Monografias | Comunicación de Datos

Las tareas en los sistemas de comunicación son:

 

• Utilización del sistema de transmisión

   

   

• Implementación de la interfaz

   

   

• Generación de la señal

   

   

• Sincronización

   

   

• Gestión del intercambio

   

   

• Detección y corrección de errores

   

   

• Control de flujo

   

 

1. Redes de área amplia ( Wan ) : Son todas aquellas que cubren unaextensa área geográfica .Son generalmente una serie de dispositivos deconmutación interconectados . Se desarrollan o bien utilizando tecnología deconmutación de circuitos o conmutación de paquetes.

    

    

2. Conmutación de circuitos: en estas redes se establece un camino através de los nodos de la red dedicado a la interconexión de dos estaciones.En cada enlace, se dedica un canal lógico a cada conexión. Los datos setransmiten tan rápido como se pueda . En cada nodo , los datos de entrada seencaminan por el canal dedicado sin sufrir retardos .

    

    

3. Conmutación de paquetes: no es necesario reservar canal lógico. Encada nodo, el paquete se recibe totalmente, se almacena y seguidamente setransmite al siguiente nodo.

    

    

4. Retransmisión de tramas: al conseguir con la nueva tecnología unatasa de errores muy pequeña y una velocidad de transmisión elevada, no esnecesario adjuntar mucha información de cabecera a cada paquete y por tanto lasvelocidades de transmisión son elevadísimas comparadas con el sistema deconmutación de paquetes .

    

    

5. ATM : en retransmisión de tramas se usan paquetes de tamañovariable y en ATM se usan paquetes de tamaño fijo , con lo que se ahorrainformación de control de cada trama y por tanto se aumenta la velocidad detransmisión ( cada paquete se llama aquí "celda" ) . En este sistema, se dedican canales virtuales de velocidades de transmisión adaptables a lascaracterísticas de la transmisión ( es parecido a la conmutación de circuitos) .

    

    

6. RDSI y RDSI de banda ancha : es un sistema de transmisión deenfoque universal y de velocidad de transmisión muy rápida . Está basado enconmutación de circuitos ( banda estrecha ) y en conmutación de paquetes (banda ancha ) .

    

    

7. Redes de área local ( LAN ) : son de cobertura pequeña,velocidades de transmisión muy elevadas, utilizan redes de difusión en vez deconmutación, no hay nodos intermedios .

    

Al intercambio de información entre computadores se le llamacomunicación entre computadores.

Al conjunto de computadores que se interconectan se le llamared de computadores .

Para la comunicación entre dos entidades situadas ensistemas diferentes , se necesita definir y utilizar un protocolo .

Los puntos que definen un protocolo son :

 

• La sintaxis : formato de los datos y niveles de señal .

   

   

• La semántica : incluye información de control para la coordinación y manejo de errores .

   

   

• La temporización : incluye la sincronización de velocidades y secuenciación .

   

Todas estas tareas se subdividen en subtareas y a todo se lellama arquitectura del protocolo .

En la comunicación intervienen tres agentes : aplicaciones ,computadores y redes . Por lo tanto , es lógico organizar la tarea en trescapas .

 

1. Capa de acceso a la red : Trata del intercambio de datos entre el computador y la red a que está conectado .

    

    

2. Capa de transporte : consiste en una serie de procedimientos comunes a todas las aplicaciones que controlen y sincronicen el acceso a la capa de acceso a la red.

    

    

3. Capa de aplicación : permite la utilización a la vez de varias aplicaciones de usuario .

    

El protocolo debe definir las reglas , convenios , funcionesutilizadas , etc...para la comunicación por medio de red .

Cada capa del protocolo le pasa datos a la siguiente capa yésta le añade datos propios de control y luego pasa el conjunto a la siguientecapa . Por tanto , cada capa forma unidades de datos que contienen los datostomados de la capa anterior junto a datos propios de esta capa , y al conjuntoobtenido se le llama PDU ( unidad de datos del protocolo ) .

No hay un estándar para este modelo ( al contrario del OSI ), pero generalmente hay estas cinco capas :

 

1. Capa física : es la encargada de utilizar el medio de transmisión de datos . Se encarga también de la naturaleza de las señales , velocidad de datos , etc..

    

    

2. Capa de acceso a la red : es responsable del intercambio de datos entre el sistema final y la red a la cual se está conectado .

    

    

3. Capa internet ( IP ) : se encarga del encaminamiento a través de varias redes .

    

    

4. Capa de transporte o capa origen-destino ( TCP ) : se encarga de controlar que los datos emanados de las aplicaciones lleguen correctamente y en orden a su destino .

    

    

5. Capa de aplicación : contiene la lógica necesaria para llevar a cabo las aplicaciones de usuario .

    

Este modelo considera 7 capas :

 

1. Aplicación

    

    

2. Presentación

    

    

3. Sesión

    

    

4. Transporte

    

    

5. Red

    

    

6. Enlace de datos

    

    

7. Física

    

Los medios de transmisión pueden ser :

 

• Guiados si las ondas electromagnéticas van encaminadas a lo largo de un camino físico ; no guiados si el medio es sin encauzar ( aire , agua , etc..) .

   

   

• Simplex si la señal es unidireccional ; half-duplex si ambas estaciones pueden trasmitir pero no a la vez ; full-duplex si ambas estaciones pueden transmitir a la vez .

   

 

1. Conceptos en el dominio temporal . Una señal , en el ámbitotemporal , puede ser continua o discreta . Puede ser periódica o no periódica. Una señal es periódica si se repite en intervalos de tiempo fijos llamadosperiodo . La onda seno es la más conocida y utilizada de las señales periódicas. En el ámbito del tiempo , la onda seno se caracteriza por la amplitud , lafrecuencia y la fase .

    

   S(t) = A x Sen ( 2 x pi x f x t + fase )

   La longitud de onda se define como el producto de lavelocidad de propagación de la onda por su fase.

    

2. Conceptos del dominio de la frecuencia . En la práctica , una señalelectromagnética está compuesta por muchas frecuencias . Si todas lasfrecuencias son múltiplos de una dada , esa frecuencia se llama frecuenciafundamental . El periodo ( o inversa de la frecuencia ) de la señal suma decomponentes es el periodo de la frecuencia fundamental . Se puede demostrar quecualquier señal está constituida por diversas frecuencias de una señal seno .

    

   El espectro de una señal es el conjunto de frecuencias queconstituyen la señal .

   El ancho de banda es la anchura del espectro . Muchas señalestienen un ancho de banda infinito , pero la mayoría de la energía estáconcentrada en un ancho de banda pequeño .

   Si una señal tiene una componente de frecuencia 0 , es unacomponente continua .

    

3. Relación entre la velocidad de transmisión y el ancho de banda .El medio de transmisión de las señales limita mucho las componentes defrecuencia a las que puede ir la señal , por lo que el medio sólo permite latransmisión de cierto ancho de banda .

    

Los datos analógicos toman valores continuos y los digitales, valores discretos .

Una señal analógica es una señal continua que se propagapor ciertos medios .

Una señal digital es una serie de pulsos que se transmiten através de un cable ya que son pulsos eléctricos .

Los datos analógicos se pueden representar por una señalelectromagnética con el mismo espectro que los datos .

Los datos digitales se suelen representar por una serie depulsos de tensión que representan los valores binarios de la señal .

La transmisión analógica es una forma de transmitir señalesanalógicas ( que pueden contener datos analógicos o datos digitales ). Elproblema de la transmisión analógica es que la señal se debilita con ladistancia , por lo que hay que utilizar amplificadores de señal cada ciertadistancia .

La transmisión digital tiene el problema de que la señal seatenúa y distorsiona con la distancia , por lo que cada cierta distancia hayque introducir repetidores de señal .

Ultimamente se utiliza mucho la transmisión digital debido aque :

 

• La tecnología digital se ha abaratado mucho .

   

   

• Al usar repetidores en vez de amplificadores , el ruido y otras distorsiones no es acumulativo .

   

   

• La utilización de banda ancha es más aprovechada por la tecnología digital .

   

   

• Los datos transportados se pueden encriptar y por tanto hay más seguridad en la información .

   

   

• Al tratar digitalmente todas las señales , se pueden integrar servicios de datos analógicos ( voz , vídeo, etc..) con digitales como texto y otros .

   

La energía de una señal decae con la distancia , por lo quehay que asegurarse que llegue con la suficiente energía como para ser captadapor la circuitería del receptor y además , el ruido debe ser sensiblementemenor que la señal original ( para mantener la energía de la señal seutilizan amplificadores o repetidores ) .

Debido a que la atenuación varía en función de lafrecuencia , las señales analógicas llegan distorsionadas , por lo que hay queutilizar sistemas que le devuelvan a la señal sus características iniciales (usando bobinas que cambian las características eléctricas o amplificando máslas frecuencias más altas ) .

Debido a que en medios guiados , la velocidad de propagaciónde una señal varía con la frecuencia , hay frecuencias que llegan antes queotras dentro de la misma señal y por tanto las diferentes componentes enfrecuencia de la señal llegan en instantes diferentes al receptor . Paraatenuar este problema se usan técnicas de ecualización .

El ruido es toda aquella señal que se inserta entre elemisor y el receptor de una señal dada . Hay diferentes tipos de ruido : ruidotérmico debido a la agitación térmica de electrones dentro del conductor ,ruido de intermodulación cuando distintas frecuencias comparten el mismo mediode transmisión , diafonía se produce cuando hay un acoplamiento entre las líneasque transportan las señales y el ruido impulsivo se trata de pulsosdiscontinuos de poca duración y de gran amplitud que afectan a la señal .

Se llama capacidad del canal a la velocidad a la que sepueden transmitir los datos en un canal de comunicación de datos.

La velocidad de los datos es la velocidad expresada en bitspor segundo a la que se pueden transmitir los datos.

El ancho de banda es aquel ancho de banda de la señaltransmitida y que está limitado por el transmisor y por la naturaleza del mediode transmisión ( en hertzios ).

La tasa de errores es la razón a la que ocurren errores .

Para un ancho de banda determinado es aconsejable la mayorvelocidad de transmisión posible pero de forma que no se supere la tasa deerrores aconsejable . Para conseguir esto , el mayor inconveniente es el ruido .

Para un ancho de banda dado W , la mayor velocidad detransmisión posible es 2W , pero si se permite ( con señales digitales )codificar más de un bit en cada ciclo , es posible transmitir más cantidad deinformación .

La formulación de Nyquist nos dice que aumentado los nivelesde tensión diferenciables en la señal , es posible incrementar la cantidad deinformación transmitida .

El problema de esta técnica es que el receptor debe de sercapaz de diferenciar más niveles de tensión en la señal recibida , cosa quees dificultada por el ruido .

Cuanto mayor es la velocidad de transmisión , mayor es el dañoque puede ocasionar el ruido .

Shannon propuso la fórmula que relaciona la potencia de laseñal ( S ) , la potencia del ruido ( N ) , la capacidad del canal ( C ) y elancho de banda ( W ) .

Esta capacidad es la capacidad máxima teórica de cantidadde transmisión , pero en la realidad , es menor debido a que no se ha tenido encuenta nada más que el ruido térmico .

En medios guiados , el ancho de banda o velocidad detransmisión dependen de la distancia y de si el enlace es punto a punto omultipunto .

Es el medio guiado más barato y más usado .

