Redes 2 Nivel Fisico

UCAM: Teleinformática y Redes de ordenadores Tema 2: Nivel Físico

2-1

Tema 2. NIVEL FÍSICO

2.1. Teoría de la Señal • Los datos se transmiten alterando una señal eléctrica para representar un bit 0/1.

• La transmisión de la información por un camino se llama propagación de la señal.

• La señal se puede expresar en función del tiempo o en función de la frecuencia que nos resulta más practico.

• La transmisión se realiza envolviendo la señal en una forma de onda. El receptor procesa la onda recibida y recupera el mensaje separando la señal original (posiblemente atenuada y retardada) de otras señales indeseadas (distorsiones debidas al canal de transmisión, interferencias de equipos eléctricos o ruido aleatorio).

• Dominio del tiempo: Una señal en el dominio del tiempo puede verse como una variación en el tiempo del voltaje. V(t)= V cos(2πFt + θ), con V = Voltaje pico (o amplitud), F = Frecuencia, θ = Fase.

• Dominio de la frecuencia: Trabajando con funciones coseno (por lo que θ = 0), podríamos representar la señal mediante (V, F).

o La representación en el dominio de la frecuencia resulta muy útil porque se puede construir cualquier función periódica mediante la suma de una serie de funciones seno y coseno con diferentes amplitudes, frecuencias y fases. Esto se llama Serie de Fourier.

o Si T es el periodo, entonces se dice que la forma de onda tiene una frecuencia fundamenta de 1/T (armónico), la siguiente frecuencia más cercana contenida en la onda es de 2/T (segundo armónico) y así sucesivamente. Cada armónico tiene amplitudes y fases diferentes.

o Para obtener una apreciación general del contenido de armónicos de una forma de onda compleja se puede representar la señal gráficamente en el dominio de la frecuencia (espectro de la señal).

o Cuantos más armónicos se introduzcan en la señal, la aproximación a la onda digital será mejor.


2-2

o El ancho de banda absoluto de una señal es la anchura del espectro. El ancho de banda efectivo de una señal es la porción del espectro que contiene la mayoría de la potencia de la señal. Cuanto mayor es el ancho de banda (más armónicos transmite), más representativa es la señal. Existe dos tipos:

o Ancho de banda analógico:

El ancho de banda analógico se refiere al rango de frecuencia de un sistema electrónico analógico.

Describe el rango de frecuencias transmitidas por una estación de radio o un amplificador electrónico.

La unidad de medida es el Hercio, unidad de frecuencia.

Ejemplos de valores analógicos de ancho de banda son 3 kHz para la telefonía, 20 kHz para señales audibles, 5 kHz para estaciones de radio AM, y 200 MHz para estaciones de radio de FM.

o Ancho de banda digital:

El ancho de banda digital mide cuánta información puede fluir de un origen a un destino.

La unidad de medida es bits por segundo (bps).

El software, hardware, las tecnologías actuales, y leyes físicas limitan este tipo de ancho de banda.

El ancho de banda analógico determina el límite máximo del ancho de banda digital.

En general, altos anchos de banda analógicos grandes soportarán anchos de banda digitales superiores.


2-3

o DECIBELIOS (dB)

Los decibelios (dB) es una unidad importante para describir las señales en las redes. Hay dos fórmulas para calcularlo:

dB = 10 log10 (Pfinal / Pref)

dB = 20 log10 (Vfinal / Vreference)

Las variables son:

dB media de la pérdida o ganancia de potencia de la onda. Los dB suelen ser números negativos que representan la perdida de señal, aunque pueden ser positivos cuando se habla de amplificadores.

Pfinal es la medida en vatios de la potencia obtenida

Pref es la medida en vatios de la potencia original

Vfinal es el voltaje obtenida

Vreference es el voltaje original

Normalmente las ondas de luz y radio (fibra optica y aire) se miden usando la formula de la potencia. Las ondas electromagnéticas (cobre) usan la de voltaje.

