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 . 2 . Comunicaciones de datos
1 . 3 . Comunicación de datos a través de redes
- Redes de área amplia ( Wan )
: Son todas aquellas que cubren una
extensa área geográfica .Son generalmente una serie de dispositivos de
conmutación interconectados . Se desarrollan o bien utilizando tecnología de
conmutación de circuitos o conmutación de paquetes.
- Conmutación de circuitos
: en estas redes se establece un camino a
través
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 se transmiten
tan
rápido como se pueda . En cada nodo , los datos de entrada se encaminan por
el
canal dedicado sin sufrir retardos .
- Conmutación de paquetes
: no es necesario reservar canal lógico . En
cada nodo , el paquete se recibe totalmente , se almacena y seguidamente se
transmite al siguiente nodo .
- Retransmisión de tramas
: al conseguir con la nueva tecnología una
tasa
de errores muy pequeña y una velocidad de transmisión elevada, no es
necesario
adjuntar mucha información de cabecera a cada paquete y por tanto las
velocidades de transmisión son elevadísimas comparadas con el sistema de
conmutación de paquetes .
- ATM
: en retransmisión de tramas se usan paquetes de tamaño variable
y
en ATM se usan paquetes de tamaño fijo , con lo que se ahorra información de
control de cada trama y por tanto se aumenta la velocidad de transmisión (
cada
paquete se llama aquí "celda" ) . En este sistema , se dedican
canales virtuales de velocidades de transmisión adaptables a las
características
de la transmisión ( es parecido a la conmutación de circuitos ) .
- RDSI y RDSI de banda ancha
: es un sistema de transmisión de enfoque
universal y de velocidad de transmisión muy rápida . Está basado en
conmutación
de circuitos ( banda estrecha ) y en conmutación de paquetes ( banda ancha )
.
- Redes de área local ( LAN )
: son de cobertura pequeña , velocidades
de transmisión muy elevadas , utilizan redes de difusión en vez de
conmutación
, no hay nodos intermedios .
1 . 4 . Protocolos y arquitectura de protocolos
Al intercambio de información entre computadores se le llama comunicación
entre computadores .
Al conjunto de computadores que se interconectan se le llama red de
computadores .
Para la comunicación entre dos entidades situadas en sistemas 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 le llama
arquitectura del protocolo .
1.4.1. Un modelo de tres capas
En la comunicación intervienen tres agentes : aplicaciones , computadores y
redes . Por lo tanto , es lógico organizar la tarea en tres capas .
- Capa de acceso a la red
: Trata del intercambio de datos entre el
computador y la red a que está conectado .
- 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 .
- Capa de aplicación
: permite la utilización a la vez de varias
aplicaciones de usuario .
El protocolo debe definir las reglas , convenios , funciones utilizadas ,
etc...para la comunicación por medio de red .
Cada capa del protocolo le pasa datos a la siguiente capa y ésta le añade
datos propios de control y luego pasa el conjunto a la siguiente capa . Por
tanto , cada capa forma unidades de datos que contienen los datos tomados de la
capa anterior junto a datos propios de esta capa , y al conjunto obtenido se le
llama PDU ( unidad de datos del protocolo ) .
1.4.2. Arquitectura de protocolos TCP/IP
No hay un estándar para este modelo ( al contrario del OSI ) , pero
generalmente hay estas cinco capas :
- 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..
- 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 .
- Capa internet ( IP )
: se encarga del encaminamiento a través de
varias redes .
- 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 .
- Capa de aplicación
: contiene la lógica necesaria para llevar a cabo
las aplicaciones de usuario .
1.4.3. El modelo OSI
Este modelo considera 7 capas :
- Aplicación
- Presentación
- Sesión
- Transporte
- Red
- Enlace de datos
- Física
1 . 5 . Normalizaciones
2 . TRANSMISION DE DATOS
2 .1 . Conceptos y terminología
2.1.1. Terminología utilizada en transmisión de datos
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 .
2.1.2. Frecuencia , espectro y ancho de banda
- Conceptos en el dominio temporal . Una señal , en el ámbito temporal
, puede ser continua o discreta . Puede ser periódica o no periódica . Una
señal es periódica si se repite en intervalos de tiempo fijos llamados
periodo . 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 , la
frecuencia 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 la
velocidad de propagación de la onda por su fase .
- Conceptos del dominio de la frecuencia . En la práctica , una señal
electromagnética está compuesta por muchas frecuencias . Si todas las
frecuencias son múltiplos de una dada , esa frecuencia se llama frecuencia
fundamental . El periodo ( o inversa de la frecuencia ) de la señal suma de
componentes es el periodo de la frecuencia fundamental . Se puede demostrar
que cualquier señal está constituida por diversas frecuencias de una señal
seno .
El espectro de una señal es el conjunto de frecuencias que constituyen la
señal .
El ancho de banda es la anchura del espectro . Muchas señales tienen un
ancho de banda infinito , pero la mayoría de la energía está concentrada en
un ancho de banda pequeño .
Si una señal tiene una componente de frecuencia 0 , es una componente
continua .
- Relación entre la velocidad de transmisión y el ancho de banda . El
medio de transmisión de las señales limita mucho las componentes de
frecuencia a las que puede ir la señal , por lo que el medio sólo permite la
transmisión de cierto ancho de banda .
En el caso de ondas cuadradas ( binarias ) , estas se pueden
simular
con ondas senoidales en las que la señal sólo contenga múltiplos
impares de la frecuencia fundamental . Cuanto más ancho de banda ,
más
se asemeja la función seno ( multifrecuencia ) a la onda cuadrada .
Pero
generalmente es suficiente con las tres primeras componentes .
Se puede demostrar que al duplicar el ancho de banda , se duplica
la
velocidad de transmisión a la que puede ir la señal .
Al considerar que el ancho de banda de una señal está concentrado
sobre una frecuencia central , al aumentar esta , aumenta la
velocidad
potencial de transmitir la señal .
Pero al aumentar el ancho de banda , aumenta el coste de
transmisión
de la señal aunque disminuye la distorsión y la posibilidad de
ocurrencia de errores .
2 . 2 . Transmisión de datos analógicos y digitales
Los datos analógicos toman valores continuos y los digitales , valores
discretos .
Una señal analógica es una señal continua que se propaga por ciertos
medios .
Una señal digital es una serie de pulsos que se transmiten a través de un
cable ya que son pulsos eléctricos .
Los datos analógicos se pueden representar por una señal electromagnética
con el mismo espectro que los datos .
Los datos digitales se suelen representar por una serie de pulsos de tensión
que representan los valores binarios de la señal .
La transmisión analógica es una forma de transmitir señales analógicas (
que pueden contener datos analógicos o datos digitales ). El problema de la
transmisión analógica es que la señal se debilita con la distancia , por lo
que hay que utilizar amplificadores de señal cada cierta distancia .
La transmisión digital tiene el problema de que la señal se atenúa y
distorsiona con la distancia , por lo que cada cierta distancia hay que
introducir repetidores de señal .
Ultimamente se utiliza mucho la transmisión digital debido a que :
- 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
2 . 3 . Perturbaciones en la transmisión
2.3.1. Atenuación
La energía de una señal decae con la distancia , por lo que hay que
asegurarse que llegue con la suficiente energía como para ser captada por la
circuitería del receptor y además , el ruido debe ser sensiblemente menor que
la señal original ( para mantener la energía de la señal se utilizan
amplificadores o repetidores ) .
Debido a que la atenuación varía en función de la frecuencia , las señales
analógicas llegan distorsionadas , por lo que hay que utilizar sistemas que le
devuelvan a la señal sus características iniciales ( usando bobinas que
cambian las características eléctricas o amplificando más las frecuencias más
altas ) .
2.3.2. Distorsión de retardo
Debido a que en medios guiados , la velocidad de propagación de una señal
varía con la frecuencia , hay frecuencias que llegan antes que otras dentro de
la misma señal y por tanto las diferentes componentes en frecuencia de la señal
llegan en instantes diferentes al receptor . Para atenuar este problema se usan
técnicas de ecualización .
2.3.3. Ruido
El ruido es toda aquella señal que se inserta entre el emisor y el receptor
de una señal dada . Hay diferentes tipos de ruido : ruido térmico debido a la
agitación térmica de electrones dentro del conductor , ruido de intermodulación
cuando distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisión , diafonía
se produce cuando hay un acoplamiento entre las líneas que transportan las
señales
y el ruido impulsivo se trata de pulsos discontinuos de poca duración y de gran
amplitud que afectan a la señal .