Consiste en un par de cables , embutidos para su aislamiento, para cada enlace de comunicación . Debido a que puede haber acoples entrepares , estos se trenza con pasos diferentes . La utilización del trenzadotiende a disminuir la interferencia electromagnética .

Este tipo de medio es el más utilizado debido a su bajocoste ( se utiliza mucho en telefonía ) pero su inconveniente principal es supoca velocidad de transmisión y su corta distancia de alcance .

Con estos cables , se pueden transmitir señales analógicaso digitales .

Es un medio muy susceptible a ruido y a interferencias . Paraevitar estos problemas se suele trenzar el cable con distintos pasos de torsióny se suele recubrir con una malla externa para evitar las interferenciasexternas .

Los pares sin apantallar son los más baratos aunque losmenos resistentes a interferencias ( aunque se usan con éxito en telefonía yen redes de área local ) . A velocidades de transmisión bajas , los paresapantallados son menos susceptibles a interferencias , aunque son más caros y másdifíciles de instalar .

Consiste en un cable conductor interno ( cilíndrico )separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislantemacizo . Todo esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable .

Este cable , aunque es más caro que el par trenzado , sepuede utilizar a más larga distancia , con velocidades de transmisiónsuperiores , menos interferencias y permite conectar más estaciones .

Se suele utilizar para televisión , telefonía a largadistancia , redes de área local , conexión de periféricos a corta distancia ,etc...

Se utiliza para transmitir señales analógicas o digitales .

Sus inconvenientes principales son : atenuación , ruido térmico, ruido de intermodulación .

Para señales analógicas , se necesita un amplificador cadapocos kilómetros y para señales digitales un repetidor cada kilómetro .

Se trata de un medio muy flexible y muy fino que conduceenergía de naturaleza óptica .

Su forma es cilíndrica con tres secciones radiales : núcleo, revestimiento y cubierta .

El núcleo está formado por una o varias fibras muy finas decristal o plástico . Cada fibra está rodeada por su propio revestimiento quees un cristal o plástico con diferentes propiedades ópticas distintas a lasdel núcleo . Alrededor de este conglomerado está la cubierta ( constituida dematerial plástico o similar ) que se encarga de aislar el contenido deaplastamientos , abrasiones , humedad , etc...

Es un medio muy apropiado para largas distancias e incluso últimamentepara LAN's .

Sus beneficios frente a cables coaxiales y pares trenzadosson :

 

• Permite mayor ancho de banda .

   

   

• Menor tamaño y peso .

   

   

• Menor atenuación .

   

   

• Aislamiento electromagnético .

   

   

• Mayor separación entre repetidores .

   

Su rango de frecuencias es todo el espectro visible y partedel infrarrojo .

El método de transmisión es : los rayos de luz inciden conuna gama de ángulos diferentes posibles en el núcleo del cable , entonces sólouna gama de ángulos conseguirán reflejarse en la capa que recubre el núcleo .Son precisamente esos rayos que inciden en un cierto rango de ángulos los queirán rebotando a lo largo del cable hasta llegar a su destino . A este tipo depropagación se le llama multimodal . Si se reduce el radio del núcleo , elrango de ángulos disminuye hasta que sólo sea posible la transmisión de unrayo , el rayo axial , y a este método de transmisión se le llama monomodal .

Los inconvenientes del modo multimodal es que debido a quedependiendo al ángulo de incidencia de los rayos , estos tomarán caminosdiferentes y tardarán más o menos tiempo en llegar al destino , con lo que sepuede producir una distorsión ( rayos que salen antes pueden llegar después ), con lo que se limita la velocidad de transmisión posible .

Hay un tercer modo de transmisión que es un paso intermedioentre los anteriormente comentados y que consiste en cambiar el índice derefracción del núcleo . A este modo se le llama multimodo de índice gradual .

Los emisores de luz utilizados son : LED ( de bajo coste ,con utilización en un amplio rango de temperaturas y con larga vida media ) yILD ( más caro , pero más eficaz y permite una mayor velocidad de transmisión) .

SE utilizan medios no guiados , principalmente el aire . Seradia energía electromagnética por medio de una antena y luego se recibe estaenergía con otra antena .

Hay dos configuraciones para la emisión y recepción de estaenergía : direccional y omnidireccional . En la direccional , toda la energíase concentra en un haz que es emitido en una cierta dirección , por lo quetanto el emisor como el receptor deben estar alineados . En el métodoomnidireccional , la energía es dispersada en múltiples direcciones , por loque varias antenas pueden captarla . Cuanto mayor es la frecuencia de la señala transmitir , más factible es la transmisión unidireccional .

Por tanto , para enlaces punto a punto se suelen utilizarmicroondas ( altas frecuencias ) . Para enlaces con varios receptores posiblesse utilizan las ondas de radio ( bajas frecuencias ) . Los infrarrojos seutilizan para transmisiones a muy corta distancia ( en una misma habitación ) .

Suelen utilizarse antenas parabólicas . Para conexionas alarga distancia , se utilizan conexiones intermedias punto a punto entre antenasparabólicas .

Se suelen utilizar en sustitución del cable coaxial o lasfibras ópticas ya que se necesitan menos repetidores y amplificadores , aunquese necesitan antenas alineadas . Se usan para transmisión de televisión y voz.

La principal causa de pérdidas es la atenuación debido aque las pérdidas aumentan con el cuadrado de la distancia ( con cable coaxial ypar trenzado son logarítmicas ) . La atenuación aumenta con las lluvias .

Las interferencias es otro inconveniente de las microondas yaque al proliferar estos sistemas , pude haber más solapamientos de señales .

El satélite recibe las señales y las amplifica oretransmite en la dirección adecuada .

Para mantener la alineación del satélite con los receptoresy emisores de la tierra , el satélite debe ser geoestacionario .

Se suele utilizar este sistema para :

 

• Difusión de televisión .

   

   

• Transmisión telefónica a larga distancia .

   

   

• Redes privadas .

   

El rango de frecuencias para la recepción del satélite debeser diferente del rango al que este emite , para que no haya interferenciasentre las señales que ascienden y las que descienden .

Debido a que la señal tarda un pequeño intervalo de tiempodesde que sale del emisor en la Tierra hasta que es devuelta al receptor oreceptores , ha de tenerse cuidado con el control de errores y de flujo de la señal.

Las diferencias entre las ondas de radio y las microondas son:

 

• Las microondas son unidireccionales y las ondas de radio omnidireccionales .

   

   

• Las microondas son más sensibles a la atenuación producida por la lluvia .

   

   

• En las ondas de radio , al poder reflejarse estas ondas en el mar u otros objetos , pueden aparecer múltiples señales "hermanas" .

   

Los emisores y receptores de infrarrojos deben estaralineados o bien estar en línea tras la posible reflexión de rayo ensuperficies como las paredes. En infrarrojos no existen problemas de seguridadni de interferencias ya que estos rayos no pueden atravesar los objetos (paredespor ejemplo). Tampoco es necesario permiso para su utilización (en microondas yondas de radio si es necesario un permiso para asignar una frecuencia de uso).

Una señal es digital si consiste en una serie de pulsos detensión . Para datos digitales no hay más que codificar cada pulso como bit dedatos .

En una señal unipolar ( tensión siempre del mismo signo )habrá que codificar un 0 como una tensión baja y un 1 como una tensión alta (o al revés ) .

En una señal bipolar ( positiva y negativa ) , se codificaun 1 como una tensión positiva y un 0 como negativa ( o al revés ) .

La razón de datos de una señal es la velocidad de transmisiónexpresada en bits por segundo , a la que se transmiten los datos .

La razón de modulación es la velocidad con la que cambia elnivel de la señal , y depende del esquema de codificación elegido .

 

• Un aumento de la razón de datos aumentará la razón de error por bit .

   

   

• Un aumento de la relación señal-ruido ( S/N ) reduce la tasa de error por bit .

   

   

• Un aumento del ancho de banda permite un aumento en la razón de datos .

   

Para mejorar las prestaciones del sistema de transmisión ,se debe utilizar un buen esquema de codificación , que establece unacorrespondencia entre los bits de los datos y los elementos de señal .

Factores a tener en cuenta para utilizar un buen sistema decodificación :

 

1. Espectro de la señal : La ausencia de componentes de altas frecuencias , disminuye el ancho de banda . La presencia de componente continua en la señal obliga a mantener una conexión física directa ( propensa a algunas interferencias ) . Se debe concentrar la energía de la señal en el centro de la banda para que las interferencias sean las menores posibles .

    

    

2. Sincronización : para separar un bit de otro , se puede utilizar una señal separada de reloj ( lo cuál es muy costoso y lento ) o bien que la propia señal porte la sincronización , lo cuál implica un sistema de codificación adecuado .

    

    

3. Detección de errores : es necesaria la detección de errores ya en la capa física .

    

    

4. Inmunidad al ruido e interferencias : hay códigos más robustos al ruido que otros .

    

    

5. Coste y complejidad : el coste aumenta con el aumento de la razón de elementos de señal .

    

Es el esquema más sencillo ya que se codifica un nivel detensión como un 1 y una ausencia de tensión como un 0 ( o al revés ) .

Ventajas : sencillez , fácil de implementar , uso eficaz delancho de banda .

Desventajas : presencia de componente en continua ,ausencia de capacidad de sincronización .

Se suelen utilizar en grabaciones magnéticas .

Otra modalidad de este tipo de codificación es la NRZIque consiste en codificar los bits cuando se producen cambios de tensión (sabiendo la duración de un bit , si hay un cambio de tensión , esto secodifica por ejemplo como 1 y si no hay cambio , se codifica como 0 ) . A estose le llama codificación diferencial . Lo que se hace es comparar la polaridadde los elementos de señal adyacentes , y esto hace posible detectar mejor lapresencia de ruido y es más difícil perder la polaridad de una señal cuandohay dificultades de transmisión .

Este sistema intenta subsanar las deficiencias de NRZutilizando el sistema de codificar un 1 cada vez que se produce un cambio denivel de la señal , y codificando un 0 cuando no hay cambio de nivel ( lo cuálsigue siendo un inconveniente para cadenas de ceros ) .

Ventajas : no hay problemas de sincronización con cadenas de1 ( aunque sí con cadenas de 0 ) , no hay componente en continua , ancho debanda menor que en NRZ , la alternancia de pulsos permite la detección deerrores .

Desventajas : hay aún problemas de sincronización , esmenos eficaz que el NRZ , hay mayor tasa de errores que NRZ .

En la codificación Manchester siempre hay una transición enmitad del intervalo de duración del bit ( la mitad del bit se encarga de lasincronización ) .

En Manchester diferencial la transición en mitad delintervalo se utiliza sólo como sincronización y es la presencia de un cambiode tensión al inicio del bit lo que señala la presencia de un 1 .

Ventajas : sincronización ,no tiene componente en continua ,detección de errores .

Desventajas : se necesita mayor ancho de banda .

Hay que diferenciar entre la razón de datos ( bits porunidad de tiempo ) y la velocidad de modulación ( elementos de señal porunidad de tiempo ) . Cuanto mejor sea el sistema de codificación , mayorvelocidad de modulación se podrá obtener .

Para mantener sincronizado el reloj del receptor en técnicasbifase , se hace necesario sustituir series largas de ausencias de tensión porcambios sincronizados ( que portan el reloj ) y luego se requiere un método enel receptor para volver a decodificar la señal original .

Para transmitir datos digitales mediante señales analógicases necesario convertir estos datos a un formato analógico . Para esto existenvarias técnicas.