Esta formula puede usarse para ver cuanta potencia se pierde en una transmisión sobre una distancia concreta a través de diferentes medios y/o sistemas electrónicos. Ejemplos de uso de esta formula pueden ser:

Si Pfinal es 1 microWatio (1 x 10-6 Watio) y Pref es 1 milliWatio (1 x 10-3 Watios), ¿Cual es su valor en decibelios?, ¿Es ganancia o pérdida de señal?

Si el total de perdida en un enlace de fibra es -84 dB, y la fuente original de energía (Pref) es 1 milliWatio (1 x 10-3 Watios), ¿Cuanta potencia se entrega?

Si se miden 2 microVoltios (2 x 10-6 Voltios) al final de un cable y el voltaje fuente era 1 voltio, ¿Cual es la ganancia o pérdida de señal?

o Todos los medios hacen que la señal pierda potencia conforme se transmite. Si todas las componentes se degradasen igual no habría problema, pero cualquier medio de transmisión degrada cada componente de forma distinta por lo que se produce distorsión.

o Normalmente un medio puede transmitir las frecuencias desde 0 hasta algún límite máximo, las frecuencias mayores se atenúan fuertemente.

• El tiempo necesario para transmitir un carácter depende del método de codificación y de la cantidad de veces por segundo que la señal cambia su voltaje. Esta cantidad de cambios se mide en baudios1. Una línea de n baudios no transmite n bits/seg, porque cada señal puede transportar varios bits dependiendo del número de niveles de amplitud (voltaje) y frecuencia, usados. Si se usan dos niveles, coinciden los baudios y los bits/seg. El término correcto cuando se habla de modems de alta velocidad es bits por segundo (bps) y no baudios.

• Cuanto más baudios, más términos de frecuencias altas que se necesitan. Entonces, el ancho de banda de un canal determina la velocidad de la transmisión de datos, aun cuando el canal es perfecto.

• Dada una velocidad de n bits/seg., el tiempo necesario para enviar 8 bits es de 8/n seg y la frecuencia del primer armónico es n/8 Hz. La red telefónica básica RTB, tiene una frecuencia de 3000 Hz por lo que el número de armónicos máximo será 3000/(n/8). Obteniendo los siguientes resultados:

!"#


2-4

• La restricción del ancho de banda limita la velocidad de envío de los datos, en las líneas RTB a 2400 bps. Para superar esta barrera se usan distintos esquemas de codificación que utilizan varios niveles de voltaje.

• Defectos y limitaciones de las líneas de transmisión:

o Atenuación: Se trata de la reducción de potencia o atenuación de la señal, en medios guiados (cable) se expresa como un número constante de decibelios (dB) por unidad de distancia. En medios no guiados (éter) además de la distancia también depende de condiciones atmosféricas. Esto implica que:

1. La señal recibida debe tener la suficiente potencia para que los circuitos eléctricos de receptor puedan detectar e interpretar la señal. Se soluciona usando amplificadores o repetidores

2. La señal debe mantenerse a un nivel suficientemente alto sobre el ruido para que se reciba sin errores. Se soluciona igual que el punto 1.

3. La atenuación es una función que se incrementa con la frecuencia sobre todo en líneas analógicas por lo que a mayor frecuencia, mayor distorsión. Las líneas digitales, necesitan un ancho de banda menor y más resistente a la atenuación.