2.3.4. Capacidad del canal
Se llama capacidad del canal a la velocidad a la que se pueden transmitir los
datos en un canal de comunicación de datos .
La velocidad de los datos es la velocidad expresada en bits por segundo a la
que se pueden transmitir los datos .
El ancho de banda es aquel ancho de banda de la señal transmitida y que está
limitado por el transmisor y por la naturaleza del medio de transmisión ( en
hertzios ).
La tasa de errores es la razón a la que ocurren errores .
Para un ancho de banda determinado es aconsejable la mayor velocidad de
transmisión posible pero de forma que no se supere la tasa de errores
aconsejable . Para conseguir esto , el mayor inconveniente es el ruido .
Para un ancho de banda dado W , la mayor velocidad de transmisión posible es
2W , pero si se permite ( con señales digitales ) codificar más de un bit en
cada ciclo , es posible transmitir más cantidad de información .
La formulación de Nyquist nos dice que aumentado los niveles de tensión
diferenciables en la señal , es posible incrementar la cantidad de información
transmitida .
C= 2W log2 M
El problema de esta técnica es que el receptor debe de ser
capaz de diferenciar más niveles de tensión en la señal recibida , cosa que
es dificultada por el ruido .
Cuanto mayor es la velocidad de transmisión , mayor es el daño que puede
ocasionar el ruido .
Shannon propuso la fórmula que relaciona la potencia de la señal ( S ) , la
potencia del ruido ( N ) , la capacidad del canal ( C ) y el ancho de banda ( W)
.
C = W log2 ( 1+S/N )
Esta capacidad es la capacidad máxima teórica de cantidad de
transmisión , pero en la realidad , es menor debido a que no se ha tenido en
cuenta nada más que el ruido térmico .
3 . MEDIOS DE TRANSMISION
3 . 1 . Medios de transmisión guiados
En medios guiados , el ancho de banda o velocidad de
transmisión dependen de la distancia y de si el enlace es punto a punto o
multipunto .
3.1.1. Par trenzado
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 entre
pares , estos se trenza con pasos diferentes . La utilización del trenzado
tiende a disminuir la interferencia electromagnética .
Este tipo de medio es el más utilizado debido a su bajo
coste ( se utiliza mucho en telefonía ) pero su inconveniente principal es su
poca velocidad de transmisión y su corta distancia de alcance .
Con estos cables , se pueden transmitir señales
analógicas
o digitales .
Es un medio muy susceptible a ruido y a interferencias
. Para
evitar estos problemas se suele trenzar el cable con distintos pasos de torsión
y se suele recubrir con una malla externa para evitar las interferencias
externas .
3.1.2. Pares trenzados apantallados y sin apantallar
Los pares sin apantallar son los más baratos aunque los
menos resistentes a interferencias ( aunque se usan con éxito en telefonía y
en redes de área local ) . A velocidades de transmisión bajas , los pares
apantallados son menos susceptibles a interferencias , aunque son más caros y
más
difíciles de instalar .
3.1.3. Cable coaxial
Consiste en un cable conductor interno ( cilíndrico )
separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislante
macizo . Todo esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable .
Este cable , aunque es más caro que el par trenzado , se
puede utilizar a más larga distancia , con velocidades de transmisión
superiores , menos interferencias y permite conectar más estaciones .
Se suele utilizar para televisión , telefonía a larga
distancia , 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 cada
pocos kilómetros y para señales digitales un repetidor cada kilómetro .
3.1.4. Fibra óptica
Se trata de un medio muy flexible y muy fino que conduce
energía 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 de
cristal o plástico . Cada fibra está rodeada por su propio revestimiento que
es un cristal o plástico con diferentes propiedades ópticas distintas a las
del núcleo . Alrededor de este conglomerado está la cubierta ( constituida de
material plástico o similar ) que se encarga de aislar el contenido de
aplastamientos , abrasiones , humedad , etc...
Es un medio muy apropiado para largas distancias e incluso
últimamente
para LAN's .
Sus beneficios frente a cables coaxiales y pares trenzados
son :
Su rango de frecuencias es todo el espectro visible y parte
del infrarrojo .
El método de transmisión es : los rayos de luz inciden con
una gama de ángulos diferentes posibles en el núcleo del cable , entonces sólo
una 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 que
irán rebotando a lo largo del cable hasta llegar a su destino . A este tipo de
propagación se le llama multimodal . Si se reduce el radio del núcleo , el
rango de ángulos disminuye hasta que sólo sea posible la transmisión de un
rayo , el rayo axial , y a este método de transmisión se le llama monomodal .
Los inconvenientes del modo multimodal es que debido a que
dependiendo al ángulo de incidencia de los rayos , estos tomarán caminos
diferentes y tardarán más o menos tiempo en llegar al destino , con lo que se
puede 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 intermedio
entre los anteriormente comentados y que consiste en cambiar el índice de
refracción 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 ) y
ILD ( más caro , pero más eficaz y permite una mayor velocidad de transmisión) .
3 . 2 . Transmisión inalámbrica
SE utilizan medios no guiados , principalmente el aire . Se
radia energía electromagnética por medio de una antena y luego se recibe esta
energía con otra antena .
Hay dos configuraciones para la emisión y recepción de esta
energía : direccional y omnidireccional . En la direccional , toda la energía
se concentra en un haz que es emitido en una cierta dirección , por lo que
tanto el emisor como el receptor deben estar alineados . En el método
omnidireccional , la energía es dispersada en múltiples direcciones , por lo
que varias antenas pueden captarla . Cuanto mayor es la frecuencia de la señal
a transmitir , más factible es la transmisión unidireccional .
Por tanto , para enlaces punto a punto se suelen utilizar
microondas ( altas frecuencias ) . Para enlaces con varios receptores posibles
se utilizan las ondas de radio ( bajas frecuencias ) . Los infrarrojos se
utilizan para transmisiones a muy corta distancia ( en una misma habitación ) .
3.2.1. Microondas terrestres
Suelen utilizarse antenas parabólicas . Para conexionas a
larga distancia , se utilizan conexiones intermedias punto a punto entre antenas
parabólicas .
Se suelen utilizar en sustitución del cable coaxial o las
fibras ópticas ya que se necesitan menos repetidores y amplificadores , aunque
se necesitan antenas alineadas . Se usan para transmisión de televisión y voz
.
La principal causa de pérdidas es la atenuación debido a
que las pérdidas aumentan con el cuadrado de la distancia ( con cable coaxial y
par trenzado son logarítmicas ) . La atenuación aumenta con las lluvias .
Las interferencias es otro inconveniente de las microondas ya
que al proliferar estos sistemas , pude haber más solapamientos de señales .
3.2.2. Microondas por satélite
El satélite recibe las señales y las amplifica o
retransmite en la dirección adecuada .
Para mantener la alineación del satélite con los receptores
y 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 debe
ser diferente del rango al que este emite , para que no haya interferencias
entre las señales que ascienden y las que descienden .
Debido a que la señal tarda un pequeño intervalo de tiempo
desde que sale del emisor en la Tierra hasta que es devuelta al receptor o
receptores , 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" .
3.2.3. Infrarrojos
Los emisores y receptores de infrarrojos deben estar
alineados o bien estar en línea tras la posible reflexión de rayo en
superficies como las paredes . En infrarrojos no existen problemas de seguridad
ni de interferencias ya que estos rayos no pueden atravesar los objetos (
paredes por ejemplo ) . Tampoco es necesario permiso para su utilización ( en
microondas y ondas de radio si es necesario un permiso para asignar una
frecuencia de uso ) .
4 . CODIFICACION DE DATOS
4 . 1 . Datos digitales , señales digitales
Una señal es digital si consiste en una serie de pulsos de
tensión . Para datos digitales no hay más que codificar cada pulso como bit de
datos .
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 codifica
un 1 como una tensión positiva y un 0 como negativa ( o al revés ) .
La razón de datos de una señal es la velocidad de transmisión
expresada en bits por segundo , a la que se transmiten los datos .
La razón de modulación es la velocidad con la que cambia el
nivel 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 una
correspondencia entre los bits de los datos y los elementos de señal .
Factores a tener en cuenta para utilizar un buen sistema de
codificación :
- 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 .
- 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 .
- Detección de errores : es necesaria la detección de errores ya en la
capa física .