 

1. Desplazamiento de amplitud ( ASK ) : los dos valores binarios se representan por dos valores de amplitud de la portadora , por ejemplo s(t)=A x Cos ( 2 x pi x f x t ) simboliza el 1 y s(t)= 0 simboliza el 0 . Aunque este método es muy sensible a cambios repentinos de la ganancia , es muy utilizado en fibras ópticas ( 1 es presencia de luz y 0 es ausencia de luz ) .

    

    

2. Desplazamiento de frecuencia ( FSK ) : en este caso , los dos valores binarios se representan por dos frecuencias próximas a la portadora . Este método es menos sensible a errores que ASK y se utiliza para mayores velocidades de transmisión que ASK , para transmisiones de teléfono a altas frecuencias y para LAN's con cables coaxiales .

    

    

3. Desplazamiento de fase ( PSK ) : en este caso es la fase de la portadora la que se desplaza. Un 0 se representa como una señal con igual fase que la señal anterior y un 1 como una señal con fase opuesta a la anteriormente enviada .Utilizando varios ángulos de fase , uno para cada tipo de señal , es posible codificar más bits con iguales elementos de señal .

    

Para transmitir datos analógicos en señales digitales espreciso realizar un proceso de digitalización de los datos . Este proceso y elsiguiente de decodificación la realiza un dispositivo llamado codec .

Se basa en el teorema de muestreo : " Si una señal f(t)se muestrea a intervalos regulares de tiempo con una frecuencia mayor que eldoble de la frecuencia significativa más alta de la señal , entonces lasmuestras así obtenidas contienen toda la información de la señal original .La función f(t) se puede reconstruir a partir de estas muestras mediante lautilización de un filtro pasa-baja " .

Es decir , se debe muestrear la señal original con el doblede frecuencia que ella , y con los valores obtenidos , normalizándolos a un númerode bits dado ( por ejemplo , con 8 bits habría que distinguir entre 256posibles valores de amplitud de la señal original a cuantificar ) se ha podidocodificar dicha señal .

En el receptor , este proceso se invierte , pero por supuestose ha perdido algo de información al codificar , por lo que la señal obtenidano es exactamente igual que la original ( se le ha introducido ruido decuantización ) .

Hay técnicas no lineales en las que es posible reducir elruido de cuantización muestreando a intervalos no siempre iguales .

Esta técnica reduce la complejidad de la anterior mediantela aproximación de la función a codificar por una función escalera lo másparecida posible . De esta forma , cada escalón de la escalera ya puede serrepresentado por un valor ( en 8 bits , uno entre 256 posibles valores deamplitud ) .La elección de un adecuado salto de escalera y de la frecuencia demuestreo pueden hacer que se modifique la precisión de la señal .

La principal ventaja de esta técnica respecto a la anteriores la facilidad de implementación .

Las técnicas de transmisión digital están siendo muyutilizadas debido a :

 

• Al usar repetidores en lugar de amplificadores , no hay ruido aditivo .

   

   

• Al usar técnicas de multiplexación por división en el tiempo , no hay ruido de intermodulación .

   

   

• Las señales digitales son más fáciles de emplear en los modernos circuitos de conmutación .

   

La modulación consiste en combinar una señal de entrada conuna señal portadora para producir una señal cuyo ancho de banda esté centradoen torno a la frecuencia de la portadora . Este proceso es necesario paratransmitir datos digitales mediante señales analógicas , pero no se sabe siestá justificado para transmitir datos analógicos .

Este proceso es necesario ya que para transmitir señalesanalógicas sin modular , tendríamos que utilizar enormes antenas y tampocopodríamos utilizar técnicas de multiplexación por división en frecuencias .

Consiste en multiplicar la señal original por la portadora yde esta forma se obtiene la forma original pero sólo utilizando los máximos ylos mínimos de la señal modulada . De esta forma , se puede reconstruir la señaloriginal y se evita la utilización de enormes antenas .

Hay una aproximación que utiliza sólo la mitad del ancho debanda y se necesita menos potencia para su transmisión . Pero esta aproximacióny otras quitan la portadora , con lo que se pierde el poder de sincronizaciónde la señal .

Se puede hacer que la señal portadora tenga cambios de faseque recreen la señal original a modular ( modulación en fase ) o también quela portadora tenga cambios de frecuencia que simulen la señal original amodular ( modulación en frecuencia ) .

El inconveniente de estas dos modalidades de modulación esque requieren mayor ancho de banda que la modulación en amplitud .

Hay enormes dificultades a la hora de recuperar la señaltransmitida por un emisor, sobre todo debido a que hay que saber cada cuantotiempo va a llegar un dato; para esto se suelen usar técnicas de sincronización.

La manera más fácil de conseguir sincronismo es enviandopequeñas cantidades de bits a la vez , sincronizándose al inicio de cadacadena . Esto tiene el inconveniente de que cuando no se transmite ningún carácter, la línea está desocupada .Para detectar errores , se utiliza un bit deparidad en cada cadena . Usando la codificación adecuada , es posible hacercorresponder un 0 ( por ejemplo ) a cuando la línea está parada ( con NRZ ,cada vez que se quiera comenzar a transmitir una cadena , se usa un 1 como señal) .Si el receptor es un tanto más rápido o lento que el emisor , es posibleque incluso con cadenas cortas ( o tramas , que son las cadenas más los bitsadicionales de paridad y de comienzo y parada ) se produzcan errores como elerror de delimitación de trama ( se leen datos fuera de la trama al ser elreceptor más lento que el emisor ) o el error que se produce al introducirseruido en la transmisión de forma que en estado de reposo , el receptor crea quese ha emitido un dato ( el ruido ) .

Este tipo de transmisión es sencilla y no costosa , aunquerequiere muchos bits de comprobación y de control .

En este tipo de transmisión no hay bits de comienzo ni deparada , por lo que se transmiten bloques de muchos bits . Para evitar erroresde delimitación , se pueden sincronizar receptor y emisor mediante una líneaaparte ( método utilizado para líneas cortas ) o incluyendo la sincronizaciónen la propia señal ( codificación Manchester o utilización de portadoras enseñales analógicas ) . Además de los datos propios y de la sincronización ,es necesaria la presencia de grupos de bits de comienzo y de final del bloque dedatos , además de ciertos bits de corrección de errores y de control . A todoel conjunto de bits y datos se le llama trama .

Para bloques grandes de datos , la transmisión síncrona esmás eficiente que la asíncrona .

Cuando sólo es necesaria la conexión de un emisor con unreceptor , se utilizan enlaces punto a punto . Si se quiere utilizar unordenador central y varias terminales , se pueden utilizar conexiones punto apunto entre cada terminal y el computador central , pero éste debe tener unpuerto de E/S dedicado a cada terminal y además una línea de conexión entrecada terminal y el computador central .

Existe la posibilidad de conectar un computador central convarias terminales mediante una línea multipunto y por medio de un sólo puertode E/S .

En la transmisión semi-duplex cada vez sólo una de las dosestaciones del enlace punto a punto puede transmitir .

En la transmisión full-duplex las dos estaciones puedensimultáneamente enviar y recibir datos . En transmisión digital , parafull-duplex se requieren ( en medios guiados ) dos cables por conexión ( unopara un sentido y otro para otro ) .

En transmisión analógica es necesaria la utilización dedos frecuencias para full-duplex o dos cables si se quiere emitir y recibir enla misma frecuencia .

Generalmente , los computadores y terminales no estáncapacitados para transmitir y recibir datos de una red de larga distancia , ypara ello están los módem u otros circuitos parecidos . A los terminales ycomputadores se les llama DTE y a los circuitos ( módem ) de conexión con lared se les llama DCE . Los DCE se encargan de transmitir y recibir bits uno auno . Los DTE y DCE están comunicados y se pasan tanto datos de informacióncomo de control . Para que se puedan comunicar dos DTE hace falta que amboscooperen y se entiendan con sus respectivos DCE . También es necesario que losdos DCE se entiendan y usen los mismos protocolos .

La interfaz entre el DCE y el DTE debe de tener unaconcordancia de especificaciones :

 

• De procedimiento: ambos circuitos deben estar conectados con cables y conectores similares.

   

   

• Eléctricas : ambos deben de trabajar con los mismos niveles de tensión .

   

   

• Funcionales : debe de haber concordancia entre los eventos generados por uno y otro circuito .

   

Es un interfaz utilizado para conectar DTE con módems a travésde líneas analógicas de telefonía .

Especificaciones :

 

• Conector de 25 contactos .

   

   

• Un solo cable de conexión y otro de tierra .

   

   

• Señalización digital y codificación NRZ-L .

   

   

• Se permite funcionamiento full-duplex .

   

   

• Circuitos de datos , de control , de temporización y de tierra .

   

   

• A cortas distancias es posible evitar el uso de DCE y conectar directamente DTE a DTE .

   

Reduciendo los circuitos y aumentando la lógica de controlse ha conseguido abaratar estos mecanismos y se ha conseguido un conector de 8pines para la Red Digital de Servicios Integrados .

En estos sistemas, la información de control y de datos vanunidas y se separan en los extremos de las líneas. También es posible el envíode energía por las mismas líneas (para control remoto de periféricos porejemplo).

Se utilizan dos cables de conexión que forman un circuitocerrado ( señalización diferencial ) y los valores de los bits dependen de ladiferencia de tensión de ambos cables .

Este tipo de señalización hace que el ruido afecte menos alos datos ya que afecta por igual a los dos cables , por lo que se anula elruido .

Es una técnica para que el emisor no sobrecargue al receptoral enviarle más datos de los que pueda procesar . El receptor tiene un bufferde una cierta capacidad para ir guardando los datos recibidos y tras procesarlos, enviarlos a capas superiores .

Vamos a suponer que todas las tramas recibidas llegan con unpoco de retardo pero sin errores y sin adelantarse unas a otras .

Consiste en que el emisor envía una trama y al ser recibidapor el receptor , éste ( el receptor ) confirma al emisor ( enviándole unmensaje de confirmación ) la recepción de la trama . Este mensaje recibido porel emisor es el que le indica que puede enviar otra trama al receptor . De estaforma , cuando el receptor esté colapsado ( el buffer a punto de llenarse ) ,no tiene más que dejar de confirmar una trama y entonces el emisor esperaráhasta que el receptor decida enviarle el mensaje de confirmación ( una vez quetenga espacio en el buffer ) .

Este sistema es el más eficaz para que no haya errores y esel más utilizado cuando se permiten tramas muy grandes , pero es normal que elemisor parta las tramas en más pequeñas para evitar que al ser una trama delarga duración, es más probable que se produzca algún error en la transmisión.También, en LAN's, no se suele permitir que un emisor acapare la línea durantemucho tiempo (para poder transmitir una trama grande).

Otro problema adicional es que se infrautiliza la línea alestar parada mientras los mensajes del receptor llegan al emisor .

El problema de que sólo hay una trama cada vez en tránsitopor la red se soluciona con este sistema de ventanas deslizantes .

En este sistema , el receptor y el emisor se ponen de acuerdoen el número de tramas que puede guardar el receptor sin procesar ( depende deltamaño del buffer ) . También se ponen de acuerdo en el número de bits autilizar para numerar cada trama ( al menos hay que tener un número de bitssuficientes para distinguir cada una de las tramas que quepan en el buffer delreceptor ) , Por ejemplo , si en el buffer del receptor caben 7 tramas , habráque utilizar una numeración con 3 bits ( 2³ = 8 > 7 ) .