4. La atenuación es la disminución del tamaño de la señal a lo largo de un enlace.

5. La longitud de los cables y las altas frecuencias de la señal contribuyen a aumentara.

6. La atenuación se mide usando las frecuencias más altas que el cable es capaz de soportar.

7. La atenuación se expresa en decibelios (dB) usando números negativos.

8. Los valores más pequeños son una indicación de mejor actuación del enlace.

9. Hay varios factores que contribuyen a la atenuación:

10. La resistencia del cable de cobre convierte una cierta cantidad de la energía eléctrica de la señal en calor.

11. La energía de la señal también se pierde cuando se filtra a través del aislante del cable

12. La energía de la señal también se pierde por la impedancia causada por conectores defectuosos.

13. La impedancia es una medida de la resistencia del cable para corriente alterna y se mide en ohmios.

14. La impedancia de un cable Cat5 es 100 ohmios.

15. Si un conector Cat5 se instala incorrectamente tendrá un valor de impedancia diferente que el cable produciendo una discontinuidad de impedancia o una incompatibilidad de impedancia.

16. Las discontinuidades de impedancia causan atenuación porque una porción de la señal transmitida se reflejará de regreso al dispositivo emisor en vez de continuar, eco. Este efecto puede complicarse más si hay varios segmentos de red con diferentes discontinuidades. Cuando una reflexión colisiona con otra generada por otra discontinuidad, se crea un efecto de eco múltiple. Éste efecto se denomina JITTER y genera errores en los datos.

17. La combinación de los efectos producidos por la atenuación de la señal y las discontinuidades de impedancia en una conexión se llama INSERTION LOSS. Para evitarla hay que evitar las discontinuidades de impedancia en todo el sistema de cableado.

o Distorsión por retardo: Es un fenómeno de los medios de transmisión guiados. Se produce debido a que la velocidad de propagación de una señal a través de un medio varia con la frecuencia. Por lo que las distintas frecuencias que componen la señal llegarán al receptor en instantes distintos. En señales digitales ocurre que algunas de las señales que componen el valor en la posición de un bit se mezclan con las señales de las posiciones de otros bits. Para solucionarlo se usan técnicas de ecualización de

BPS T (mseg.) 1er. Armónico (Hz) Armónicos enviados 300 26.67 37.5 80 600 13.33 75 40

1200 6.67 150 20 2400 3.33 300 10 4800 1.67 600 5 9600 0.83 1200 2

19200 0.42 2400 1 38400 0.21 4800 (> 3000 Hz) 0


2-5

manera que al limitar el ancho de banda se consigue homogeneizar la velocidad de los componentes de la señal.

o Ruido: En una transmisión de datos, la señal recibida estará compuesta por la señal original distorsionada según el medio de transmisión, más un conjunto de señales indeseadas llamadas ruido que se puede dividir en cuatro tipos:

Térmico: En comunicaciones de voz, se puede oír como un silbido de fondo y se produce por la agitación térmica de los electrones. Afecta a todo el espectro de frecuencias, por lo que no es preocupante y no se puede eliminar.

Por intermodulación: Surge cuando se crean frecuencias como suma o diferencia de dos o más frecuencias originales, causando interferencias con frecuencias originales del mismo valor que la obtenida por el ruido.

Difonía (crosstalk o NEXT): Debido a que suelen ir juntas varias líneas de transmisión, se puede crear un campo magnético (ley de Faraday) alrededor de un conductor por el que pasa corriente. Este campo induce una corriente en los conductores que hace que se escuche una conversación que no es la nuestra. La solución pasa por usar conductores apantallados.

Impulsivo: Es un ruido que consiste en pulsos irregulares no-continuo. Se produce por perturbaciones como rayos, caídas del sistema de comunicación, etc. Es muy importante evitarlo en transmisiones digitales porque en una comunicación de voz (analógica) puede pasar desapercibido pero en una comunicación de datos puede afectar a cientos de bits.

o Eco: Se origina por los cambios de impedancias en el circuito, por ejemplo al conectar dos hilos de un grosor diferente. Es una señal de las mismas características que la original, pero atenuada y retardada. Afecta a la comunicación de voz y datos. Suele ocurrir en transmisiones a muy larga distancia para que se perciba un retraso apreciable.