- Inmunidad al ruido e interferencias : hay códigos más robustos al ruido
que otros .
- Coste y complejidad : el coste aumenta con el aumento de la razón de
elementos de señal .
4.1.1. No retorno a cero ( NRZ )
Es el esquema más sencillo ya que se codifica un nivel
de
tensión como un 1 y una ausencia de tensión como un 0 ( o al revés ) .
Ventajas : sencillez , fácil de implementar , uso
eficaz del
ancho 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
NRZI
que consiste en codificar los bits cuando se producen cambios de tensión (
sabiendo la duración de un bit , si hay un cambio de tensión , esto se
codifica por ejemplo como 1 y si no hay cambio , se codifica como 0 ) . A esto
se le llama codificación diferencial . Lo que se hace es comparar la polaridad
de los elementos de señal adyacentes , y esto hace posible detectar mejor la
presencia de ruido y es más difícil perder la polaridad de una señal cuando
hay dificultades de transmisión .
4.1.2. Binario multinivel
Este sistema intenta subsanar las deficiencias de NRZ
utilizando el sistema de codificar un 1 cada vez que se produce un cambio de
nivel de la señal , y codificando un 0 cuando no hay cambio de nivel ( lo cuál
sigue siendo un inconveniente para cadenas de ceros ) .
Ventajas : no hay problemas de sincronización con
cadenas de
1 ( aunque sí con cadenas de 0 ) , no hay componente en continua , ancho de
banda menor que en NRZ , la alternancia de pulsos permite la detección de
errores .
Desventajas : hay aún problemas de sincronización , es
menos eficaz que el NRZ , hay mayor tasa de errores que NRZ .
4.1.3. Bifase
En la codificación Manchester siempre hay una
transición en
mitad del intervalo de duración del bit ( la mitad del bit se encarga de la
sincronización ) .
En Manchester diferencial la transición en mitad del
intervalo se utiliza sólo como sincronización y es la presencia de un cambio
de 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 .
4.1.4. Velocidad de modulación
Hay que diferenciar entre la razón de datos ( bits por
unidad de tiempo ) y la velocidad de modulación ( elementos de señal por
unidad de tiempo ) . Cuanto mejor sea el sistema de codificación , mayor
velocidad de modulación se podrá obtener .
4.1.5. Técnicas de altibajos
Para mantener sincronizado el reloj del receptor en
técnicas
bifase , se hace necesario sustituir series largas de ausencias de tensión por
cambios sincronizados ( que portan el reloj ) y luego se requiere un método en
el receptor para volver a decodificar la señal original .
4 . 2 . Datos digitales , señales analógicas
4.2.1. Técnicas de codificación
Para transmitir datos digitales mediante señales
analógicas
es necesario convertir estos datos a un formato analógico . Para esto existen
varias técnicas.
- 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
) .
- 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 .
- 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
.
4 . 3 . Datos analógicos , señales digitales
Para transmitir datos analógicos en señales digitales
es
preciso realizar un proceso de digitalización de los datos . Este proceso y el
siguiente de decodificación la realiza un dispositivo llamado codec .
4.3.1. Modulación por codificación de impulsos
Se basa en el teorema de muestreo : " Si una señal f(t)
se muestrea a intervalos regulares de tiempo con una frecuencia mayor que el
doble de la frecuencia significativa más alta de la señal , entonces las
muestras así obtenidas contienen toda la información de la señal original .
La función f(t) se puede reconstruir a partir de estas muestras mediante la
utilización de un filtro pasa-baja " .
Es decir , se debe muestrear la señal original con el
doble
de frecuencia que ella , y con los valores obtenidos , normalizándolos a un
número
de bits dado ( por ejemplo , con 8 bits habría que distinguir entre 256
posibles valores de amplitud de la señal original a cuantificar ) se ha podido
codificar dicha señal .
En el receptor , este proceso se invierte , pero por
supuesto
se ha perdido algo de información al codificar , por lo que la señal obtenida
no es exactamente igual que la original ( se le ha introducido ruido de
cuantización ) .
Hay técnicas no lineales en las que es posible reducir
el
ruido de cuantización muestreando a intervalos no siempre iguales .
4.3.2. Modulación delta
Esta técnica reduce la complejidad de la anterior
mediante
la aproximación de la función a codificar por una función escalera lo más
parecida posible . De esta forma , cada escalón de la escalera ya puede ser
representado por un valor ( en 8 bits , uno entre 256 posibles valores de
amplitud ) .La elección de un adecuado salto de escalera y de la frecuencia de
muestreo pueden hacer que se modifique la precisión de la señal .
La principal ventaja de esta técnica respecto a la
anterior
es la facilidad de implementación .
4.3.3. Prestaciones
Las técnicas de transmisión digital están siendo muy
utilizadas 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 .
4 . 4 . Datos analógicos , señales analógicas
La modulación consiste en combinar una señal de entrada
con
una señal portadora para producir una señal cuyo ancho de banda esté centrado
en torno a la frecuencia de la portadora . Este proceso es necesario para
transmitir datos digitales mediante señales analógicas , pero no se sabe si
está justificado para transmitir datos analógicos .
Este proceso es necesario ya que para transmitir
señales
analógicas sin modular , tendríamos que utilizar enormes antenas y tampoco
podríamos utilizar técnicas de multiplexación por división en frecuencias .
4.4.1. Modulación en amplitud
Consiste en multiplicar la señal original por la
portadora y
de esta forma se obtiene la forma original pero sólo utilizando los máximos y
los mínimos de la señal modulada . De esta forma , se puede reconstruir la señal
original y se evita la utilización de enormes antenas .
Hay una aproximación que utiliza sólo la mitad del
ancho de
banda y se necesita menos potencia para su transmisión . Pero esta aproximación
y otras quitan la portadora , con lo que se pierde el poder de sincronización
de la señal .
4.4.2. Modulación en ángulo
Se puede hacer que la señal portadora tenga cambios de
fase
que recreen la señal original a modular ( modulación en fase ) o también que
la portadora tenga cambios de frecuencia que simulen la señal original a
modular ( modulación en frecuencia ) .
El inconveniente de estas dos modalidades de modulación
es
que requieren mayor ancho de banda que la modulación en amplitud .
5 . LA INTERFAZ EN LAS COMUNICACIONES DE DATOS
5 . 1 . Transmisión asíncrona y síncrona
Hay enormes dificultades a la hora de recuperar la
señal
transmitida por un emisor, sobre todo debido a que hay que saber cada cuanto
tiempo va a llegar un dato; para esto se suelen usar técnicas de sincronización.
5.1.1. Transmisión asíncrona
La manera más fácil de conseguir sincronismo es
enviando
pequeñas cantidades de bits a la vez , sincronizándose al inicio de cada
cadena . Esto tiene el inconveniente de que cuando no se transmite ningún
carácter
, la línea está desocupada .Para detectar errores , se utiliza un bit de
paridad en cada cadena . Usando la codificación adecuada , es posible hacer
corresponder 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 posible
que incluso con cadenas cortas ( o tramas , que son las cadenas más los bits
adicionales de paridad y de comienzo y parada ) se produzcan errores como el
error de delimitación de trama ( se leen datos fuera de la trama al ser el
receptor más lento que el emisor ) o el error que se produce al introducirse
ruido en la transmisión de forma que en estado de reposo , el receptor crea que
se ha emitido un dato ( el ruido ) .
Este tipo de transmisión es sencilla y no costosa ,
aunque
requiere muchos bits de comprobación y de control .
5.1.2. Transmisión síncrona
En este tipo de transmisión no hay bits de comienzo ni
de
parada , por lo que se transmiten bloques de muchos bits . Para evitar errores
de delimitación , se pueden sincronizar receptor y emisor mediante una línea
aparte ( método utilizado para líneas cortas ) o incluyendo la sincronización
en la propia señal ( codificación Manchester o utilización de portadoras en
señales 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 de
datos , además de ciertos bits de corrección de errores y de control . A todo
el conjunto de bits y datos se le llama trama .
Para bloques grandes de datos , la transmisión síncrona
es
más eficiente que la asíncrona .
5 . 2 . Configuraciones de la línea
5.2.1. Topología
Cuando sólo es necesaria la conexión de un emisor con
un
receptor , se utilizan enlaces punto a punto . Si se quiere utilizar un
ordenador central y varias terminales , se pueden utilizar conexiones punto a
punto entre cada terminal y el computador central , pero éste debe tener un
puerto de E/S dedicado a cada terminal y además una línea de conexión entre
cada terminal y el computador central .