El emisor transmite tramas por orden ( cada trama va numeradamódulo 2^{número de bits} ) hasta un máximo de el número máximo detramas que quepan en el buffer del receptor ( en el ejemplo , 7 ) . El receptorirá procesando las tramas que le lleguen y confirmando que admite tramas apartir de una dada ( hasta un máximo de 7 en el ejemplo ) . Por ejemplo , si haprocesado hasta la trama 5 , confirmará el número 6 ( es decir , que puedeprocesar las tramas 6 , 7 , 0 , 1 , 2 , 3 y 4 ) . Al recibir el emisor laconfirmación de la trama 6 , emitirá todas las que no haya transmitido desdela 6 hasta la 4 ( 6 , 7 , 0 , 1 , 2 , 3 y 4 ) . Por ejemplo , se ya habíaenviado la 6 , 7 , 0 y 1 , sabe que puede enviar la 2 , 3 y 4 .

Existe la posibilidad de indicarle al emisor la confirmaciónde tramas recibidas y prohibirle el envío de más tramas ( con el mensaje deReceptor No Preparado ) .

Cuando la dos estaciones son emisoras y receptoras , sepueden utilizar dos ventanas por estación , una para el envío y otra para larecepción . Se puede utilizar la misma trama para enviar datos y confirmaciones, mejorando así la utilización del canal .

Este sistema de transmisión es mucho más eficiente que elde parada y espera , ya que pueden haber más de una trama a la vez en las líneasde transmisión (en el de parada y espera sólo puede haber una trama a la vez).

Cuanto mayor es la trama que se transmite , mayor es laprobabilidad de que contenga algún error . Para detectar errores , se añade uncódigo en función de los bits de la trama de forma que este código señale sise ha cambiado algún bit en el camino . Este código debe de ser conocido einterpretado tanto por el emisor como por el receptor .

Se añade un bit de paridad al bloque de datos ( por ejemplo, si hay un número par de bits 1 , se le añade un bit 0 de paridad y si sonimpares , se le añade un bit 1 de paridad ) .

Pero puede ocurrir que el propio bit de paridad sea cambiadopor el ruido o incluso que más de un bit de datos sea cambiado , con lo que elsistema de detección fallará .

Dado un bloque de n bits a transmitir , el emisor le sumarálos k bits necesarios para que n+k sea divisible ( resto 0 ) por algún númeroconocido tanto por el emisor como por el receptor .

Este proceso se puede hacer bien por software o bien por uncircuito hardware ( más rápido ) .

Se trata en este caso de detectar y corregir erroresaparecidos en las transmisiones . Puede haber dos tipos de errores :

 

• Tramas perdidas : cuando una trama enviada no llega a su destino .

   

   

• Tramas dañadas : cuando llega una trama con algunos bits erróneos .

   

Hay varias técnicas para corregir estos errores :

 

1. Detección de errores : discutida antes .

    

    

2. Confirmaciones positivas: el receptor devuelve una confirmación de cada trama recibida correctamente .

    

    

3. Retransmisión después de la expiración de un intervalo de tiempo: cuando ha pasado un cierto tiempo , si el emisor no recibe confirmación del receptor , reenvía otra vez la trama .

    

    

4. Confirmación negativa y retransmisión : el receptor sólo confirma las tramas recibidas erróneamente , y el emisor las reenvía .

    

Todos estos métodos se llaman ARQ (solicitud de repeticiónautomática). Entre los más utilizados destacan:

Se basa en la técnica de control de flujo de parada-y-espera. Consiste en que el emisor transmite una trama y hasta que no recibe confirmacióndel receptor , no envía otra .

Puede ocurrir que :

 

• La trama no llegue al receptor , en cuyo caso , como el emisor guarda una copia de la trama y además tiene un reloj , cuando expira un cierto plazo de tiempo sin recibir confirmación del receptor , reenvía otra vez la trama .

   

   

• La trama llegue al receptor deteriorada , en cuyo caso no es confirmada como buena por el receptor . Pero puede ocurrir que el receptor confirme una trama buena pero la confirmación llegue al emisor con error , entonces , el emisor enviaría otra vez la trama . Para solucionar esto , las tramas se etiquetan desde 0 en adelante y las confirmaciones igual .

   

Es una técnica sencilla y barata pero poco eficiente .

Se basa en la técnica de control de flujo con ventanasdeslizantes .

Cuando no hay errores, la técnica es similar a las ventanasdeslizantes, pero cuando la estación destino encuentra una trama errónea,devuelve una confirmación negativa y rechaza todas las tramas que le lleguenhasta que reciba otra vez la trama antes rechazada, pero en buenas condiciones.Al recibir la estación fuente una confirmación negativa de una trama, sabe quetiene que volver a transmitir esa trama y todas las siguientes . Si el receptorrecibe la trama i y luego la i+2 , sabe que se ha perdido la i+1 , por lo queenvía al emisor una confirmación negativa de la i+1 .

La estación emisora mantiene un temporizador para el caso deque no reciba confirmación en un largo periodo de tiempo o la confirmaciónllegue errónea , y así poder retransmitir otra vez las tramas .

Con este método , las únicas tramas que se retransmiten sonlas rechazadas por el receptor o aquellas cuyo temporizador expira sinconfirmación . Este método es más eficiente que los anteriores . Para queesto se pueda realizar , el receptor debe tener un buffer para guardar lastramas recibidas tras el rechazo de una dada , hasta recibir de nuevo la tramarechazada y debe de ser capaz de colocarla en su lugar correcto ( ya que debende estar ordenadas ) . Además , el emisor debe de ser capaz de reenviar tramasfuera de orden .

Estos requerimientos adicionales hacen que este método seamenos utilizado que el de adelante-atrás-N .

Cuando los datos hay que enviarlos a largas distancias ( eincluso a no tan largas ) , generalmente deben pasar por varios nodosintermedios . Estos nodos son los encargados de encauzar los datos para quelleguen a su destino.

En conmutación de circuitos , los nodos intermedios notratan los datos de ninguna forma , sólo se encargan de encaminarlos a sudestino .

En redes de comunicación conmutadas , los datos que entrenen la red provenientes de alguna de las estaciones , son conmutados de nodo ennodo hasta que lleguen a su destino .

Hay nodos sólo conectados a otros nodos y su única misiónes conmutar los datos internamente a la red . También hay nodos conectados aestaciones y a otros nodos , por lo que deben de añadir a su función como nodo, la aceptación y emisión de datos de las estaciones que se conectan .

Los enlaces entre nodos están multiplexados en el tiempo opor división de frecuencias .

Generalmente hay más de un camino entre dos estaciones ,para así poder desviar los datos por el camino menos colapsado .

Para redes de área amplia , generalmente se utilizan otras técnicasde conmutación : conmutación de circuitos y conmutación de paquetes .

Para cada conexión entre dos estaciones , los nodosintermedios dedican un canal lógico a dicha conexión . Para establecer elcontacto y el paso de la información de estación a estación a través de losnodos intermedios , se requieren estos pasos :

 

1. Establecimiento del circuito : el emisor solicita a un cierto nodo el establecimiento de conexión hacia una estación receptora . Este nodo es el encargado de dedicar uno de sus canales lógicos a la estación emisora ( suele existir de antemano ) . Este nodo es el encargado de encontrar los nodos intermedios para llegar a la estación receptora , y para ello tiene en cuenta ciertos criterios de encaminamiento , coste , etc...

    

    

2. Transferencia de datos : una vez establecido el circuito exclusivo para esta transmisión ( cada nodo reserva un canal para esta transmisión ) , la estación se transmite desde el emisor hasta el receptor conmutando sin demoras de nodo en nodo ( ya que estos nodos tienen reservado un canal lógico para ella ) .

    

    

3. Desconexión del circuito : una vez terminada la transferencia , el emisor o el receptor indican a su nodo más inmediato que ha finalizado la conexión , y este nodo informa al siguiente de este hecho y luego libera el canal dedicado . así de nodo en nodo hasta que todos han liberado este canal dedicado .

    

Debido a que cada nodo conmutador debe saber organizar el tráficoy las conmutaciones , éstos deben tener la suficiente "inteligencia"como para realizar su labor eficientemente .

La conmutación de circuitos suele ser bastante ineficienteya que los canales están reservados aunque no circulen datos a través de ellos.

Para tráfico de voz , en que suelen circular datos ( voz )continuamente , puede ser un método bastante eficaz ya que el único retardo esel establecimiento de la conexión , y luego no hay retardos de nodo en nodo (al estar ya establecido el canal y no tener que procesar ningún nodo ningunainformación ) .

La red pública de telefonía utiliza conmutación decircuitos . Su arquitectura es la siguiente :

 

• Abonados : son las estaciones de la red .

   

   

• Bucle local : es la conexión del abonado a la red . Esta conexión , como es de corta distancia , se suele hacer con un par trenzado .

   

   

• Centrales : son aquellos nodos a los que se conectan los abonados ( centrales finales ) o nodos intermedios entre nodo y nodo ( centrales intermedias ) .

   

   

• Líneas principales : son las líneas que conectan nodo a nodo . Suelen usar multiplexación por división en frecuencias o por división en el tiempo .

   

La conmutación de circuitos , a pesar de sus deficiencias esel sistema más utilizado para conectar sistemas informáticos entre sí alargas distancias debido a la profusión e interconexión que existe ( debido alauge del teléfono ) y a que una vez establecido el circuito , la red secomporta como si fuera una conexión directa entre las dos estaciones ,ahorrando bastante lógica de control .

Cada nodo de conmutación de circuitos consta básicamente deun conmutador digital , circuito que tiene una serie de conexiones al exterior (cada una es un canal ) y una lógica de puertas interna que conecta unos canalescon otros cuando se requieren estas conexiones . Por lo que dos canalesconectados por el conmutador es como si estuvieran unidos sin interrupción . Elconmutador posee la lógica de control suficiente para conectar y desconectarcanales conforme sea necesario . Estos conmutadores deben permitir conexiónfull-duplex ( típica en telefonía ) .

El conmutador digital se compone de :

 

• Interfaz de red: incluye las funciones y hardware para conectar los dispositivos digitales (y analógicos) a la red.

   

   

• Unidad de control: establece, gestiona y corta las conexiones conforme se le requieran al sistema.

   

Hay dos tipos básicos de redes respecto a su capacidad o node bloquear las comunicaciones entre dos estaciones :

 

1. Bloqueantes: aquellas que impiden una conexión cuando no es posible dedicar canales para ella ( por ejemplo en telefonía ya que no suele haber muchos teléfonos funcionando a la vez al ser las conexiones relativamente cortas ) .

    

    

2. No bloqueantes : aquellas que siempre disponen de algún canal para cada conexión ( esto debe ser así para conexiones entre sistemas informáticos en los que la conexión típica es de larga duración ) .

    

Son conmutadores en los que las conexiones entre líneas deentrada y salida son conexiones físicas (generalmente con matrices de puertas físicasque se cierran o abren) .

Sus limitaciones principales son:

 

• Al crecer el número de líneas de conexión, deben crecer con el cuadrado, los puntos de cruce; algo muy costoso.

   

   

• La pérdida de un punto de cruce interrumpe la conexión entre dos líneas.

   

   

• Hay muchos puntos de cruce que no se utilizan nunca. Por lo que es muy ineficiente.

