto al tiempo Una señal s(t) es continua si: • La señal varia durante el tiempo pero tiene una representación para todo t. Una señal es discreta si: • está compuesta de un número finito de valores 37
  • 38. MTI. ROSY CHICon respecto al tiempo Señal Continua Señal Discreta 38
  • 39. MTI. ROSY CHIConceptos básicos de señales• Un señal s(t) es periódica si y sólo si: s (t + T) = s(t) - <t<+ donde T es el periodo de la señal. 39
  • 40. MTI. ROSY CHIConceptos básicos de señales Las 3 características más importantes de una señal periódica son: • 1. Amplitud • 2. Frecuencia • 3. Fase 40
  • 41. MTI. ROSY CHIConceptos básicos de señales • Es el valor instantáneo de una señal en cualquier momento. Amplitud. • En transmisión de datos, la amplitud está medida en volts. 41
  • 42. MTI. ROSY CHIConceptos básicos de señales Representa el número de Expresado en ciclos Frecuencia. Es el inverso del perido (1/T) repeticiones de un periodo por por segundo, o hertz (Hz). segundo. 42
  • 43. MTI. ROSY CHI Señales periódicasA t T 1/f1 T : periodo A : Amplitud f : frecuencia 1A t T 1/f1 43
  • 44. MTI. ROSY CHIConceptos básicos de señales •Es una medida de la posición relativa Fase. en el tiempo del periodo de una señal. 44
  • 45. MTI. ROSY CHIEjemplo de una diferencia de fase t /2 2 La diferencia de fase es de /2 radianes 45
  • 46. MTI. ROSY CHIConceptos básicos de señales• Una señal senoidal puede ser expresada como: s(t) = A sin (2 f1t + ) A es la amplitud máxima f1 es la frecuencia es la fase Recordemos que: 2 radianes = 360º = 1 periodo A s(t) = A sin (2 f1t) ó t s(t) = A cos (2 f1t - /2) T 1/f 1 46
  • 47. MTI. ROSY CHICon respecto a la frecuencia• Por ejemplo, para la señal: s(t) = sin (2 f1t) + 1/3 sin (2 (3f1)t) los componentes de esta señal son ondas senoidales de frecuencias f1 y 3f1 respectivamente. 47
  • 48. MTI. ROSY CHI1.00.50.0-0.5-1.0 sin (2 f1t) 0.5 1.0 1.5 2.0T1.00.50.0-0.5-1.0 1/3 sin (2 (3f1)t) 0.5 1.5 2.0T1.00.50.0 s(t) = sin (2 f1t) + 1/3 sin (2 (3f1)t)-0.5-1.0 0.5 1.0 1.5 2.0T 48
  • 49. MTI. ROSY CHIObservacionesLa segunda frecuencia es múltiplo de la primera.Cuando todas las frecuencias en loscomponentes de una señal son múltiplos de unafrecuencia, a esta última se le conoce comofrecuencia fundamental. 49
  • 50. MTI. ROSY CHIObservacionesEl periodo de la señal total es igual alperiodo de la frecuencia fundamental.Como el periodo del componentesin (2πf1t) es T = 1/ f1, entonces elperiodo de s(t) es también T. 50
  • 51. MTI. ROSY CHIObservaciones El análisis de Fourier, permite demostrar que cualquier señal está formada por componentes de diferentes frecuencias, en donde cada componente es una senoidal. 51
  • 52. MTI. ROSY CHITerminologíaEl espectro de una señal es el rango de frecuencias queésta contiene.Para el ejemplo anterior, el espectro va de f1 a 3f1.El ancho de banda absoluto de una señal está dado por eltamaño del espectro. En el ejemplo, el ancho de banda esde 2f1. 52
  • 53. MTI. ROSY CHISeñal cuadradaLos componentes de frecuencia en una señal cuadrada estándados por:s(t) = A x ∑k=1 1/k sin (2πkf1t)para k impar.Entonces, el número de componentes de frecuencia esinfinito; por lo tanto, el ancho de banda también es infinito. 53
  • 54. MTI. ROSY CHISeñal cuadrada Sin embargo, la amplitud del k-ésimo componente de frecuencia kf1, es 1/k. Por lo tanto, la mayor parte de la energía en este tipo de onda está en los primeros componentes de frecuencia. 54
  • 55. MTI. ROSY CHIRelación entre el ancho de banda y la tasa de transmisiónSupongamos que un sistema transmite señales con unancho de banda de 4 MHz.Queremos transmitir una secuencia de 1s y 0s usandolos primeros 3 componentes de la señal cuadrada.¿Qué tasa de transmisión de datos es posiblealcanzar? 55