2.2. La velocidad máxima de un canal • Si se filtra una señal por un ancho de banda máximo de H Hz, la señal filtrada se puede reconstruir por

completo tomando 2H muestras por segundo. Es inútil muestrear la línea a velocidad mayor porque los componentes de mayor frecuencia serán filtrados. El teorema de Nyquist dice: Si tenemos V niveles discretos de señal, la velocidad máxima en un canal perfecto es Vmax = 2H log2V (bits/seg).

• Una línea telefónica tiene un ancho de banda de aproximadamente 3000 Hz. No puede transmitir las señales binarias más rápidamente que 6000 bps. En el caso de que la señal tenga 8 niveles de voltaje, la capacidad máxima sería 18000 baud. Pero esta posibilidad sobrecarga al receptor y debido al ruido y defectos de la línea se debe limitar el número de niveles. ¿Cómo pueden transmitir los módems modernos a velocidades mayores?

• Realmente los canales no son perfectos y sufren ruido aleatorio. A más velocidad, más posibilidad de ruido.

• Si la potencia de la señal es S y la potencia de ruido es R, la razón de señal a ruido se denomina S/R. Normalmente se mide en dB (decibelios), por tanto (señal/ruido)dB = 10·log10 S/R.

• Cuanto mayor es S/R, mejor será la calidad de la señal.

• Según Shannon, la velocidad máxima en bps de un canal con ancho de banda H Hz y razón señal/ruido S/R es Vmax = 2H log2(1+S/R) (bits/seg).

• Si una línea telefónica tiene sobre 30 dB de S/R y un ancho de banda de 3.429 Hz en líneas de alta calidad, puede transmitir entre 29.901 bps y 34.177 bps teóricos (contando con el ruido térmico; 28.800 y 33.600 reales en la norma de la ITU-T: V.34 y V.34+), independientemente del número de niveles de señal. Las técnicas actuales de compresión de datos y corrección de errores hacen que se puedan conseguir en algunos casos velocidades mayores, pero sin olvidar que se ha alcanzado el límite de velocidad de las líneas RTB.

2.3. Medios de transmisión • El propósito de la capa física es transportar el flujo original de bits de una máquina a la otra. Esto se puede

hacer con distintos métodos cada uno con sus ventajas e inconvenientes de coste, velocidad, fiabilidad, etc. Se pueden clasificar en Medios guiados y Medios no Guiados.

• Medios guiados:

o Par trenzado (twisted pair).


2-6

Dos alambres de cobre aislados de 0.5 a 1 mm de espesor, entrelazados (para reducir interferencia eléctrica con otros pares vecinos). Suelen venir en mangueras de 2, 4, 6, 8 o más hilos.

Puede correr 5-6 Km (señales analógicas) o 2-3 Km. (señales digitales) sin amplificación, para distancias mayores se necesitan repetidores de señal.

El ancho de banda depende del calibre del cable y de la distancia que recorre llegando a Mbits/seg en cientos de metros.

Bajo coste, adecuado rendimiento, muy utilizados. Es usado en el sistema telefónico y LAN.

Existen categorías normalizadas por la EIA/TIA 568 (Electronic Industries Association / Telecommunications Industries Association), cuanta más categoría mayor velocidad, más aislamiento, más vueltas por cm, menos diafonía, mejor señal, más distancia, etc.

Cat.1 Hilo telefónico trenzado para voz. No adecuado para datos. Velocidad de transmisión inferior a 1 MHz Cat.2 Par trenzado sin apantallar. Velocidad de transmisión de hasta 4 MHz Cat.3 Usado en redes Ethernet 10baseT. Velocidad de transmisión de hasta 16 MHz Cat.4 Certifica transmisiones a 20 MHz Cat.5, 5e/D Transmisiones de hasta 100 MHz. Usado en redes Fast Ethernet (100baseTX) Cat.6/E No está estandarizado todavía. Permitirá frecuencias del orden de los 250 MHz Cat.7/F Está poco avanzado en la definición del estándar. Permitirá frecuencias superiores a los 600 MHz

Será completamente blindado (blindaje individual por cada par mas un blindaje general. Diferente a la especificación 568.