   

Los conmutadores con múltiples etapas solucionan algunos delos inconvenientes anteriores :

 

• Se reduce el número de puntos de cruce .

   

   

• Hay más de un camino posible entre dos líneas .

   

Estos sistemas deben de ser bloqueantes .

Estos sistemas constan de las líneas de entrada ( una paracada canal de acceso al conmutador ) y lo que hacen es muestrear una a una cadalínea y lo que encuentren ( ya sean bits , bytes o bloques ) lo pasan a unasmemorias llamadas ranuras ( una por cada canal ) de donde serán pasados a suscorrespondientes líneas de salida . Las líneas de entrada son fijas para cadaemisor , pero las líneas de salida se irán conmutando dependiendo de lasvelocidades de asimilación de datos por las líneas de salida .

Las velocidades de trabajo del sistema deben de ser losuficientemente altas para que ninguna entrada supere a ésta en velocidad .

Debido al auge de las transmisiones de datos , la conmutaciónde circuitos es un sistema muy ineficiente ya que mantiene las líneas muchotiempo ocupadas aun cuando no hay información circulando por ellas . Además ,la conmutación de circuitos requiere que los dos sistemas conectados trabajen ala misma velocidad, cosa que no suele ocurrir hoy en día debido a la granvariedad de sistemas que se comunican .

En conmutación de paquetes , los datos se transmiten enpaquetes cortos . Para transmitir grupos de datos más grandes , el emisortrocea estos grupos en paquetes más pequeños y les adiciona una serie de bitsde control . En cada nodo , el paquete se recibe , se almacena durante un ciertotiempo y se transmite hacia el emisor o hacia un nodo intermedio .

Las ventajas de la conmutación de paquetes frente a la decircuitos son :

 

1. La eficiencia de la línea es mayor : ya que cada enlace se comparte entre varios paquetes que estarán en cola para ser enviados en cuanto sea posible . En conmutación de circuitos , la línea se utiliza exclusivamente para una conexión , aunque no haya datos a enviar .

    

    

2. Se permiten conexiones entre estaciones de velocidades diferentes : esto es posible ya que los paquetes se irán guardando en cada nodo conforme lleguen ( en una cola ) y se irán enviando a su destino .

    

    

3. No se bloquean llamadas : ya que todas las conexiones se aceptan , aunque si hay muchas , se producen retardos en la transmisión .

    

    

4. Se pueden usar prioridades : un nodo puede seleccionar de su cola de paquetes en espera de ser transmitidos , aquellos más prioritarios según ciertos criterios de prioridad .

    

Cuando un emisor necesita enviar un grupo de datos mayor queel tamaño fijado para un paquete , éste los trocea en paquetes y los envíauno a uno al receptor .

Hay dos técnicas básicas para el envío de estos paquetes :

 

1. Técnica de datagramas : cada paquete se trata de forma independiente , es decir , el emisor enumera cada paquete , le añade información de control ( por ejemplo número de paquete , nombre , dirección de destino , etc...) y lo envía hacia su destino . Puede ocurrir que por haber tomado caminos diferentes , un paquete con número por ejemplo 6 llegue a su destino antes que el número 5 . También puede ocurrir que se pierda el paquete número 4 . Todo esto no lo sabe ni puede controlar el emisor , por lo que tiene que ser el receptor el encargado de ordenar los paquetes y saber los que se han perdido ( para su posible reclamación al emisor ) , y para esto , debe tener el software necesario .

    

    

2. Técnica de circuitos virtuales : antes de enviar los paquetes de datos , el emisor envía un paquete de control que es de Petición de Llamada , este paquete se encarga de establecer un camino lógico de nodo en nodo por donde irán uno a uno todos los paquetes de datos . De esta forma se establece un camino virtual para todo el grupo de paquetes . Este camino virtual será numerado o nombrado inicialmente en el emisor y será el paquete inicial de Petición de Llamada el encargado de ir informando a cada uno de los nodos por los que pase de que más adelante irán llegando los paquetes de datos con ese nombre o número . De esta forma , el encaminamiento sólo se hace una vez ( para la Petición de Llamada ) . El sistema es similar a la conmutación de circuitos , pero se permite a cada nodo mantener multitud de circuitos virtuales a la vez .

    

Las ventajas de los circuitos virtuales frente a losdatagramas son :

 

• El encaminamiento en cada nodo sólo se hace una vez para todo el grupo de paquetes . Por lo que los paquetes llegan antes a su destino .

   

   

• Todos los paquetes llegan en el mismo orden del de partida ya que siguen el mismo camino .

   

   

• En cada nodo se realiza detección de errores, por lo que si un paquete llega erróneo a un nodo, éste lo solicita otra vez al nodo anterior antes de seguir transmitiendo los siguientes.

   

Desventajas de los circuitos virtuales frente a losdatagramas :

 

• En datagramas no hay que establecer llamada ( para pocos paquetes , es más rápida la técnica de datagramas ) .

   

   

• Los datagramas son más flexibles , es decir que si hay congestión en la red una vez que ya ha partido algún paquete , los siguientes pueden tomar caminos diferentes ( en circuitos virtuales , esto no es posible ) .

   

   

• El envío mediante datagramas es más seguro ya que si un nodo falla , sólo un paquetes se perderá ( en circuitos virtuales se perderán todos ) .

   

Un aumento del tamaño de los paquetes implica que es másprobable que lleguen erróneos . Pero una disminución de su tamaño implica quehay que añadir más información de control , por lo que la eficienciadisminuye . hay que buscar un compromiso entre ambos .

Hay 3 tipos de retardo :

 

1. Retardo de propagación : tiempo despreciable de propagación de la señal de un nodo a otro nodo .

    

    

2. Tiempo de transmisión: tiempo que tarda el emisor en emitir los datos .

    

    

3. Retardo de nodo : tiempo que emplea el nodo desde que recibe los datos hasta que los emite ( gestión de colas , etc... ) .

    

Las prestaciones de conmutación de circuitos y conmutaciónde paquetes :

 

• En conmutación de circuitos hay un retardo inicial hasta establecer la conexión ( en cada nodo se produce un retardo ) . Tras el establecimiento de la conexión , existe el retardo del tiempo de transmisión y el retardo de propagación . Pero toda la información va a la vez en un bloque sin más retardos adicionales .

   

   

• En conmutación de paquetes mediante circuitos virtuales , existe el mismo retardo inicial que en conmutación de circuitos . Pero además , en cada nodo , cada paquete sufre un retardo hasta que le llega su turno de envío de entre la cola de paquetes a emitir por el nodo . A todo esto , habría que sumar el retardo de transmisión y el retardo de propagación .

   

   

• En datagramas , se ahorra el tiempo de establecimiento de conexión , pero no los demás retardos que hay en circuitos virtuales . Pero existe el retardo de encaminamiento en cada nodo y para cada paquete . Por tanto , para grupos grandes de datos , los circuitos virtuales son más eficaces que los datagramas , aunque para grupos pequeños sean menos eficaces que los datagramas .

   

Hay dos niveles en donde se pueden utilizar técnicas dedatagramas y de circuitos virtuales . En un nivel interno ( entre estación ynodo ) , se llaman operación de datagrama interno y operación de circuitovirtual interno . Pero cuando se sale de este ámbito controlable por la estaciónemisora , la propia red decide la utilización de servicios de datagrama externoo servicio de circuito virtual externo para sus comunicaciones ( ocultos alusuario o emisor ) .

Para los servicio externos hay una serie de consideraciones aseguir :

 

• Si se utilizan operaciones de datagrama interno y servicios de datagrama externo , al haber errores , no hay pérdidas de tiempo en establecer nuevas conexiones ni se necesitan muchos espacios de almacenamiento .

   

   

• Si se utilizan operaciones de circuitos virtuales internos y servicios de circuitos virtuales externos , se mejoran las prestaciones para transmisiones de grandes grupos de información y de acceso a terminales remotos .

   

La función de encaminamiento tiene estos requisitos :

 

1. Exactitud .

    

    

2. Sencillez .

    

    

3. Robustez : es la capacidad para redirigir el tráfico a zonas seguras cuando hay fallos .

    

    

4. Estabilidad : es posible que si un sistema es muy robusto , se convierta en inestable al reaccionar demasiado bruscamente ante situaciones concretas .

    

    

5. Imparcialidad : hay sistemas que premian , en aras de optimalidad , las conexiones cercanas frente a las más lejanas , con lo que la comunicación entre estaciones alejadas se dificulta .

    

    

6. Optimización : es posible que la robustez y la imparcialidad reporten un coste adicional de cálculo en cada nodo , lo que implica que ya no es el sistema más óptimo .

    

    

7. Eficiencia : lo mismo ocurre con la eficiencia .

    

Hay dos formas de elegir un encaminamiento eficiente : una eselegir el camino más corto ( la distancia entre la estación emisora y lareceptora es la mínima ) y otra es elegir el menor número de saltos ( entre laestación emisora y la receptora hay el menor número de nodos ) .

En aplicaciones reales se suele elegir la del camino máscorto .

El instante en que se decide hacia dónde se enviará unpaquete en un nodo es muy importante . En datagramas , esto se produce una vezpor paquete . En circuitos virtuales se produce una vez por petición de llamada.

Hay dos lugares donde se puede decidir hacia dónde debeenviarse un paquete desde un nodo : una es en el propio nodo ( encaminamientodistribuido ) y otra en un nodo señalado para esta tarea ( encaminamientocentralizado ) . Esta última forma tiene el inconveniente de que si este nodose estropea , el encaminamiento de todos los nodos que dependen de este nodo deencaminamiento es imposible , y todos los nodos serán inservibles .

Hay otra forma de controlar el encaminamiento , y es en lapropia estación de origen .

 

1. Encaminamiento estático . Cada nodo encaminará sus datos a otronodo adyacente y no cambiará dicho encaminamiento nunca ( mientras dure latopología de la red ) . Existe un nodo de control que mantiene la informacióncentralizada . Como cada nodo encaminará sus datos sólo a un nodo adyacentepara cada nodo destino posible , sólo es necesario almacenar estos contactosentre nodos adyacentes y no todos los caminos entre todos los nodos de la red .

    

   En el nodo central se almacenan todas las tablas deencaminamientos , pero en cada nodo sólo hay que almacenar las filas queconectan ese nodo con el siguiente para conseguir el encaminamiento a cada nodoposible destino de la red .

   Este sistema es muy eficiente y sencillo pero poco tolerantea fallos en nodos adyacentes , ya que sólo puede encaminar a uno .

    

    

2. Inundaciones . Consiste en que cada nodo envía una copia del paquete atodos sus vecinos y éstos lo reenvía a todos sus vecinos excepto al nodo delcuál lo habían recibido . De esta forma se asegura que el paquete llegará asu destino en el mínimo tiempo posible . Para evitar que a un nodo llegue unpaquete repetido , el nodo debe guardar una información que le haga descartarun paquete ya recibido .

    

   Esta técnica, al ser muy robusta y de coste mínimo, sepuede usar para mensajes de alta prioridad o muy importante. El problema es lagran cantidad de tráfico que se genera en la red. Esta técnica libera de losgrandes cálculos para seleccionar un encaminamiento .

    

3. Encaminamiento aleatorio . Consiste en que en cada nodo , se elegiráaleatoriamente el nodo al cuál se va a reenviar el paquete . De esta forma , sepuede asegurar que el paquete llegará al destino pero en un mayor tiempo que enel de inundaciones . Pero el tránsito en la red es mucho menor . Esta técnicatambién libera de cálculos para seleccionar el encaminamiento .