Existe la posibilidad de conectar un computador central
con
varias terminales mediante una línea multipunto y por medio de un sólo puerto
de E/S .
5.2.2. Full-Duplex y Semi-Duplex
En la transmisión semi-duplex cada vez sólo una de las
dos
estaciones del enlace punto a punto puede transmitir .
En la transmisión full-duplex las dos estaciones pueden
simultáneamente enviar y recibir datos . En transmisión digital , para
full-duplex se requieren ( en medios guiados ) dos cables por conexión ( uno
para un sentido y otro para otro ) .
En transmisión analógica es necesaria la utilización de
dos frecuencias para full-duplex o dos cables si se quiere emitir y recibir en
la misma frecuencia .
5 . 3 . Interfaces
Generalmente , los computadores y terminales no están
capacitados para transmitir y recibir datos de una red de larga distancia , y
para ello están los módem u otros circuitos parecidos . A los terminales y
computadores se les llama DTE y a los circuitos ( módem ) de conexión con la
red se les llama DCE . Los DCE se encargan de transmitir y recibir bits uno a
uno . Los DTE y DCE están comunicados y se pasan tanto datos de información
como de control . Para que se puedan comunicar dos DTE hace falta que ambos
cooperen y se entiendan con sus respectivos DCE . También es necesario que los
dos DCE se entiendan y usen los mismos protocolos .
La interfaz entre el DCE y el DTE debe de tener una
concordancia 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 .
5.3.1. V.24/EIA-232-E
Es un interfaz utilizado para conectar DTE con módems a
través
de 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 .
5.3.2. La interfaz física de la RDSI
Reduciendo los circuitos y aumentando la lógica de
control
se ha conseguido abaratar estos mecanismos y se ha conseguido un conector de 8
pines para la Red Digital de Servicios Integrados .
En estos sistemas , la información de control y de
datos van
unidas y se separan en los extremos de las líneas . También es posible el envío
de energía por las mismas líneas ( para control remoto de periféricos por
ejemplo ) .
Se utilizan dos cables de conexión que forman un
circuito
cerrado ( señalización diferencial ) y los valores de los bits dependen de la
diferencia de tensión de ambos cables .
Este tipo de señalización hace que el ruido afecte
menos a
los datos ya que afecta por igual a los dos cables , por lo que se anula el
ruido .
6 . CONTROL DEL ENLACE DE DATOS
6 . 1 . Control del flujo
Es una técnica para que el emisor no sobrecargue al
receptor
al enviarle más datos de los que pueda procesar . El receptor tiene un buffer
de 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 un
poco de retardo pero sin errores y sin adelantarse unas a otras .
6.1.1. Control de flujo mediante parada y espera
Consiste en que el emisor envía una trama y al ser
recibida
por el receptor , éste ( el receptor ) confirma al emisor ( enviándole un
mensaje de confirmación ) la recepción de la trama . Este mensaje recibido por
el emisor es el que le indica que puede enviar otra trama al receptor . De esta
forma , cuando el receptor esté colapsado ( el buffer a punto de llenarse ) ,
no tiene más que dejar de confirmar una trama y entonces el emisor esperará
hasta que el receptor decida enviarle el mensaje de confirmación ( una vez que
tenga espacio en el buffer ) .
Este sistema es el más eficaz para que no haya errores
y es
el más utilizado cuando se permiten tramas muy grandes , pero es normal que el
emisor parta las tramas en más pequeñas para evitar que al ser una trama de
larga 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
durante mucho tiempo ( para poder transmitir una trama grande ) .
Otro problema adicional es que se infrautiliza la línea
al
estar parada mientras los mensajes del receptor llegan al emisor .
6.1.2. Control del flujo mediante ventana deslizante
El problema de que sólo hay una trama cada vez en
tránsito
por la red se soluciona con este sistema de ventanas deslizantes .
En este sistema , el receptor y el emisor se ponen de
acuerdo
en el número de tramas que puede guardar el receptor sin procesar ( depende del
tamaño del buffer ) . También se ponen de acuerdo en el número de bits a
utilizar para numerar cada trama ( al menos hay que tener un número de bits
suficientes para distinguir cada una de las tramas que quepan en el buffer del
receptor ) , Por ejemplo , si en el buffer del receptor caben 7 tramas , habrá
que utilizar una numeración con 3 bits ( 23 = 8 > 7 ) .
El emisor transmite tramas por orden ( cada trama va
numerada
módulo 2número de bits ) hasta un máximo de el número máximo de
tramas que quepan en el buffer del receptor ( en el ejemplo , 7 ) . El receptor
irá procesando las tramas que le lleguen y confirmando que admite tramas a
partir de una dada ( hasta un máximo de 7 en el ejemplo ) . Por ejemplo , si ha
procesado hasta la trama 5 , confirmará el número 6 ( es decir , que puede
procesar las tramas 6 , 7 , 0 , 1 , 2 , 3 y 4 ) . Al recibir el emisor la
confirmación de la trama 6 , emitirá todas las que no haya transmitido desde
la 6 hasta la 4 ( 6 , 7 , 0 , 1 , 2 , 3 y 4 ) . Por ejemplo , se ya había
enviado la 6 , 7 , 0 y 1 , sabe que puede enviar la 2 , 3 y 4 .
Existe la posibilidad de indicarle al emisor la
confirmación
de tramas recibidas y prohibirle el envío de más tramas ( con el mensaje de
Receptor No Preparado ) .
Cuando la dos estaciones son emisoras y receptoras , se
pueden utilizar dos ventanas por estación , una para el envío y otra para la
recepción . 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
el
de parada y espera , ya que pueden haber más de una trama a la vez en las líneas
de transmisión ( en el de parada y espera sólo puede haber una trama a la vez
) .
6 . 2 . Detección de errores
Cuanto mayor es la trama que se transmite , mayor es la
probabilidad de que contenga algún error . Para detectar errores , se añade un
código en función de los bits de la trama de forma que este código señale si
se ha cambiado algún bit en el camino . Este código debe de ser conocido e
interpretado tanto por el emisor como por el receptor .
6.2.1. Comprobación de paridad
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 son
impares , se le añade un bit 1 de paridad ) .
Pero puede ocurrir que el propio bit de paridad sea
cambiado
por el ruido o incluso que más de un bit de datos sea cambiado , con lo que el
sistema de detección fallará .
6.2.2. Comprobación de redundancia cíclica ( CRC )
Dado un bloque de n bits a transmitir , el emisor le
sumará
los k bits necesarios para que n+k sea divisible ( resto 0 ) por algún número
conocido tanto por el emisor como por el receptor .
Este proceso se puede hacer bien por software o bien
por un
circuito hardware ( más rápido ) .
6 . 3 . Control de errores
Se trata en este caso de detectar y corregir errores
aparecidos 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 :
- Detección de errores
: discutida antes .
- Confirmaciones positivas
: el receptor devuelve una confirmación de
cada trama recibida correctamente .
- 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 .
- 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
repetición
automática ) . Entre los más utilizados destacan :
6.3.1. ARQ con parada-y-espera
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
confirmación
del 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 .
6.3.2. ARQ con adelante-atrás-N
Se basa en la técnica de control de flujo con ventanas
deslizantes .
Cuando no hay errores , la técnica es similar a las
ventanas
deslizantes , pero cuando la estación destino encuentra una trama errónea ,
devuelve una confirmación negativa y rechaza todas las tramas que le lleguen
hasta que reciba otra vez la trama antes rechazada , pero en buenas condiciones
. Al recibir la estación fuente una confirmación negativa de una trama , sabe
que tiene que volver a transmitir esa trama y todas las siguientes . Si el
receptor recibe la trama i y luego la i+2 , sabe que se ha perdido la i+1 , por
lo que envía al emisor una confirmación negativa de la i+1 .
La estación emisora mantiene un temporizador para el
caso de
que no reciba confirmación en un largo periodo de tiempo o la confirmación
llegue errónea , y así poder retransmitir otra vez las tramas .
6.3.3. ARQ con rechazo selectivo
Con este método , las únicas tramas que se retransmiten
son
las rechazadas por el receptor o aquellas cuyo temporizador expira sin
confirmación . Este método es más eficiente que los anteriores . Para que
esto se pueda realizar , el receptor debe tener un buffer para guardar las
tramas recibidas tras el rechazo de una dada , hasta recibir de nuevo la trama
rechazada y debe de ser capaz de colocarla en su lugar correcto ( ya que deben
de estar ordenadas ) . Además , el emisor debe de ser capaz de reenviar tramas
fuera de orden .