  • 56. MTI. ROSY CHIRelación entre el ancho de banda y la tasa de transmisión• Primeramente, ¿Cuál sería la representación de la señal a transmitir?• ¿Cuál es la frecuencia fundamental f1 para un ancho de banda de 4Mhz• f1 = 106 ciclos/segundo = 1 MHz? 56
  • 57. MTI. ROSY CHIRelación entre el ancho de banda y la tasa de transmisión• T = 1/10 =10 = 1 sec. 6 -6• Tasa de transmisión = 2b/T• Tx= 2 Mbps.• Entonces, con un ancho de banda de 4 Mhz, es posible alcanzar una tasa de transmisión de 2 Mbps. 57
  • 58. MTI. ROSY CHIRelación entre el ancho de banda y la tasa de transmisiónRealizar el mismo análisis con un sistema capaz detransmitir con un ancho de banda de 8 MHz.Primeramente, buscar el valor de f1 máximo.En este caso, si duplicamos el ancho de banda,duplicamos la tasa de transmisión posible. 58
  • 59. MTI. ROSY CHIRelación entre el ancho de banda y la tasa de transmisión Usando los 2 primeros componentes de frecuencia de la señal cuadrada, calcular la tasa de transmisión y el ancho de banda resultantes, con f1 = 2 MHz. 59
  • 60. MTI. ROSY CHIRelación entre el ancho de banda y la tasa de transmisión Componentes de Tasa de Frecuencia Ancho de Banda la señal cuadrada transmisión 3 1 MHz 4 MHz 2 Mbps 3 2 MHz 8 MHz 4 Mbps 2 2 MHz 4 MHz 4 Mbps 60
  • 61. MTI. ROSY CHIUna señal digital tiene un ancho de banda infinito.Si intentamos transmitir esta señal sobre un medio,la naturaleza del mismo limitará el ancho de bandaque puede ser transmitido.Para cualquier medio, entre mayor es el ancho debanda que permite, mayor su costo. 61
  • 62. MTI. ROSY CHILa información digital debe ser aproximada por unaseñal con un ancho de banda limitado.Limitar el ancho de banda, genera distorsión de lainformación.Si la tasa de transmisión de la señal digital es de Wbps, entonces, una buena representación de la señalpuede ser alcanzada con un ancho de banda de 2W Hz. 62
  • 63. MTI. ROSY CHIEntre mayor sea elancho de banda de un sistema detransmisión, mayor será la tasa de transmisión alcanzable por dicho sistema. 63
  • 64. MTI. ROSY CHIPotencia de la señal • Una señal, al ser propagada Atenuación: por un medio, sufre de pérdida o atenuación de su potencia. Es necesario el uso de amplificadores. 64
  • 65. MTI. ROSY CHIPotencia de la señalPara expresar pérdidas y ganancias seutilizan los decibeles.El decibel es la medida de la diferencia dedos niveles de potencia.Ndb = 10 log10 (P2 / P1) 65
  • 66. MTI. ROSY CHIPotencia de la señal Calcule la pérdida en decibeles de una señal cuya potencia inicial es de 10 mW. Esta potencia después de cierta distancia es de 5 mW. Una pérdida de 1000 W a 500 W es también de -3dB. Entonces, una pérdida de 3 dB reduce a la mitad la magnitud y una ganancia de 3 dB duplica la magnitud. 66
  • 67. MTI. ROSY CHIPotencia de la señal El decibel es usado también para medir diferencias de voltaje. Ndb = 20 log10 (P = V2 / R.) (V2 / V1) 67
  • 68. MTI. ROSY CHIPotencia de la señal El decibel hace referencia a magnitudes relativas o cambios en la magnitud y no a un nivel absoluto. Es importante poder hacer referencia a valores absolutos de potencia y voltaje en decibeles y así facilitar los cálculos de pérdidas y ganancias. 68
  • 69. MTI. ROSY CHIPotencia de la señal El dBW (decibel-watt) es usado para referirse al nivel absoluto de potencia en decibeles, y se define como: Power(dBW) = 10 log (Power(W)/ 1W) El valor de 1 W es escogido como referencia y definido como 0 dBW. 69
  • 70. MTI. ROSY CHIPotencia de la señal • Por ejemplo: • Una potencia de 1000 W es equivalente a __ dBW. • Una potencia de 1 mW es equivalente a __ dBW. 70
  • 71. MTI. ROSY CHIPotencia de la señal • El dBmV (decibel-milivolt) es usado para referirse al nivel absoluto de voltaje en decibeles, y se define como: Power(dBmV) = 20 log (Voltage(mV)/ 1mV) • El valor de 1 mV es escogido como referencia y definido como 0 dBmV. 71