    

    

4. Encaminamiento adaptable .Consiste en que la red va cambiando su sistemade encaminamiento conforme se cambian las condiciones de tráfico de la red .Para conseguir esto , los nodos deben de intercambiar información sobrecongestión de tráfico y otros datos .

    

 

• El costo de procesamiento en cada nodo aumenta .

   

   

• Al intercambiar información de nodo en nodo , aumenta el tráfico .

   

   

• Es una técnica muy inestable .

   

Las ventajas :

 

• El usuario cree que aumentan las prestaciones .

   

   

• Se puede ayudar en el control de la congestión .

   

Es el protocolo más utilizado . Se usa en conmutación depaquetes , sobre todo en RDSI .

Este protocolo especifica funciones de tres capas del modeloOSI : capa física , capa de enlace y capa de paquetes .

El terminal de usuario es llamado DTE , el nodo de conmutaciónde paquetes es llamado DCE La capa de paquetes utiliza servicios de circuitosvirtuales externos .

Este sistema ofrece dos tipos de circuitos virtuales externos: llamadas virtuales y circuitos virtuales permanentes . En el primer caso , serequiere establecimiento de conexión o llamada inicial , mientras que en elsegundo no .

Cada paquete contiene cierta información de control , comopor ejemplo el número de circuito virtual . Además de paquetes de datos , setransfieren paquetes de control en los que figura el número de circuito virtualademás del tipo de información de control .

Existen prioridades en los envíos de paquetes . Existenpaquetes de reinicio de circuitos cuando hay un error , de reinicio de todo elsistema y de ruptura de conexión .

Se permite la conexión de miles de circuitos virtuales ,además de full-duplex . Hay varios tipos de circuitos virtuales , fijos , dellamadas entrantes a la red , de llamadas salientes , etc...

Se usa protocolo de ventana deslizante .

Se permite el envío de bloques grandes de datos . Esto lohace dividiendo los datos en paquetes de dos tipos , los grandes con el tamañomáximo permitido y paquetes de restos de un tamaño menor al permitido .

En el modelo OSI , sólo hay diferencias entre LAN , MAN yWAN en las tres capas más bajas , que son la capa física , de control deacceso al medio y de control de enlace lógico .

En arquitecturas LAN , las tres primeras capas tienen lassiguientes funciones :

 

1. Capa física :

    

 

• Codificación y decodificación de señales .

   

   

• Generación y eliminación de preámbulo .

   

   

• Transmisión y recepción de bits .

   

 

1. Control de acceso al medio ( MAC ) :

    

 

• Ensamblado de datos en tramas con campos de direccionamiento y detección de errores .

   

   

• Desensamblado de tramas , reconocimiento de direcciones y detección de errores .

   

   

• Control de acceso al medio de transmisión LAN .

   

 

1. Control de enlace lógico ( LLC ) :

    

 

• Interfaz con las capas superiores y control de errores y de flujo .

   

Cada capa toma las tramas y le añade una serie de datos decontrol antes de pasarla a la siguiente capa .

Cabecera MAC / Cabecera LLC / Cabecera IP / Cabecera TCP /Datos / Parte final MAC

/<--- segmento TCP ---->/

/<----------- datagrama IP ---------------->/

/<--------- unidad de datos de protocolo LLC------------->/

/<---------------------------------------------- trama MAC----------------------------------------------------->/

 

1. Topologías en bus y en árbol : En la topología en bus , todas lasestaciones se encuentran conectadas directamente a través de interfaces físicasllamadas tomas de conexión a un medio de transmisión lineal o bus . Se permitela transmisión full-duplex y ésta circula en todas direcciones a lo largo delbus , pudiendo cada estación recibir o transmitir . Hay terminales a cadaextremo del bus para que las señales no "reboten" y vuelvan al bus .

    

   La topología en árbol es similar a la de bus pero sepermiten ramificaciones a partir de un punto llamado raíz , aunque no sepermiten bucles .

   Los problemas asociados a estas dos topologías son que yaque los datos son recibidos por todas las estaciones , hay que dotar a la red deun mecanismo para saber hacia qué destinatario van los datos . Además , ya quetodas las estaciones pueden transmitir a la vez , hay que implantar un mecanismoque evite que unos datos interfieran con otros .

   Para solucionar estos problemas , los datos se parten entramas con una información de control en la que figura el identificador de laestación de destino . Cada estación de la LAN está unívocamente identificada. Para evitar el segundo problema ( la superposición de señales provenientesde varias estaciones ) , hay que mantener una cooperación entre todas lasestaciones , y para eso se utiliza información de control en las tramas .

    

2. Topología en anillo : La red consta de una serie de repetidores (simples mecanismos que reciben y retransmiten información sin almacenarla )conectados unos a otros en forma circular ( anillo ) . Cada estación estáconectada a un repetidor , que es el que pasa información de la red a la estacióny de la estación a la red . Los datos circulan en el anillo en una sola dirección. La información también se desgaja en tramas con identificadores sobre laestación de destino . Cuando una trama llega a un repetidor , éste tiene la lógicasuficiente como para reenviarla a su estación ( si el identificador es el mismo) o dejarla pasar si no es el mismo. Cuando la trama llega a la estación origen, es eliminada de la red. Debe de haber una cooperación entre las estacionespara no solapar tramas de varias estaciones a la vez .

    

    

3. Topología en estrella : En este caso , se trata de un nodo centraldel cuál salen los cableados para cada estación . Las estaciones se comunicanunas con otras a través del nodo central . hay dos formas de funcionamiento deeste nodo : este nodo es un mero repetidor de las tramas que le llegan ( cuandole llega una trama de cualquier estación , la retransmite a todas las demás ), en cuyo caso , la red funciona igual que un bus ; otra forma es de repetidorde las tramas pero sólo las repite al destino ( usando la identificación decada estación y los datos de destino que contiene la trama ) tras haberlasalmacenado .

    

El MAC es el mecanismo encargado del control de acceso decada estación al medio . El MAC puede realizarse de forma distribuida cuandotodas las estaciones cooperan para determinar cuál es y cuándo debe acceder ala red . También se puede realizar de forma centralizada utilizando uncontrolador .

El esquema centralizado tiene las siguientes ventajas :

Los principales inconvenientes son :

Las técnicas de control de acceso al medio pueden ser síncronaso asíncronas . Las síncronas hacen que la red se comporte como de conmutaciónde circuitos , lo cuál no es recomendable para LAN y WAN . Las asíncronas sonmás aceptables ya que las LAN actúan de forma impredecible y por tanto no esconveniente el mantenimiento de accesos fijos . Las asíncronas se subdividen en3 categorías : rotación circular , reserva y competición .

 

• Rotación circular: se va rotando la oportunidad de transmitir a cada estación, de forma que si no tiene nada que transmitir, declina la oferta y deja paso a la siguiente estación. La estación que quiere transmitir , sólo se le permite una cierta cantidad de datos en cada turno .Este sistema es eficiente cuando casi todas las estaciones quieren transmitir algo , de forma que el tiempo de transmisión se reparte equitativamente . Pero es ineficiente cuando sólo algunas estaciones son las que desean transmitir , ya que se pierde mucho tiempo rotando sobre estaciones que no desean transmitir .

   

   

• Reserva : esta técnica es adecuada cuando las estaciones quieren transmitir un largo periodo de tiempo , de forma que reservan ranuras de tiempo para repartirse entre todas las estaciones .

   

   

• Competición : en este caso , todas las estaciones que quieren transmitir compiten para poder hacerlo ( el control de acceso al medio se distribuyen entre todas las estaciones ) . Son técnicas sencillas de implementar y eficientes en bajas cargas pero muy ineficientes para cargas altas ( cuando hay muchas estaciones que quieren el acceso y además transmiten muchos datos ) .

   

Esta capa es la encargada de transmitir tramas entre dosestaciones sin tener que pasar por ningún nodo intermedio . Esta capa debepermitir el acceso múltiple . Esta capa debe identificar todos los posiblesaccesos a ella , ya sean de una capa superior como estaciones destino u otros .

 

• Servicios LLC : el LLC debe controlar el intercambio de datos entre dos usuarios , y para ello puede establecer una conexión permanente , una conexión cuando se requiera el intercambio de datos o una mezcla de ambas ( sólo se establece conexión permanente cuando sea necesaria ) .

   

   

• Protocolo LLC : hay varias formas de utilización de este protocolo que van desde envíos de tramas con requerimiento de trama de confirmación hasta conexiones lógicas entre dos estaciones previo intercambio de tramas de petición de conexión .

   

Es una configuración multipunto . Hay que tener en cuentaque cuando dos estaciones intercambian datos , las señales que los portan debende tener la suficiente potencia para llegar en unos ciertos márgenes alreceptor . En esta configuración multipunto , las señales deben de equilibrasepara todas las estaciones conectadas , lo cuál es mucho más complicado quepara una conexión punto a punto . Cuando las distancias se hacen muy elevadas yhay muchas estaciones , no hay más remedio que establecer repetidores oamplificadores intermedios encargados del equilibrado de las señales .

Es el medio más utilizado en LAN .

En estas redes , las señales son digitales y se utilizageneralmente codificación Manchester . El espectro en frecuencias estátotalmente utilizado , por lo que no es posible multiplexación en frecuencias .

La transmisión es bidireccional y la topología es en bus yaque las señales digitales son difíciles de ramificar . Además , la atenuaciónhace inviable la transmisión a larga distancia .

La longitud del cable es inversamente proporcional a lavelocidad que pueden alcanzar las señales .

Usando repetidores se puede aumentar la longitud de la conexión. Estos repetidores son diferentes a los que hay en topologías de anillo , yaque deben retransmitir en ambas direcciones . Estos repetidores son invisiblesal resto de la red ya que no almacenan información , sólo la repiten conformellega .

Sólo se permite un camino entre dos estaciones para que nohaya interferencias ( si el camino es muy largo , se intercalan repetidores ) .

En estos cables se usa señalización analógica . Así , esposible la multiplexación por división en frecuencias , sirviendo el mismocable para varias conexiones . Estos cables permiten topología en árbol y enbus . La distancia permitida es muy superior a banda base ( ya que las señalesanalógicas alcanzan más espacio con menos interferencias y atenuación ) .

Este cableado sólo permite conexión unidireccional , por loque para usar intercambios bidireccionales de información , es necesario eldoble cableado de la red , uno de ida y otro de vuelta ( ambos se juntan en unextremo si es en bus o en la raíz si es en árbol ) .

Hay maneras de permitir el uso del mismo cable para señalesen ambas direcciones , para ello , las señales en una dirección se envían enuna gama de frecuencias y en la otra en otra gama de frecuencias . En el extremo( en bus ) o en la raíz ( en árbol ) hay un circuito que intercambia lasfrecuencias y las devuelve por el otro camino ( ya que le llegan en frecuenciade entrada y las tiene que devolver en frecuencia de salida ) .

En la configuración de cable dual los caminos deentrada y salida son cables separados. En la configuración dividida loscaminos de entrada son bandas de frecuencia en el mismo cable.

En la señalización analógica de banda portadora seutiliza todo el espectro de frecuencias para una sola transmisiónbidireccional, con topología de Bus. En éste tipo de transmisión es posibleprescindir de amplificadores ya que las frecuencias de utilización son bajas,menos sensibles a ala atenuación. La electrónica asociada es sencilla ybarata.