Estos requerimientos adicionales hacen que este método
sea
menos utilizado que el de adelante-atrás-N .
7 . CONMUTACION DE CIRCUITOS
7 . 1 . Redes conmutadas
Cuando los datos hay que enviarlos a largas distancias
( e
incluso a no tan largas ) , generalmente deben pasar por varios nodos
intermedios . Estos nodos son los encargados de encauzar los datos para que
lleguen a su destino .
En conmutación de circuitos , los nodos intermedios no
tratan los datos de ninguna forma , sólo se encargan de encaminarlos a su
destino .
En redes de comunicación conmutadas , los datos que
entren
en la red provenientes de alguna de las estaciones , son conmutados de nodo en
nodo hasta que lleguen a su destino .
Hay nodos sólo conectados a otros nodos y su única
misión
es conmutar los datos internamente a la red . También hay nodos conectados a
estaciones 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 o
por 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 técnicas
de conmutación : conmutación de circuitos y conmutación de paquetes .
7 . 2 . Redes de conmutación de circuitos
Para cada conexión entre dos estaciones , los nodos
intermedios dedican un canal lógico a dicha conexión . Para establecer el
contacto y el paso de la información de estación a estación a través de los
nodos intermedios , se requieren estos pasos :
- 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...
- 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 ) .
- 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 tráfico
y las conmutaciones , éstos deben tener la suficiente "inteligencia"
como para realizar su labor eficientemente .
La conmutación de circuitos suele ser bastante
ineficiente
ya 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 es
el 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 ninguna
información ) .
La red pública de telefonía utiliza conmutación de
circuitos . 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 es
el sistema más utilizado para conectar sistemas informáticos entre sí a
largas distancias debido a la profusión e interconexión que existe ( debido al
auge del teléfono ) y a que una vez establecido el circuito , la red se
comporta como si fuera una conexión directa entre las dos estaciones ,
ahorrando bastante lógica de control .
7 . 3 . Conceptos sobre conmutación
Cada nodo de conmutación de circuitos consta
básicamente de
un 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 canales
con otros cuando se requieren estas conexiones . Por lo que dos canales
conectados por el conmutador es como si estuvieran unidos sin interrupción . El
conmutador posee la lógica de control suficiente para conectar y desconectar
canales conforme sea necesario . Estos conmutadores deben permitir conexión
full-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 no
de bloquear las comunicaciones entre dos estaciones :
- 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 ) .
- 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 ) .
7.3.1. Conmutación por división en el espacio
Son conmutadores en los que las conexiones entre líneas
de
entrada y salida son conexiones físicas (generalmente con matrices de puertas
físicas
que 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 de
los 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 .
7.3.2. Conmutación por división en el tiempo
Estos sistemas constan de las líneas de entrada ( una
para
cada canal de acceso al conmutador ) y lo que hacen es muestrear una a una cada
línea y lo que encuentren ( ya sean bits , bytes o bloques ) lo pasan a unas
memorias llamadas ranuras ( una por cada canal ) de donde serán pasados a sus
correspondientes líneas de salida . Las líneas de entrada son fijas para cada
emisor , pero las líneas de salida se irán conmutando dependiendo de las
velocidades de asimilación de datos por las líneas de salida .
Las velocidades de trabajo del sistema deben de ser lo
suficientemente altas para que ninguna entrada supere a ésta en velocidad .
8 . CONMUTACION DE PAQUETES
8 . 1 . Principios de conmutación de paquetes
Debido al auge de las transmisiones de datos , la
conmutación
de circuitos es un sistema muy ineficiente ya que mantiene las líneas mucho
tiempo ocupadas aun cuando no hay información circulando por ellas . Además ,
la conmutación de circuitos requiere que los dos sistemas conectados trabajen a
la misma velocidad , cosa que no suele ocurrir hoy en día debido a la gran
variedad de sistemas que se comunican .
En conmutación de paquetes , los datos se transmiten en
paquetes cortos . Para transmitir grupos de datos más grandes , el emisor
trocea estos grupos en paquetes más pequeños y les adiciona una serie de bits
de control . En cada nodo , el paquete se recibe , se almacena durante un cierto
tiempo y se transmite hacia el emisor o hacia un nodo intermedio .
Las ventajas de la conmutación de paquetes frente a la
de
circuitos son :
- 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 .
- 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 .
- No se bloquean llamadas : ya que todas las conexiones se aceptan ,
aunque
si hay muchas , se producen retardos en la transmisión .
- 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 .
8.1.1. Técnica de conmutación
Cuando un emisor necesita enviar un grupo de datos
mayor que
el tamaño fijado para un paquete , éste los trocea en paquetes y los envía
uno a uno al receptor .
Hay dos técnicas básicas para el envío de estos
paquetes :
- 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 .
- 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 los
datagramas 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 los
datagramas :
- 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 ) .
8.1.2. Tamaño del paquete
Un aumento del tamaño de los paquetes implica que es
más
probable que lleguen erróneos . Pero una disminución de su tamaño implica que
hay que añadir más información de control , por lo que la eficiencia
disminuye . hay que buscar un compromiso entre ambos .
8.1.3. Comparación de las técnicas de conmutación de
circuitos y conmutación de paquetes
Hay 3 tipos de retardo :
- Retardo de propagación
: tiempo despreciable de propagación de la
señal
de un nodo a otro nodo .
- Tiempo de transmisión
: tiempo que tarda el emisor en emitir los
datos
.
- 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
conmutación
de 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 .
8.1.4. Funcionamiento externo e interno
Hay dos niveles en donde se pueden utilizar técnicas de
datagramas y de circuitos virtuales . En un nivel interno ( entre estación y
nodo ) , se llaman operación de datagrama interno y operación de circuito
virtual interno . Pero cuando se sale de este ámbito controlable por la estación
emisora , la propia red decide la utilización de servicios de datagrama externo
o servicio de circuito virtual externo para sus comunicaciones ( ocultos al
usuario o emisor ) .
Para los servicio externos hay una serie de
consideraciones a
seguir :
- 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 .
8 . 2 . Encaminamiento
8.2.1. A / Características
La función de encaminamiento tiene estos requisitos :
- Exactitud
.
- Sencillez .
- Robustez
: es la capacidad para redirigir el tráfico a zonas seguras
cuando hay fallos .
- Estabilidad
: es posible que si un sistema es muy robusto , se
convierta en inestable al reaccionar demasiado bruscamente ante situaciones
concretas .
- 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 .
- 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 .
- Eficiencia
: lo mismo ocurre con la eficiencia .
8.2.2. B / Criterios sobre prestaciones
Hay dos formas de elegir un encaminamiento eficiente :
una es
elegir el camino más corto ( la distancia entre la estación emisora y la
receptora es la mínima ) y otra es elegir el menor número de saltos ( entre la
estación emisora y la receptora hay el menor número de nodos ) .
En aplicaciones reales se suele elegir la del camino
más
corto .
8.2.3. C / Lugar e instante de decisión
El instante en que se decide hacia dónde se enviará un
paquete en un nodo es muy importante . En datagramas , esto se produce una vez
por paquete . En circuitos virtuales se produce una vez por petición de llamada
.
Hay dos lugares donde se puede decidir hacia dónde debe
enviarse un paquete desde un nodo : una es en el propio nodo ( encaminamiento
distribuido ) y otra en un nodo señalado para esta tarea ( encaminamiento
centralizado ) . Esta última forma tiene el inconveniente de que si este nodo
se estropea , el encaminamiento de todos los nodos que dependen de este nodo de
encaminamiento es imposible , y todos los nodos serán inservibles .
Hay otra forma de controlar el encaminamiento , y es en
la
propia estación de origen .
8.2.4. D / Estrategias de encaminamiento
- Encaminamiento estático . Cada nodo encaminará sus datos a otro nodo
adyacente y no cambiará dicho encaminamiento nunca ( mientras dure la
topología
de la red ) . Existe un nodo de control que mantiene la información
centralizada . Como cada nodo encaminará sus datos sólo a un nodo adyacente
para cada nodo destino posible , sólo es necesario almacenar estos contactos
entre nodos adyacentes y no todos los caminos entre todos los nodos de la
red
.En el nodo central se almacenan todas las tablas de
encaminamientos , pero en cada nodo sólo hay que almacenar las filas que
conectan ese nodo con el siguiente para conseguir el encaminamiento a cada
nodo posible destino de la red .