  • 72. MTI. ROSY CHIEjemplo 1 Considere un enlace punto a punto que consiste de una línea de transmisión y un amplificador en medio. Si la pérdida en la primera parte de la línea es de 13 dB, la ganancia del amplificador es de 30 dB, y la pérdida en la segunda parte de la línea es de 40 dB, calcule la pérdida (o ganancia) total en dB. 72
  • 73. MTI. ROSY CHIEjemplo 1 1mW -13 dB -40 dB 30 dB 73
  • 74. MTI. ROSY CHI Ejemplo 2 R=50 ohmsV1= 8 v V2= 4v V3= 16v V4= ? V5= 30v V6= ?P1=? P2=? P3=? P4= 2 w P5=? P6= 0.4 w NdB=? NdB=? NdB=? NdB=? NdB=? a) ¿Cuál es la pérdida o ganancia total del sistema? b) 74
  • 75. MTI. ROSY CHITransmisión Analógica y Transmisión Digital Analógico Continuo Digital Discreto 75
  • 76. MTI. ROSY CHIDefiniciones Datos: • Entidades que poseen un significado. • Codificación eléctrica o electromagnética Señales: de datos. • Es el acto de propagar la señal a lo largoSeñalización: de un medio. • Es la comunicación de datos a partir de laTransmisión: propagación y procesamiento de señales. 76
  • 77. MTI. ROSY CHIDatosDatos analógicos: • Toman valores continuos en un intervalo dado.Ejemplo: • voz y video.Datos digitales: • Toman valores discretos.Ejemplo: • código ASCII. 77
  • 78. MTI. ROSY CHISeñalesEn un sistema de comunicaciones, losdatos son propagados de un punto aotro a través de señales eléctricas.Una señal analógica es una ondaelectromagnética propagada a través dediferentes medios, dependiendo de suespectro. 78
  • 79. MTI. ROSY CHISeñales •es una secuencia Una de pulsos de señal voltaje transmitido a través de un digital medio guiado. 79
  • 80. MTI. ROSY CHISeñales Digitales y Analógicas de Datos Analógicos y Digitales Señales analógicas Representan datos con ondas electromagnéticas que varían constantemente Datos analógicos Voz Teléfono Señal Transmisión(Ondas de Sonido) Analógica Analógica Datos digitales Pulsos de Módem Señal TransmisiónVoltaje Binario Analógica Analógica (Frecuencia Portadora) Transmisión Digital 80
  • 81. MTI. ROSY CHISeñales Digitales y Analógicas de Datos Analógicos y DigitalesSeñales digitales Representan datos con secuencia de pulsos de voltaje Datos analógicos Señales CODEC SeñalAnalógicas Digital (voz) Transmisión DigitalDatos digitales Datos Transmisor SeñalDigitales digital Digital 81
  • 82. MTI. ROSY CHI Transmisión AnalógicaSe transmiten señales analógicassin importar su contenido.Las señales analógicastransmitidas pueden representar:• Datos analógicos (e.g., voz).• Datos digitales (e.g., datos binarios que pasan por un módem). 82
  • 83. MTI. ROSY CHI Transmisión AnalógicaDespués de cierta distancia, la señal analógica pierdepotencia (atenuación).Es necesario el uso de amplificadores.Desventaja: amplifican también el ruido.Lo anterior no representa mayor problema en el casode datos analógicos, y sí en el caso de datos digitales. 83
  • 84. MTI. ROSY CHI Transmisión DigitalEn este tipo de transmisión el contenidode la señal es de vital importancia.Al transmitir una señal digital, el problemade atenuación es resuelto con repetidores.Un repetidor recupera el patrón de 1’s y0’s y retransmite una nueva señal digital. 84
  • 85. MTI. ROSY CHITransmisión DigitalLa misma técnica es usada para transmitirdigitalmente una señal analógica.Se asume que codifica datos digitales.El sistema de transmisión cuenta conrepetidores en lugar de amplificadores. 85
  • 86. MTI. ROSY CHITransmisión Digital El repetidor recupera los datos digitales de la señal analógica y genera una nueva señal analógica; de esta manera el ruido no se acumula. 86
  • 87. Transmisión Digital y Analógica MTI. ROSY CHI a) Datos y Señales Señal Analógica Señal Digital Dos alternativas: 1. La señal ocupa el mismo Los datos analógicos sonDatos Analógicos espectro que los datos codificados utilizando un analógicos codec para producir un flujo 2. Los datos analógicos están de bits digital. codificados para ocupar una porción diferente del espectro. Dos alternativas: Los datos digitales son 1. La señal consiste de dos niveles codificados utilizando un módem para producir una de voltaje para representar los dos valores binarios. señal analógica. 2. Los datos digitales están codificados para producir una señal digital con propiedades deseadas. 87