Cat.8 Poco se conoce de este nuevo estándar salvo que admitirá frecuencias hasta 1200 MHz y que probablemente ocurra con la Cat.7 como con la Cat.4 que al final no llego a comercializarse.

Hay varios tipos de cable: UTP (unshielded twisted pair) par trenzado sin apantallar de 4 pares, STP (shielded twisted pair) igual pero apantallando la manguera con una maya de cobre, se usa en ambientes de polución electromagnética extrema. Existen variaciones como FTP (Foiled) que tiene un apantallamiento de aluminio y un alambre de cobre para soportar mayor rigidez. También se puede encontrar S-FTP (doble blindaje foil y malla) y S-STP (blindado individualmente cada par y, a su vez, todos juntos)

Tipos de conexión: Cruzado, para conectar entre HUBS, entre SWITCH o entre 2 ordenadores (sin HUB). Plano, para conectar un ordenador al HUB o al SWITCH. Algunos elementos intermedios pueden tener la posibilidad de usar uno u otro según se configure. Consola, para conectar un PC a un router.

Tipos de conectores: RJ-45, con la asignación de colores EIA/TIA 568-A y 568-B.

o Cable coaxial (coax).

Un alambre de cobre duro en su parte central, rodeado de un material aislante, rodeado a su vez por un conductor cilíndrico cobre trenzado y finalmente recubierto por una capa de plástico protector.

Tiene un mejor blindaje y puede cruzar distancias mayores con velocidades mayores (por ejemplo, 1-2 Gbps sobre distancias de 1 Km.).

Se usaban en las transmisiones a larga distancia de telefonía y televisión por cable, ahora se usa la FO.

Existen dos tipos:

• Coax de banda base; para señal digital, cable de 50Ω, para una distancias de 1 Km se consiguen hasta 10 Mbps. Se configuran en bus y debe haber unos terminadores a ambos extremos con una resistencia de 50Ω para evitar interferencias.

• Coax de banda ancha; para señal analógica, cable de 75Ω, se consigue hasta 150 Mbps, distancias de hasta 100 Km, frecuencias de 300 MHz, se puede disponer de varios canales de menos frecuencia dedicados a distintas funciones (varios para imagen, sonido, datos). Para transmitir datos requiere modem a ambos extremos. La comunicación es unidireccional.

• La nomenclatura de estos cables para Ethernet es: Velocidad (Mbps) - Transmisión en banda base (BASE) o banda ancha (BROAD) - Metros por segmento * 100.


2-7

Cable Características 10-BASE-5 Cable coaxial grueso. Transmite a 10 Mbps. Segmentos de un máximo de

500 metros. Cada estación de la red se conecta al bus mediante un transceiver, no directamente.

10- BASE -2 Cable coaxial fino. Transmite 10 Mbps. Segmentos de 185 metros máximo. Conexión directa al bus.

10-BROAD-36 Coaxial grueso. Longitud máxima de 3.600 m por segmento. Velocidad máxima de 10 Mbps. Se usa como tronco de red.

Fibra óptica (FO).

Transmisión por pulsos de luz (no eléctrica). Luz=1, Ausencia de Luz=0.

La luz visible tiene una frecuencia de 108 Mhz por lo que se puede poner un limite teórico de 50 Tbps. El límite práctico es de 1 Gbps porque no se consigue convertir tan rápidamente una señal óptica en eléctrica y viceversa. Se ha llegado conseguir 100 Gbps en laboratorio.

Necesita 3 componentes: Medio (fibra de vidrio o silicio), Emisor (diodo LED o láser) y receptor (fotodiodo que genera un pulso eléctrico al recibir un rayo de luz con una respuesta del orden de 1 ns).