Este sistema es muy eficiente y sencillo pero poco
tolerante a fallos en nodos adyacentes , ya que sólo puede encaminar a uno .
- Inundaciones . Consiste en que cada nodo envía una copia del paquete
a todos sus vecinos y éstos lo reenvía a todos sus vecinos excepto al nodo
del cuál lo habían recibido . De esta forma se asegura que el paquete
llegará
a su destino en el mínimo tiempo posible . Para evitar que a un nodo llegue
un paquete repetido , el nodo debe guardar una información que le haga
descartar un paquete ya recibido .
Esta técnica , al ser muy robusta y de coste mínimo ,
se
puede usar para mensajes de alta prioridad o muy importante . El problema es
la gran cantidad de tráfico que se genera en la red . Esta técnica libera de
los grandes cálculos para seleccionar un encaminamiento .
- Encaminamiento aleatorio . Consiste en que en cada nodo , se elegirá
aleatoriamente el nodo al cuál se va a reenviar el paquete . De esta forma ,
se puede asegurar que el paquete llegará al destino pero en un mayor tiempo
que en el de inundaciones . Pero el tránsito en la red es mucho menor . Esta
técnica también libera de cálculos para seleccionar el encaminamiento .
- Encaminamiento adaptable .Consiste en que la red va cambiando su
sistema de encaminamiento conforme se cambian las condiciones de tráfico de
la red . Para conseguir esto , los nodos deben de intercambiar información
sobre congestión de tráfico y otros datos .
En estas técnicas de intercambio de información entre
nodos , pueden hacerse intercambios entre nodos adyacentes , todos
los
nodos , o incluso que haya un nodo central que coordine todas las
informaciones .
Los inconvenientes principales son :
- 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 .
8 . 3 . X.25
Es el protocolo más utilizado . Se usa en conmutación
de
paquetes , sobre todo en RDSI .
Este protocolo especifica funciones de tres capas del
modelo
OSI : capa física , capa de enlace y capa de paquetes .
El terminal de usuario es llamado DTE , el nodo de
conmutación
de paquetes es llamado DCE La capa de paquetes utiliza servicios de circuitos
virtuales externos .
8.3.1. Servicio de circuito virtual
Este sistema ofrece dos tipos de circuitos virtuales
externos
: llamadas virtuales y circuitos virtuales permanentes . En el primer caso , se
requiere establecimiento de conexión o llamada inicial , mientras que en el
segundo no .
8.3.2. Formato de paquete
Cada paquete contiene cierta información de control ,
como
por ejemplo el número de circuito virtual . Además de paquetes de datos , se
transfieren paquetes de control en los que figura el número de circuito virtual
además del tipo de información de control .
Existen prioridades en los envíos de paquetes . Existen
paquetes de reinicio de circuitos cuando hay un error , de reinicio de todo el
sistema y de ruptura de conexión .
8.3.3. Multiplexación
Se permite la conexión de miles de circuitos virtuales
,
además de full-duplex . Hay varios tipos de circuitos virtuales , fijos , de
llamadas entrantes a la red , de llamadas salientes , etc...
8.3.4. Control de flujo
Se usa protocolo de ventana deslizante .
8.3.5. Secuencias de paquetes
Se permite el envío de bloques grandes de datos . Esto
lo
hace dividiendo los datos en paquetes de dos tipos , los grandes con el tamaño
máximo permitido y paquetes de restos de un tamaño menor al permitido .
9 . TECNOLOGIAS LAN
9 . 1 . Arquitectura LAN
9.1.1. Arquitectura del protocolo
En el modelo OSI , sólo hay diferencias entre LAN , MAN y
WAN en las tres capas más bajas , que son la capa física , de control de
acceso al medio y de control de enlace lógico .
En arquitecturas LAN , las tres primeras capas tienen
las
siguientes funciones :
- Capa física :
- Codificación y decodificación de señales .
- Generación y eliminación de preámbulo .
- Transmisión y recepción de bits .
- 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 .
- 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 de
control 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
----------------------------------------------------->/
9.1.2. Topologías
1 .Topologías en bus y en árbol : En la topología
en bus , todas las estaciones se encuentran conectadas directamente
a través
de interfaces físicas llamadas tomas de conexión a un medio de
transmisión
lineal o bus . Se permite la transmisión full-duplex y ésta circula
en
todas direcciones a lo largo del bus , pudiendo cada estación
recibir o
transmitir . Hay terminales a cada extremo del bus para que las
señales
no "reboten" y vuelvan al bus .
La topología en árbol es similar a la de bus pero se
permiten ramificaciones a partir de un punto llamado raíz , aunque
no se
permiten bucles .
Los problemas asociados a estas dos topologías son que
ya que los datos son recibidos por todas las estaciones , hay que
dotar a la
red de un mecanismo para saber hacia qué destinatario van los datos
. Además
, ya que todas las estaciones pueden transmitir a la vez , hay que
implantar
un mecanismo que evite que unos datos interfieran con otros .
Para solucionar estos problemas , los datos se parten
en
tramas con una información de control en la que figura el
identificador de
la estación de destino . Cada estación de la LAN está unívocamente
identificada . Para evitar el segundo problema ( la superposición de
señales
provenientes de varias estaciones ) , hay que mantener una
cooperación
entre todas las estaciones , 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 está conectada a un repetidor , que es el que pasa
información
de la red a la estación y 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 la estación de destino . Cuando una
trama
llega a un repetidor , éste tiene la lógica suficiente 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
estaciones
para no solapar tramas de varias estaciones a la vez .
3 . Topología en estrella : En este caso , se trata
de un nodo central del cuál salen los cableados para cada estación .
Las
estaciones se comunican unas con otras a través del nodo central .
hay dos
formas de funcionamiento de este nodo : este nodo es un mero
repetidor de
las tramas que le llegan ( cuando le 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 repetidor de las tramas pero sólo las
repite
al destino ( usando la identificación de cada estación y los datos
de
destino que contiene la trama ) tras haberlas almacenado .
9.1.3. Control de acceso al medio ( MAC )
El MAC es el mecanismo encargado del control de acceso
de
cada estación al medio . El MAC puede realizarse de forma distribuida cuando
todas las estaciones cooperan para determinar cuál es y cuándo debe acceder a
la red . También se puede realizar de forma centralizada utilizando un
controlador .
El esquema centralizado tiene las siguientes ventajas :
1 . Puede proporcionar prioridades , rechazos y
capacidad
garantizada .
2 . La lógica de acceso es sencilla .
3 . Resuelve conflictos entre estaciones de igual
prioridad .
Los principales inconvenientes son :
1 . Si el nodo central falla , falla toda la red .
2 . El nodo central puede ser un cuello de botella .
Las técnicas de control de acceso al medio pueden ser
síncronas
o asíncronas . Las síncronas hacen que la red se comporte como de conmutación
de circuitos , lo cuál no es recomendable para LAN y WAN . Las asíncronas son
más aceptables ya que las LAN actúan de forma impredecible y por tanto no es
conveniente el mantenimiento de accesos fijos . Las asíncronas se subdividen en
3 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 ) .
9.1.4. Control de enlace lógico ( LLC )
Esta capa es la encargada de transmitir tramas entre dos
estaciones sin tener que pasar por ningún nodo intermedio . Esta capa debe
permitir el acceso múltiple . Esta capa debe identificar todos los posibles
accesos 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 .
9 . 2 . LAN en bus / árbol
9.2.1. Características de la topología en bus / árbol
Es una configuración multipunto . Hay que tener en cuenta
que cuando dos estaciones intercambian datos , las señales que los portan deben
de tener la suficiente potencia para llegar en unos ciertos márgenes al
receptor . En esta configuración multipunto , las señales deben de equilibrase
para todas las estaciones conectadas , lo cuál es mucho más complicado que
para una conexión punto a punto . Cuando las distancias se hacen muy elevadas y
hay muchas estaciones , no hay más remedio que establecer repetidores o
amplificadores intermedios encargados del equilibrado de las señales .
9.2.2. Cable coaxial de banda base
Es el medio más utilizado en LAN .