  • 88. MTI. ROSY CHIProblemas en la transmisión 1 Atenuación 2 Distorsión 3 Ruido por retraso 89
  • 89. MTI. ROSY CHIAtenuación La potencia de la señal se debilita con la distancia al viajar a través de cualquier medio de transmisión. 90
  • 90. MTI. ROSY CHIDistorsión por retraso Es un fenómeno particular propio de los medios guiados de transmisión. El tiempo de propagación de una señal varía con la frecuencia. La velocidad es mayor cerca de la frecuencia central y menor en las orillas de la banda. 91
  • 91. MTI. ROSY CHIDistorsión por retraso Por lo tanto algunos componentes de frecuencia de una señal llegan al receptor en tiempos diferentes. A este fenómeno se le conoce como interferencia entre símbolos el cual es una limitante mayor para alcanzar máximas tasas de transmisión. 92
  • 92. MTI. ROSY CHIRuido Es una señal no deseada que acompaña la transmisión de una señal. Es el factor principal que limita el desempeño de un sistema de comunicaciones. 93
  • 93. MTI. ROSY CHISe clasifica en 4 categorías: Ruido térmico Ruido por Ruido impulsos intermodular Crosstalk 94
  • 94. MTI. ROSY CHIRuido térmicoEstá en función de la temperatura.Es causado por una agitación térmica delos electrones en un conductor.Está presente en todos los dispositivoselectrónicos. 95
  • 95. MTI. ROSY CHIRuido térmico • Está distribuido de manera uniforme a través del espectro de frecuencias. • Es conocido como ruido blanco. • No puede ser eliminado; por lo tanto impone una cota superior en el desempeño de un sistema de comunicaciones. N=kTW (Ruido en Watts) k=Boltzmann´s constant=1.3803x10-23 J/°K T= Temperatura en Kelvin W= Ancho de Banda N=10logk+10logT+10logW (Ruido en Decibel-Watts) N= -228.6dBW+10logT+10logW 96
  • 96. MTI. ROSY CHIRuido térmico• Calcular el ruido en decibeles/watts que se mide en la salida de una transmisión si se tiene una temperatura de 100 °k y un ancho de banda de 10 Mhz. -138.6 dBw 97
  • 97. MTI. ROSY CHIRuido IntermodularOcurre cuando señales a diferentes frecuenciascomparten el mismo medio de transmisión.Este tipo de ruido produce señales a unafrecuencia que puede ser la suma o la diferenciade las 2 frecuencias originales o múltiplos deesas frecuencias. 98
  • 98. MTI. ROSY CHIRuido Intermodular • Por ejemplo, la combinación de las señales con las frecuencias f1 y f2 pueden producir una señal con frecuencia f1 + f2. Esta señal puede interferir con la señal intencionada con frecuencia f1 + f2. 99
  • 99. MTI. ROSY CHIRuido por Intermodulación f1 0.5 1.0 1.5 2.0T mix f2 0.5 1.5 2.0T La mezcla de f1 y f2 puede interferir con f1 + f2 f1+f2 100
  • 100. MTI. ROSY CHICrosstalk Ejemplo: Cuando una tercera conversación no deseada entra durante una llamada telefónica. Se debe al acoplamiento eléctrico de las señales. 101
  • 101. MTI. ROSY CHIRuido por impulsos No continuo, compuesto por pulsos irregulares de poca duración y de gran amplitud. Causada por factores electromagnéticos externos como relámpagos y por deficiencia en el sistema de comunicaciones. Es la principal fuente de error en la transmisión de señales digitales. 102
  • 102. MTI. ROSY CHICapacidad del canal Nos interesa saber de qué manera los problemas de transmisión previamente mencionados afectan la tasa de transmisión de un sistema de comunicaciones. Definimos la capacidad del canal como la tasa a la cual pueden ser transferidos los datos, a través de dicho canal. 103
  • 103. MTI. ROSY CHICapacidad del canalParámetros que afectan:•Tasa de transmisión (bps)•Ancho de Banda (Hz)•Ruido•Tasa de error 104