Hay dos formas de tratar las señales ópticas que provienendel bus por un nodo : una es tomando la señal óptica , convirtiéndola a señaleléctrica ( para que sea tratada por el nodo ) extrayendo la información decontrol y luego pasándola otra vez a señal óptica para reenviarla al bus ; laotra forma es quitando un poco de energía óptica y luego reinyectándola denuevo . Ambas opciones tienen sus ventajas e inconvenientes ; la primera tienelas ventajas de la complejidad electrónica y los retardos y la segunda las pérdidasde energía .

Lo mismo que ocurría con el cable coaxial de banda ancha ,como las señales son unidireccionales , es necesario utilizar dos buses ( unode ida y otro de vuelta ) o un sólo bus con una terminación que se encarga derecibir por un lado y transmitir por el otro .

El anillo consta de varios repetidores que regeneran ytransmiten unidireccionalmente de bit en bit . Cada repetidor sirve de punto deconexión de una estación al anillo . La información circula en paquetes quecontienen información de control de la estación de destino . Cuando un paquetellega a un repetidor , éste lo copia y lo retransmite al siguiente repetidor ,y si va dirigido a su estación de enlace lo envía allí y si no , lo elimina .Para impedir que un paquete de vueltas continuamente por el anillo se puede obien eliminar por el repetidor de destino o por el repetidor de origen al llegarotra vez a él ( esto permite el envío a varias estaciones a la vez ) . Losrepetidores pueden estar en tres estados posibles : escucha ( cuando recibe delanillo bits , comprueba si pertenecen a un paquete de su estación , y si lo sonlos envía por la línea de su estación y si no , los reenvía otra vez alanillo ) , transmisión ( el enlace tiene permiso para transmitir datos de suestación , entonces los pasa al anillo ) y cortocircuito ( el repetidor pasasin demoras - sin comprobar la información de control - los bits otra vez alanillo ) .

Los repetidores no pueden evitar los errores de temporización, por lo que cuando hay muchos repetidores , estos errores se pueden agrandar ydar lugar a errores en los datos . Una forma de paliar esta situación es quelos repetidores tengan circuitos de control de temporización .

El problema principal es la rotura de un enlace o el fallo deun repetidor , lo que implica que el resto del anillo quedará inservible. Además,cada vez que se introduzca un nuevo repetidor , habrá que adaptar a susvecinos.

Para solucionar los errores propios de la topología deanillo , se pueden utilizar híbridos de estrella-anillo , de forma que losposibles errores se pueden localizar . Además , se facilita la incorporaciónde nuevos repetidores .

Para grandes LAN , lo mejor es usar banda ancha en bus o árbol.

El método más barato para LAN pequeñas es la banda base ,pero en anillo se pueden cubrir mayores distancias con menores errores .

En anillo , la fibra óptica es más efectiva que en bus yademás , los enlaces punto a punto en anillo son más sencillos que losmultipunto en las demás .

El par trenzado es más barato que el cable coaxial , peroesto es aparente ya que la mayor parte del costo es de instalación , que essimilar para los dos tipos de cable . Por lo que se tiende a utilizar coaxial yaque tiene mejores prestaciones .

Pero la gran difusión de los cables para teléfonos , queson pares trenzados , ha provocado que para pequeñas LAN , sea el tipo de cablemás utilizado . Y estas LAN son generalmente topologías en estrella ( oficinascon terminales y un repetidor central ) . Cada estación tiene un cable desalida hacia el repetidor central y otro de entrada desde éste . Este esquemase comporta como una topología en bus , y por tanto puede haber colisiones demensajes , para lo cuál se divide el sistema en subsistemas a los cuáles sóloalgunas estaciones tienen acceso .

Hay conectores en los cuáles , la fibra óptica se comportaigual que los pares trenzados , lo cuál reporta los mismos problemas decolisiones de mensajes que el sistema anterior .

Estas redes utilizan banda base sensible a la portadora ydetección de colisiones . Algunas utilizan banda ancha . El estándar másutilizado es el IEEE 802.3 .

En estas redes , no hay un tiempo preestablecido de acceso almedio sino que cualquier estación puede acceder a él de forma aleatoria . Losaccesos son de tipo competitivo .

La técnica más antigua utilizada es la ALOHA , que consisteen que si una estación quiere transmitir una trama , lo hace y espera el tiemposuficiente para que la estación de destino le de tiempo para confirmar lallegada de la trama . Si no llega la confirmación en ese tiempo , la estaciónvuelve a enviar la trama . Este proceso lo repite hasta que o bien recibe laconfirmación o bien lo ha intentado una serie determinada de veces sinconseguir la confirmación. La estación receptora recibe la trama y si detectaque no hay error (mediante unos códigos) envía una confirmación . Puedeocurrir que dos tramas se interfieran ( colisión ) y entonces las dos sonrechazadas , es decir que el receptor no envía confirmación .

El sistema ALOHA , aunque es muy sencillo , permite pocascargas en la red ya que si hay muchas tramas circulando a la vez , laprobabilidad de que interfieran ( y sean erróneas ) es muy grande .

La eficiencia de ALOHA es grande cuando las distancias entreestaciones es poca , ya que podría implementarse un mecanismo para que todaslas estaciones dejaran de transmitir cuando una trama circulara por la red ( yaque la espera sería muy pequeña al ser la distancia poca ) . A esta técnica mássofisticada se le llama CSMA .

Es decir , con CSMA , la estación que desee transmitirescucha el medio para ver si hay ya una trama en él , y si no la hay emite sutrama y espera confirmación para cerciorarse de que ha llegado a su destinocorrectamente . Las colisiones sólo se producirán si dos estaciones emitentramas casi en el mismo instante .

Para evitar esta última ineficiencia , CSMA hace :

 

1. El emisor transmite si la línea está libre y si no , se aplica 2 .

    

    

2. En caso de que el medio esté ocupado , se espera hasta que esté libre .

    

    

3. Si se detecta una colisión , el emisor que la ha detectado envía una señal de interferencia para que todas las estaciones sepan de la colisión y dejen de transmitir ( para dejar de colisionar ) .

    

    

4. Después de emitir la interferencia , se espera un poco y se vuelve a emitir la trama .

    

De esta forma , CSMA sólo desaprovecha el tiempo en que setarda en detectar una colisión . Dependiendo de la técnica de transmisión ,la detección de colisión cambia .

 

1. Especificación 10base5: Utiliza cable coaxial , topología en bus ,señalización digital Manchester , longitud máxima de segmento de cable (entre cada par de repetidores ) es 500 metros , sólo hay un camino posibleentre dos repetidores .

    

    

2. Especificación 10base2: similar a la anterior pero con cable másfino y menos costoso .

    

    

3. Especificación 10base-t: se usa cable de par trenzado apantalladoaunque permite menor distancia , topología en estrella , debido al tipo decable , las distancias máximas permitidas rondan los 100 metros .

    

    

4. Especificación 10 Ancha36: utiliza cable coaxial y banda ancha ,cables de unos 2000 metros , modulación por desplazamiento de fase , codificacióndiferencial .

    

    

5. Especificación 10Base-F : fibra óptica , codificación Manchester,.

    

S4e utiliza MAC , dos enlaces físicos entre nodos ( cada unoen una dirección ) , pares trenzados apantallados o no apantallados de altacalidad o fibra óptica ., topología en estrella , codificación FDDI .

Este método consiste en que existe una trama pequeñallamada testigo , que circula por la red cuando no hay ninguna estacióntransmitiendo . Cuando una estación desea transmitir , cuando le llega eltestigo , lo coge , le cambia un cierto bit y le añade la trama de datos .Después envía la trama obtenida a su destino . Como el testigo ya no existe ,las demás estaciones no pueden trasmitir . Cuando la trama enviada da toda lavuelta a la red , es captada otra vez por el emisor y éste introduce un nuevotestigo en la red . De esta forma , ya es posible que otra estación puedaemitir .

Para baja carga de la red , este sistema es poco eficiente ,pero para cargas altas , es similar a la rotación circular , sistema muyeficiente y equitativo .

Una desventaja seria es que se pierda el testigo , en cuyocaso toda la red se bloquearía .

Los bits que se modifican en el anillo indican si la tramaque acompaña al anillo ha llegado a su destino , si no ha llegado o si hallegado pero no se ha copiado . Esta información de control es muy importantepara el funcionamiento del sistema .

La trama consta de una campo de reserva de trama y un campode prioridad de la propia trama , además de otros campos de control de erroresy de los datos .

Este estándar admite la posibilidad de utilizar prioridades.El algoritmo es :

 

1. Una estación que desee transmitir debe esperar un testigo con prioridad inferior a la suya propia .

    

    

2. Si el emisor detecta una trama de datos, si su prioridad es superior a la de la reserva , pone su prioridad en un campo de reserva de la trama . Si lo recibido es una trama de testigo , si la prioridad es mayor que la de la reserva y que la del propio testigo , pone su prioridad en el campo de reserva del testigo , eliminando a la que había .

    

    

3. Cuando un emisor consigue el testigo , pone su prioridad en el campo de prioridad del testigo y pone a 0 el campo de reserva de testigo .

    

Se utiliza un par trenzado apantallado con codificaciónManchester Diferencial .

FDDI no contiene bits de prioridad ni de reserva .

FDDI , cuando recibe una trama de testigo , lo cancela y nolo repite hasta que no ha enviado sus tramas de datos ( por lo que no es posibleimplementar prioridades de esta forma ) . FDDI envía un testigo de liberalizacióncuando ha enviado su última trama de datos , aun cuando no la haya recibido devuelta del anillo . Mediante unos bits concretos en la trama . el emisor puededetectar que la trama ha sido recibida , que no lo ha sido con éxito o que laestación de destino no existe .

Para permitir algún tipo de compartición de la red entretodas las estaciones , éstas pueden solicitar su inclusión en un turno derotación de tiempo de acceso síncrono ( igual para todas las estaciones queestán "dadas de alta " en este sistema ) . Además , se mantiene eltipo de acceso asíncrono con paso de testigos .

La topología es en anillo . Se utiliza fibra óptica o parestrenzados apantallados o sin apantallar .

Los puentes son mecanismos para conectar varias LAN .Generalmente conectan LAN con idénticos protocolos de capa física y de accesoal medio ( MAC ) . Se podría pensar en construir una LAN grande en vez deconectar varias LAN mediante puentes , pero :

 

• Cuando hay una sola LAN , un fallo en una zona , bloquearía toda la LAN . Cuando se conectan varias LAN con puentes , el fallo en una LAN no implica el fallo en la otra .

   

   

• Varias LAN pequeñas tienen mayores prestaciones que una grande , sobre todo porque las longitudes de cableado son menores .

   

   

• El establecer varias LAN en vez de una sóla , mejora las condiciones de seguridad , ya que hay áreas que deben ser más seguras y así se implementan con una LAN conectada con las otras LAN .

   

   

• Cuando ha dos LAN separadas geográficamente , es más sencillo y barato conectarlas con un puente que usar cable coaxial por ejemplo .

   

Los puentes , al conectar dos LAN con el mismo protocolo MAC, no cambian el contenido de las tramas; su única función es captar las tramasde una LAN y repetirlas en la otra LAN , sin modificarlas.

Los puentes deben tener una memoria temporal para albergarlas tramas a intercambiar de LAN .

Además , los puentes deben conocer el direccionamientosuficiente para saber qué tramas van a una LAN y qué otras va a otra LAN .