En estas redes , las señales son digitales y se utiliza
generalmente codificación Manchester . El espectro en frecuencias está
totalmente utilizado , por lo que no es posible multiplexación en frecuencias .
La transmisión es bidireccional y la topología es en bus ya
que las señales digitales son difíciles de ramificar . Además , la atenuación
hace inviable la transmisión a larga distancia .
La longitud del cable es inversamente proporcional a la
velocidad 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 , ya
que deben retransmitir en ambas direcciones . Estos repetidores son invisibles
al resto de la red ya que no almacenan información , sólo la repiten conforme
llega .
Sólo se permite un camino entre dos estaciones para que
no
haya interferencias ( si el camino es muy largo , se intercalan repetidores ) .
9.2.3. Cable coaxial de banda ancha
En estos cables se usa señalización analógica . Así ,
es
posible la multiplexación por división en frecuencias , sirviendo el mismo
cable para varias conexiones . Estos cables permiten topología en árbol y en
bus . La distancia permitida es muy superior a banda base ( ya que las señales
analógicas alcanzan más espacio con menos interferencias y atenuación ) .
Este cableado sólo permite conexión unidireccional ,
por lo
que para usar intercambios bidireccionales de información , es necesario el
doble cableado de la red , uno de ida y otro de vuelta ( ambos se juntan en un
extremo si es en bus o en la raíz si es en árbol ) .
Hay maneras de permitir el uso del mismo cable para
señales
en ambas direcciones , para ello , las señales en una dirección se envían en
una 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 las
frecuencias y las devuelve por el otro camino ( ya que le llegan en frecuencia
de entrada y las tiene que devolver en frecuencia de salida ) .
En la configuración de cable dual los caminos de
entrada y salida son cables separados. En la configuración dividida los
caminos de entrada son bandas de frecuencia en el mismo cable.
En la señalización analógica de banda portadora
se
utiliza todo el espectro de frecuencias para una sola transmisión
bidireccional, con topología de Bus. En éste tipo de transmisión es posible
prescindir de amplificadores ya que las frecuencias de utilización son bajas,
menos sensibles a ala atenuación. La electrónica asociada es sencilla y
barata.
9.2.4. Bus de fibra óptica
Hay dos formas de tratar las señales ópticas que
provienen
del bus por un nodo : una es tomando la señal óptica , convirtiéndola a señal
eléctrica ( para que sea tratada por el nodo ) extrayendo la información de
control y luego pasándola otra vez a señal óptica para reenviarla al bus ; la
otra forma es quitando un poco de energía óptica y luego reinyectándola de
nuevo . Ambas opciones tienen sus ventajas e inconvenientes ; la primera tiene
las ventajas de la complejidad electrónica y los retardos y la segunda las
pérdidas
de energía .
Lo mismo que ocurría con el cable coaxial de banda
ancha ,
como las señales son unidireccionales , es necesario utilizar dos buses ( uno
de ida y otro de vuelta ) o un sólo bus con una terminación que se encarga de
recibir por un lado y transmitir por el otro .
9 3 . LAN en anillo
9.3.1. Características de las LAN en anillo
El anillo consta de varios repetidores que regeneran y
transmiten unidireccionalmente de bit en bit . Cada repetidor sirve de punto de
conexión de una estación al anillo . La información circula en paquetes que
contienen información de control de la estación de destino . Cuando un paquete
llega 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 o
bien eliminar por el repetidor de destino o por el repetidor de origen al llegar
otra vez a él ( esto permite el envío a varias estaciones a la vez ) . Los
repetidores pueden estar en tres estados posibles : escucha ( cuando recibe del
anillo bits , comprueba si pertenecen a un paquete de su estación , y si lo son
los envía por la línea de su estación y si no , los reenvía otra vez al
anillo ) , transmisión ( el enlace tiene permiso para transmitir datos de su
estación , entonces los pasa al anillo ) y cortocircuito ( el repetidor pasa
sin demoras - sin comprobar la información de control - los bits otra vez al
anillo ) .
9.3.2. Fluctuación en la temporización
Los repetidores no pueden evitar los errores de
temporización
, por lo que cuando hay muchos repetidores , estos errores se pueden agrandar y
dar lugar a errores en los datos . Una forma de paliar esta situación es que
los repetidores tengan circuitos de control de temporización .
9.3.3. Problemas potenciales en el anillo
El problema principal es la rotura de un enlace o el
fallo de
un repetidor , lo que implica que el resto del anillo quedará inservible .
Además
, cada vez que se introduzca un nuevo repetidor , habrá que adaptar a sus
vecinos .
9.3.4. Arquitectura en estrella-anillo
Para solucionar los errores propios de la topología de
anillo , se pueden utilizar híbridos de estrella-anillo , de forma que los
posibles errores se pueden localizar . Además , se facilita la incorporación
de nuevos repetidores .
9.3.5. Bus frente a anillo
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 y
además , los enlaces punto a punto en anillo son más sencillos que los
multipunto en las demás .
9 . 4 . LAN en estrella
9.4.1. LAN en estrella con pares trenzados
El par trenzado es más barato que el cable coaxial ,
pero
esto es aparente ya que la mayor parte del costo es de instalación , que es
similar para los dos tipos de cable . Por lo que se tiende a utilizar coaxial ya
que tiene mejores prestaciones .
Pero la gran difusión de los cables para teléfonos ,
que
son pares trenzados , ha provocado que para pequeñas LAN , sea el tipo de cable
más utilizado . Y estas LAN son generalmente topologías en estrella ( oficinas
con terminales y un repetidor central ) . Cada estación tiene un cable de
salida hacia el repetidor central y otro de entrada desde éste . Este esquema
se comporta como una topología en bus , y por tanto puede haber colisiones de
mensajes , para lo cuál se divide el sistema en subsistemas a los cuáles sólo
algunas estaciones tienen acceso .
9.4.2. Estrella de fibra óptica
Hay conectores en los cuáles , la fibra óptica se
comporta
igual que los pares trenzados , lo cuál reporta los mismos problemas de
colisiones de mensajes que el sistema anterior .
10 . REDES DE AREA LOCAL ( LAN )
10 . 1 . Ethernet y ethernet de alta velocidad ( CSMA /
CD )
Estas redes utilizan banda base sensible a la portadora y
detección de colisiones . Algunas utilizan banda ancha . El estándar más
utilizado es el IEEE 802.3 .
10.1.1. Control de acceso al medio en IEEE 802.3
En estas redes , no hay un tiempo preestablecido de
acceso al
medio sino que cualquier estación puede acceder a él de forma aleatoria . Los
accesos son de tipo competitivo .
La técnica más antigua utilizada es la ALOHA , que
consiste
en que si una estación quiere transmitir una trama , lo hace y espera el tiempo
suficiente para que la estación de destino le de tiempo para confirmar la
llegada de la trama . Si no llega la confirmación en ese tiempo , la estación
vuelve a enviar la trama . Este proceso lo repite hasta que o bien recibe la
confirmación o bien lo ha intentado una serie determinada de veces sin
conseguir la confirmación . La estación receptora recibe la trama y si detecta
que no hay error ( mediante unos códigos ) envía una confirmación . Puede
ocurrir que dos tramas se interfieran ( colisión ) y entonces las dos son
rechazadas , es decir que el receptor no envía confirmación .
El sistema ALOHA , aunque es muy sencillo , permite
pocas
cargas en la red ya que si hay muchas tramas circulando a la vez , la
probabilidad de que interfieran ( y sean erróneas ) es muy grande .
La eficiencia de ALOHA es grande cuando las distancias
entre
estaciones es poca , ya que podría implementarse un mecanismo para que todas
las estaciones dejaran de transmitir cuando una trama circulara por la red ( ya
que la espera sería muy pequeña al ser la distancia poca ) . A esta técnica más
sofisticada se le llama CSMA .
Es decir , con CSMA , la estación que desee transmitir
escucha el medio para ver si hay ya una trama en él , y si no la hay emite su
trama y espera confirmación para cerciorarse de que ha llegado a su destino
correctamente . Las colisiones sólo se producirán si dos estaciones emiten
tramas casi en el mismo instante .
Para evitar esta última ineficiencia , CSMA hace :
- El emisor transmite si la línea está libre y si no , se aplica 2 .
- En caso de que el medio esté ocupado , se espera hasta que esté libre .
- 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 ) .
- 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 se
tarda en detectar una colisión . Dependiendo de la técnica de transmisión ,
la detección de colisión cambia .