  • 104. MTI. ROSY CHICapacidad del canalConsidere un canal libre de errores.La tasa de transmisión está limitada por el ancho de banda dela señal.La formula de Nyquist: • Dado un ancho de banda W, la máxima tasa de transmisión que puede ser alcanzada es 2W.Esta limitante se debe a la distorsión por retraso. 105
  • 105. MTI. ROSY CHIEjemplo: Considere la transmisión vía módem de datos digitales. Asuma un ancho •2W = de banda de 3100 Hz. Entonces la capacidad C 6200 bps. del canal es de Si usamos una señal con 4 niveles de voltaje entonces, cada nivel de la señal puede representar 2 bits. 106
  • 106. MTI. ROSY CHIEjemplo: • Por lo tanto, con señalización multinivel, la fórmula de Nyquist queda: C = 2W log2M donde M es el número de niveles de voltaje. • Para M = 8, entonces C = 18,600 bps. 107
  • 107. MTI. ROSY CHIPara un ancho de banda dado, la tasa detransmisión se puede incrementar aumentandoel número de señales diferentes.Sin embargo, esto ocasiona problemas en elreceptor: tiene que distinguir entre las Mposibles señales.Los valores prácticos de M están limitados porlos problemas de transmisión mencionados. 108
  • 108. MTI. ROSY CHIRelación entre la tasa de transmisión, ruido y tasa de error Si la tasa de transmisión crece, más bits son afectados por un patrón de ruido existente. A un nivel de ruido dado, un incremento en la tasa de transmisión, ocasiona un incremento en la tasa de error. 109
  • 109. Relación entre la tasa de transmisión, ruido y tasa de MTI. ROSY CHIerror • La fórmula de Claude Shannon expresa: (S/N)db = 10 log S N S=Potencia de la señal N=Potencia de Ruido • Representa la relación de la potencia de una señal con respecto a la potencia de ruido presente en un punto particular de la transmisión. 110
  • 110. MTI. ROSY CHI Relación S/NEs medida en el receptor.Expresa la cantidad en decibeles por la cual laseñal deseada excede el nivel de ruido.Una relación alta (S/N) significa una altacalidad de señal y un número bajo derepetidores intermedios requeridos. 111
  • 111. MTI. ROSY CHIRelación S/N La relación señal- ruido es importante en la transmisión de datos digitales ya que representa una cota superior para la tasa de transmisión alcanzada. 112
  • 112. MTI. ROSY CHICapacidad del canal• El resultado de Shannon muestra la máxima capacidad del canal en bits por segundo y obedece la siguiente ecuación: C = W log2 (1 + S ) N En donde: C es la capacidad del canal en bps y W es el ancho de banda en Hz. 113
  • 113. MTI. ROSY CHICapacidad del canalConsidere un canal de voz para transmitirdatos digitales vía módem.Asuma un ancho de banda de 3100 Hz.Un valor típico para una línea VG (voicegrade) es de 30 dB o una relación de 1000:1. 114
  • 114. MTI. ROSY CHICapacidad del canal• W = 3100 Hz• (S/N)db = 30 dB• C = 3100 log2 (1 + 1000) = 30, 898 bps 115
  • 115. MTI. ROSY CHICapacidad del canal (Shanon y Nyquist´s)• Si se tiene un canal cuyo espectro esta entre 3Mhz y 4Mhz y la relación (S/N)db de potencias entre señal y ruido es del 24dB encontrar la capacidad máxima del canal de acuerdo a la consideración de Shanon.• S/N=251• C=8Mbps 116
  • 116. MTI. ROSY CHICapacidad del canal (Shanon y Nyquist´s)• Considerando que la tasa anterior puede alcanzarse y de acuerdo a la fórumula de Nyquist´s, ¿cuantos niveles de señalización serían necesarios?• M=16 117
  • 117. MTI. ROSY CHICapacidad del CanalLo anterior representa En la práctica, sólo esel máximo teórico que posible alcanzar tasas puede ser alcanzado. inferiores. 118
  • 118. MTI. ROSY CHICapacidad del Canal Esto, debido a que la fórmula de Shannon sólo asume ruido blanco; no incluye: • Ruido por impulsos • Atenuación • Distorsión por retraso 119
  • 119. MTI. ROSY CHIEficiencia de una transmisión digital La eficiencia está dada por la relación C/W (bits por hertz alcanzados). 120