Los puentes deben tener capacidad de interconectar más dedos LAN .

Desde el punto de vista de cada estación , todas las demásestaciones están en su misma LAN y es el puente el encargado de encaminar lastramas .

Otras funciones adicionales que pueden tener los puentes sonencaminamientos hacia otros puentes , y de esta forma pueden saber los costespara llegar de unas estaciones a otras . . Además , los puentes temporalespueden tener memorias donde guardar tramas a la espera de envío cuando haysaturación en las líneas .

Los puentes realizan su actividad en la capa de acceso almedio . Por lo tanto , su única funciones encaminar la trama a la LAN dedestino , sin añadir ninguna información adicional a la trama suministrada porla MAC del emisor .

Hay puentes que sólo se encargan de retransmitir tramas aLAN de destino , sin realizar encaminamiento . Pero hay puentes que realizanencaminamiento .

El encaminamiento es necesario cuando los puentes conectan másde dos LAN . Esto es así porque hay que decidir si las tramas , para llegar asu destino , deben de ser encaminadas hacia ciertas LAN o hacia otras ( ya quehabrá LAN que no lleven la trama a su destino ) .

También puede ocurrir que falle un camino hacia una estaciónde destino , de forma que el puente debe de hacerse cargo de este fallo eintentar encaminar las tramas hacia otros caminos que no fallen . Es decir queel puente debe de ser capaz de alterar sus encaminamientos previstos paraadaptarse a la incidencias en las redes que conecta .

Los puentes tienen de antemano unas rutas predefinidas parael tránsito de tramas , y en el caso de que haya dos caminos posibles , seselecciona generalmente el de menos saltos .Cada puente debe tener una matrizpara saber los encaminamientos dependiendo de a qué estación se desee enviarla trama . Es decir que por cada LAN que conecta el puente , debe de haber unacolumna y tantas filas como estaciones contenga esa LAN .

Una vez realizado esto , es fácil encaminar las tramas a lasLAN de destino .

El inconveniente principal de estos puentes es su limitaciónpara adaptarse a condiciones cambiantes , aunque tiene ventajas en cuanto asencillez y bajo coste .

Estos puentes automatizan un proceso de creación de tablasde encaminamiento actualizadas . Es decir , su información cambia dinámicamente.

Hay tres procesos en la creación del árbol de expansión :

 

• Reenvío de tramas : en un principio , el puente tiene sus tablas de encaminamiento vacías , de forma que inicialmente utiliza la técnica de inundación ( envía las tramas a todas las direcciones posibles ) y conforme va rellenando las tablas de encaminamientos , su conocimiento de dónde debe enviar cada trama dependiendo de la dirección de destino va aumentando . Para esto , utiliza puertos de forma que va asociando cada dirección a un puerto que conecta con una LAN o con otro puente .

   

   

• Aprendizaje de direcciones : para mantener la actualización permanente de las tablas , el puente utiliza los campos de direccionamiento de la trama MAC . Cada vez que llega una trama al puente , éste mira la dirección de donde proviene y comprueba si esta dirección ya existe en sus tablas , y en caso de que no exista o de que se haya modificado , la actualiza con los datos obtenidos de la trama .

   

   

• Algoritmo del árbol de expansión : para evitar bucles cerrados ( ya que puede ocurrir que dos puentes se pasen tramas desconocidas de forma ininterrumpida ) , se utiliza la teoría de grafos que dice que es posible construir un árbol de expansión sin ciclos a partir de cualquier grafo conectado . Para realizar esto , los puentes deben de pasarse información , que es mediante un protocolo especial de puentes . Además , cuando dos LAN están conectadas por más de un puente , se eliminan todos los puentes excepto uno . Este proceso de creación de un árbol de expansión debe de hacerlo el propio sistema de puentes sin intervención de usuarios .

   

La norma IEEE 802.5 ha creado un estándar en el que laestación de origen incluye ya en la trama el encaminamiento , y el puente sólodebe leerlo para saber si debe retransmitir la trama o no . Sus característicasprincipales son :

 

• Funcionamiento básico : la estación de origen debe d4e elegir el encaminamiento e incluir esta información en la trama . De esta forma , el puente sólo debe mantener información sobre su identificador ( ya que el emisor debe conocer la ruta a seguir por la trama ) y sobre las LAN que conecta .

   

   

• Directivas de encaminamiento y modos de direccionamiento: hay 4 órdenes que puede llevar implícitas una trama desde el origen :

   

 

1. Nulo : la trama sólo puede llegar a estaciones de su misma LAN .

    

    

2. Sin difusión : sólo se describe una ruta posible , las demás no se pueden utilizar .

    

    

3. Difusión a través de todas las rutas : la trama se difunde a todas las rutas posibles ( pueden llegar muchas copias al destino ) .

    

    

4. Difusión a través de una única ruta : la trama se encamina a todas las rutas posibles , pero el empleo del algoritmo de árbol de expansión , sólo llega una trama al destino .

    

 

• Descubrimiento y selección de rutas : hay tres formas posibles de que una estación e origen puede encaminar su trama al destino :

   

 

1. Se carga manualmente la información en cada estación , lo que es sencillo pero no hace posible la automatización del proceso de encaminamiento y además es difícil de hacerse funcionar cuando hay fallos en los encaminamientos .

    

    

2. Una estación en cada LAN mantiene la información de encaminamientos respecto al exterior , y las demás estaciones de esa LAN sólo consultan a esta estación de información sobre sus encaminamientos .

    

    

3. Cada estación debe de buscar su encaminamiento por su cuenta .

    

La norma IEEE sólo utiliza la opción 3 . Cada estaciónorigen envía una trama de control a una estación de destino de forma quecuando ésta recibe la trama , responde informando sobre el camino que haseguido esta trama . De esta forma , de todas las respuestas recibidas por latrama origen , selecciona la más idónea y la guarda en su base de datos paralas siguientes tramas .

Un protocolo es el conjunto de normas para comunicarse dos omás entidades ( objetos que se intercambian información ) . Los elementos quedefinen un protocolo son :

 

• Sintaxis : formato , codificación y niveles de señal de datos .

   

   

• Semántica : información de control y gestión de errores .

   

   

• Temporización : coordinación entre la velocidad y orden secuencial de las señales .

   

Las características más importantes de un protocolo son :

 

• Directo/indirecto : los enlaces punto a punto son directos pero los enlaces entre dos entidades en diferentes redes son indirectos ya que intervienen elementos intermedios .

   

   

• Monolítico/estructurado : monolítico es aquel en que el emisor tiene el control en una sola capa de todo el proceso de transferencia . En protocolos estructurados , hay varias capas que se coordinan y que dividen la tarea de comunicación .

   

   

• Simétrico/asimétrico : los simétricos son aquellos en que las dos entidades que se comunican son semejantes en cuanto a poder tanto emisores como consumidores de información . Un protocolo es asimétrico si una de las entidades tiene funciones diferentes de la otra ( por ejemplo en clientes y servidores ) .

   

   

• Normalizado/no normalizado : los no normalizados son aquellos creados específicamente para un caso concreto y que no va a ser necesario conectarlos con agentes externos . En la actualidad , para poder intercomunicar muchas entidades es necesaria una normalización .

   

 

1. Segmentación y ensamblado :generalmente es necesario dividir losbloques de datos en unidades pequeñas e iguales en tamaño , y este proceso sele llama segmentación . El bloque básico de segmento en una cierta capa de unprotocolo se le llama PDU ( Unidad de datos de protocolo ) . La necesidad de lautilización de bloque es por :

    

 

• La red sólo admite la transmisión de bloques de un cierto tamaño .

   

   

• El control de errores es más eficiente para bloques pequeños .

   

   

• Para evitar monopolización de la red para una entidad , se emplean bloques pequeños y así una compartición de la red .

   

   

• Con bloques pequeños las necesidades de almacenamiento temporal son menores .

   

Hay ciertas desventajas en la utilización de segmentos :

 

• La información de control necesaria en cada bloque disminuye la eficiencia en la transmisión .

   

   

• Los receptores pueden necesitar interrupciones para recibir cada bloque , con lo que en bloques pequeños habrá más interrupciones .

   

   

• Cuantas más PDU , más tiempo de procesamiento .

   

 

1. Encapsulado : se trata del proceso de adherir información de control al segmento de datos . Esta información de control es el direccionamiento del emisor/receptor , código de detección de errores y control de protocolo .

    

    

2. Control de conexión : hay bloques de datos sólo de control y otros de datos y control . Cuando se utilizan datagramas , todos los bloques incluyen control y datos ya que cada PDU se trata como independiente . En circuitos virtuales hay bloques de control que son los encargados de establecer la conexión del circuito virtual . Hay protocolos más sencillos y otros más complejos , por lo que los protocolos de los emisores y receptores deben de ser compatibles al menos .Además de la fase de establecimiento de conexión ( en circuitos virtuales ) está la fase de transferencia y la de corte de conexión . Si se utilizan circuitos virtuales habrá que numerar los PDU y llevar un control en el emisor y en el receptor de los números .

    

    

3. Entrega ordenada : el envío de PDU puede acarrear el problema de que si hay varios caminos posibles , lleguen al receptor PDU desordenados o repetidos , por lo que el receptor debe de tener un mecanismo para reordenar los PDU . Hay sistemas que tienen un mecanismo de numeración con módulo algún número ; esto hace que el módulo sean lo suficientemente alto como para que sea imposible que haya dos segmentos en la red al mismo tiempo y con el mismo número .

    

    

4. Control de flujo : hay controles de flujo de parada y espera o de ventana deslizante . El control de flujo es necesario en varios protocolos o capas , ya que el problema de saturación del receptor se puede producir en cualquier capa del protocolo .

    

    

5. Control de errores : generalmente se utiliza un temporizador para retransmitir una trama una vez que no se ha recibido confirmación después de expirar el tiempo del temporizador . Cada capa de protocolo debe de tener su propio control de errores .

    

    

6. Direccionamiento : cada estación o dispositivo intermedio de almacenamiento debe tener una dirección única . A su vez , en cada terminal o sistema final puede haber varios agentes o programas que utilizan la red , por lo que cada uno de ellos tiene asociado un puerto .

    

   Además de estas direcciones globales , cada estación o terminal de una subred debe de tener una dirección de subred ( generalmente en el nivel MAC ) .

   Hay ocasiones en las que se usa un identificador de conexión ; esto se hace así cuando dos estaciones establecen un circuito virtual y a esa conexión la numeran ( con un identificador de conexión conocido por ambas ) . La utilización de este identificador simplifica los mecanismos de envío de datos ya que por ejemplo es más sencillo que el direccionamiento global .

   Algunas veces se hace necesario que un emisor emita hacia varias entidades a la vez y para eso se les asigna un direccionamiento similar a todas .

    

7. Multiplexación : es posible multiplexar las conexiones de una capa hacia otra , es decir que de una única conexión de una capa superior , se pueden establecer varias conexiones en una capa inferior ( y al revés ) .

    

    

8. Servicios de transmisión : los servicios que puede prestar un protocolo son :

    

 

• Prioridad : hay mensajes ( los de control ) que deben tener prioridad respecto a otros .

   

   

• Grado de servicio : hay datos que deben de retardarse y otros acelerarse ( vídeo ) .

   

   

• Seguridad .

   

El sistema de comunicaciones del modelo OSI estructura elproceso en varias capas que interaccionan entre sí. Una c