10.1.2. Especificaciones IEEE 802.3 a 10 Mbps ( Ethernet )
- 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 posible
entre dos repetidores .
- Especificación 10base2: similar a la anterior pero con cable más
fino y menos costoso .
- Especificación 10base-t: se usa cable de par trenzado apantallado
aunque permite menor distancia , topología en estrella , debido al tipo de
cable , las distancias máximas permitidas rondan los 100 metros .
- Especificación 10 Ancha36: utiliza cable coaxial y banda ancha ,
cables de unos 2000 metros , modulación por desplazamiento de fase ,
codificación diferencial .
- Especificación 10Base-F : fibra óptica , codificación Manchester ,.
10.1.3. Especificaciones IEEE 802.3 a 100 Mbps ( Ethernet a
alta velocidad )
S4e utiliza MAC , dos enlaces físicos entre nodos ( cada uno
en una dirección ) , pares trenzados apantallados o no apantallados de alta
calidad o fibra óptica ., topología en estrella , codificación FDDI .
10 . 2 . Anillo con paso de testigo y FDDI
10.2.1. Control de acceso al medio ( MAC ) en IEEE 802.5
Este método consiste en que existe una trama pequeña
llamada testigo , que circula por la red cuando no hay ninguna estación
transmitiendo . Cuando una estación desea transmitir , cuando le llega el
testigo , 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 la
vuelta a la red , es captada otra vez por el emisor y éste introduce un nuevo
testigo en la red . De esta forma , ya es posible que otra estación pueda
emitir .Para baja carga de la red , este sistema es poco eficiente ,
pero para cargas altas , es similar a la rotación circular , sistema muy
eficiente y equitativo .
Una desventaja seria es que se pierda el testigo , en
cuyo
caso toda la red se bloquearía .
Los bits que se modifican en el anillo indican si la
trama
que acompaña al anillo ha llegado a su destino , si no ha llegado o si ha
llegado pero no se ha copiado . Esta información de control es muy importante
para el funcionamiento del sistema .
10.2.2. Prioridad en redes en anillo con paso de
testigo
La trama consta de una campo de reserva de trama y un
campo
de prioridad de la propia trama , además de otros campos de control de errores
y de los datos .
Este estándar admite la posibilidad de utilizar
prioridades
.El algoritmo es :
Una estación que desee transmitir debe esperar un testigo con prioridad
inferior a la suya propia .
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 .
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 .
10.2.3. Especificación de la capa física de IEEE 802.5
Se utiliza un par trenzado apantallado con codificación
Manchester Diferencial .
10.2.4. Control de acceso al medio en FDDI
FDDI no contiene bits de prioridad ni de reserva .
FDDI , cuando recibe una trama de testigo , lo cancela
y no
lo repite hasta que no ha enviado sus tramas de datos ( por lo que no es posible
implementar prioridades de esta forma ) . FDDI envía un testigo de
liberalización
cuando ha enviado su última trama de datos , aun cuando no la haya recibido de
vuelta del anillo . Mediante unos bits concretos en la trama . el emisor puede
detectar que la trama ha sido recibida , que no lo ha sido con éxito o que la
estación de destino no existe .
Para permitir algún tipo de compartición de la red
entre
todas las estaciones , éstas pueden solicitar su inclusión en un turno de
rotación de tiempo de acceso síncrono ( igual para todas las estaciones que
están "dadas de alta " en este sistema ) . Además , se mantiene el
tipo de acceso asíncrono con paso de testigos .
La topología es en anillo . Se utiliza fibra óptica o
pares
trenzados apantallados o sin apantallar .
11 . PUENTES
11 . 1 . Funcionamiento de los puentes
Los puentes son mecanismos para conectar varias LAN .
Generalmente conectan LAN con idénticos protocolos de capa física y de acceso
al medio ( MAC ) . Se podría pensar en construir una LAN grande en vez de
conectar 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 .
11.1.1. Funciones de un puente
Los puentes , al conectar dos LAN con el mismo
protocolo MAC
, no cambian el contenido de las tramas ; su única función es captar las
tramas de una LAN y repetirlas en la otra LAN , sin modificarlas .
Los puentes deben tener una memoria temporal para
albergar
las tramas a intercambiar de LAN .
Además , los puentes deben conocer el direccionamiento
suficiente para saber qué tramas van a una LAN y qué otras va a otra LAN .
Los puentes deben tener capacidad de interconectar más
de
dos LAN .
Desde el punto de vista de cada estación , todas las
demás
estaciones están en su misma LAN y es el puente el encargado de encaminar las
tramas .
Otras funciones adicionales que pueden tener los
puentes son
encaminamientos hacia otros puentes , y de esta forma pueden saber los costes
para llegar de unas estaciones a otras . . Además , los puentes temporales
pueden tener memorias donde guardar tramas a la espera de envío cuando hay
saturación en las líneas .
11.1.2. Arquitectura del protocolo de puentes
Los puentes realizan su actividad en la capa de acceso
al
medio . Por lo tanto , su única funciones encaminar la trama a la LAN de
destino , sin añadir ninguna información adicional a la trama suministrada por
la MAC del emisor .
11 . 2 . Encaminamiento con puentes
Hay puentes que sólo se encargan de retransmitir tramas
a
LAN de destino , sin realizar encaminamiento . Pero hay puentes que realizan
encaminamiento .
El encaminamiento es necesario cuando los puentes
conectan más
de dos LAN . Esto es así porque hay que decidir si las tramas , para llegar a
su destino , deben de ser encaminadas hacia ciertas LAN o hacia otras ( ya que
habrá LAN que no lleven la trama a su destino ) .
También puede ocurrir que falle un camino hacia una
estación
de destino , de forma que el puente debe de hacerse cargo de este fallo e
intentar encaminar las tramas hacia otros caminos que no fallen . Es decir que
el puente debe de ser capaz de alterar sus encaminamientos previstos para
adaptarse a la incidencias en las redes que conecta .
11.2.1. Encaminamiento estático
Los puentes tienen de antemano unas rutas predefinidas
para
el tránsito de tramas , y en el caso de que haya dos caminos posibles , se
selecciona generalmente el de menos saltos .Cada puente debe tener una matriz
para saber los encaminamientos dependiendo de a qué estación se desee enviar
la trama . Es decir que por cada LAN que conecta el puente , debe de haber una
columna y tantas filas como estaciones contenga esa LAN .
Una vez realizado esto , es fácil encaminar las tramas
a las
LAN de destino .
El inconveniente principal de estos puentes es su
limitación
para adaptarse a condiciones cambiantes , aunque tiene ventajas en cuanto a
sencillez y bajo coste .
11.2.2. Encaminamiento con árbol de expansión
Estos puentes automatizan un proceso de creación de
tablas
de 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 .
11.2.3. Encaminamiento en el origen
La norma IEEE 802.5 ha creado un estándar en el que la
estación de origen incluye ya en la trama el encaminamiento , y el puente sólo
debe leerlo para saber si debe retransmitir la trama o no . Sus características
principales 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 :
- Nulo : la trama sólo puede llegar a estaciones de su
misma LAN .
- Sin difusión : sólo se describe una ruta posible , las
demás no
se pueden utilizar .
- Difusión a través de todas las rutas : la trama se
difunde a
todas las rutas posibles ( pueden llegar muchas copias al
destino )
- 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 :
- 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 .
- 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 .
- Cada estación debe de buscar su encaminamiento por su
cuenta .
La norma IEEE sólo utiliza la opción 3 . Cada estación
origen envía una trama de control a una estación de destino de forma que
cuando ésta recibe la trama , responde informando sobre el camino que ha
seguido esta trama . De esta forma , de todas las respuestas recibidas
por
la trama origen , selecciona la más idónea y la guarda en su base de
datos
para las siguientes tramas .
12 . PROTOCOLOS Y ARQUITECTURA
12 . 1 . Protocolos
12.1.1. Características
Un protocolo es el conjunto de normas para comunicarse
dos o
más entidades ( objetos que se intercambian información ) . Los elementos que
definen 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 .
12.1.2. Funciones
- Segmentación y ensamblado :generalmente es necesario dividir los
bloques de datos en unidades pequeñas e iguales en tamaño , y este proceso
se le llama segmentación . El bloque básico de segmento en una cierta capa
de un protocolo se le llama PDU ( Unidad de datos de protocolo ) . La
necesidad de la utilización 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 .
- 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 .
- 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 .
- 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 imposibl