Características LED Láser Velocidad de datos Baja Alta Modo Multimodo Multimodo y Monomodo Distancia Corta Larga Tiempo de vida Larga Corta Sensibilidad a la temperatura Baja Considerable Costo Bajo Elevado

La conexión entre la fibra y el terminal puede ser de tres formas: Conectores de fibra (se conectan a enchufes, producen altas perdidas de luz pero facilita la reconfiguración). Mecánica (complicada de hacer, producen bajas pérdidas de luz). Fusión (consigue una comunicación sin perdidas). En los empalmes se pueden producir reflejos que produzcan interferencias.

Cuando un rayo de luz penetra en un medio distinto por el que viaja, se produce un cambio de ángulo (refracción) que depende de las propiedades físicas de ambos medios (índice de refracción). Existe un ángulo a partir del cual la luz se refracta de nuevo a la fibra y queda atrapada propagándose muchos Km sin pérdida.

Usando distintos ángulos (siempre mayores que el ángulo crítico), se pueden reflejar múltiples rayos. Esto se conoce como fibra multimodo.

Si el diámetro de la fibra se reduce al valor de la longitud de onda de la luz, la fibra actúa como una guía de ondas y se propaga en línea recta (sin rebotar por tener un diámetro demasiado pequeño), obteniendo una fibra monomodo. Con la ventaja de necesitar menor amplificación por lo que puede cruzar 30 Km a 1 Gbps), pero es más cara.


2-8

En resumen: Larga distancia sin repetidor (sobre 30 Km máximo frente a los 5 Km. Máximo del cobre), alta velocidad, gran ancho de banda, no se ve afectada por interferencias electromagnéticas o por la corrosión ambiental, muy delgada y ligera (50 micras las multimodo, como un pelo humano, y 10 micras las monomodo), es muy barata y no necesita costosos sistemas mecánicos de apoyo (torres, etc), no tiene fugas de luz y es difícil intervenirlas para espionaje. Por el contrario resulta más difícil de instalar es unidireccional (se requieren dos fibras o dos bandas de frecuencia para la transmisión bidireccional), las interfaces son más caras que las de cobre.

• Medios no guiados: La cantidad de oscilaciones por segundo de una onda electromagnética es la frecuencia medida en Hz. La distancia entre dos picos de la onda se denomina longitud de onda (λ). Si se conecta una antena a un circuito eléctrico, las ondas electromagnéticas se pueden difundir eficientemente y captarse por un receptor a cierta distancia. Las comunicaciones inalámbricas se basan en este principio.

Cada sistema usa una banda de frecuencias en alguna parte del espectro electromagnético. Las ondas de longitudes más cortas tienen frecuencias más altas, y así aportan velocidades más altas de transmisión de datos.

Los electrones se mueven y crean ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio. En el vacío lo hacen a la velocidad de la luz 300.000 Km/s, en la atmósfera, a un máximo de 200.000 Km/s teóricos porque se vuelven dependientes de la frecuencia.

Radio, Microondas, Infrarrojos y luz visible sirven para transmitir información modulando la amplitud, frecuencia o fase de las ondas. Ultravioleta, RayosX, y Rayos Gamma serían mejores, peros son difíciles de producir y de modular, son peligrosos y no se propagan bien entre edificios.

Como los espectros de frecuencia afectan a las comunicaciones a nivel mundial, existen organismos encargados de la asignación según los objetivos para los que se aplica la comunicación. En USA es FCC y en el mundo es WARC.

o Radio. 10 KHz-100 MHz.

Son fáciles de generar

Pueden cruzar distancias largas, y entrar fácilmente en los edificios.

Son omnidireccionales, lo cual implica que los emisores y receptores no tienen que estar en línea.

El emisor y el receptor deben estar sintonizados en la misma frecuencia.

La velocidad de transmisión es baja del orden de los 4800 Kbps.

Hay interferencias con otras señales y perturbaciones atmosféricas.

Las ondas de frecuencias bajas pasan por los obstáculos, pero el poder disminuye con la distancia.

Las ondas de frecuencias más altas van en líneas rectas. Rebotan en los obstáculos y la lluvia las absorbe.

o Microondas. 100 MHz-10 GHz.

Van en línea recta.

Se pueden concentrar en un haz muy pequeño consiguiendo más señal y menos ruido.


2-9

Antes de la fibra formaban el centro del sistema telefónico de larga distancia.

Necesita alineación entre emisor y receptor.

No atraviesa bien las edificaciones.

La lluvia las absorbe.

La usan los teléfonos móviles, TV por satélite, teléfonos inalámbricos.

o Infrarrojos.

Se usan en la comunicación de corta distancia (por ejemplo, controlo remoto de televisores).

No atraviesan por las paredes, lo que implica que sistemas en distintas habitaciones no se interfieren.

No se pueden usar en el exterior porque el sol desborda la luz del emisor.

No necesita licencia del gobierno porque no interfiere con otros sistemas de comunicación.

Se usa en redes inalámbricas de ordenadores.

o Ondas de luz.

Se usan láser.

Ofrecen un ancho de banda alto con costo bajo, pero el rayo es muy fino, y el alineamiento es difícil.

Le afecta demasiado los efectos atmosféricos.

Sirve para establecer comunicación entre dos edificios medianamente separados sin tender cableado.

No necesita licencia del gobierno porque no interfiere con otros sistemas de comunicación.

2.4. Dispositivos de la capa 1 • El flujo de paquetes a través de los dispositivos de la Capa 1 es simple. Los medios físicos se consideran como

componentes de la Capa 1. A lo único que prestan atención es a los bits (tensión o impulsos luminosos, ondas, etc).

• Si los dispositivos de la Capa 1 son pasivos (enchufes, conectores, jacks, paneles de conmutación o patch panels, etc.), entonces los bits simplemente viajan a través de estos dispositivos, con un mínimo de distorsión.

• Si los dispositivos de la Capa 1 son activos (por ej. repetidores o hubs), entonces los bits en realidad se amplifican y se retemporizan.

• Los transceptores (transceivers), que también son dispositivos activos, actúan como adaptadores (puerto AUI a RJ-45), como convertidores de medios (RJ-45 eléctrico a ST óptico), o como parte de las tarjetas NIC. En todos los casos, los transceptores actúan como dispositivos de la Capa 1.

• Los modems son dispositivos encargados de modular (conversión digital-analógica) y demodular (conversión analógico-digital). Se rigen por las normas CCITT (actualmente ITU), entre las que encontramos: V.22 1200 bps, V.29 9600 bps, V.32 14400 bps sobre 2400 baud y codificación QAM, V.34 28.8 kbps, V.34+ 33.6 kbps sobre líneas extremadamente “limpias”, V.90 56 kbps en descenso y 33.6 kbps en ascenso (asimétrico) requiere transmisión sobre líneas digitales.

• Ningún dispositivo de la Capa 1 examina los encabezados o los datos de los paquetes encapsulados. De lo único que se ocupan es de los bits.


2-10

• Muchos problemas de red se deben a problemas en la Capa 1: cables con mala terminación, jacks rotos, cables instalados de forma incorrecta, o repetidores, hubs o transceptores que no han sido enchufados. Además, los dispositivos de la Capa 1 pueden ser fuentes de reflexión, paradiafonía, cortocircuitos, circuitos abiertos, interferencia electromagnética o interferencia radioeléctrica (RFI), que pueden dañar o destruir los paquetes.

2.5. Conversión de señales • Un módem convierte señales digitales usando alguno de los siguientes esquemas de codificación de datos, mediante

la introducción de una señal de frecuencia constante conocida como portadora según el medio de transmisión. Los datos se transmiten mediante la modulación basándose en la alteración de los parámetros fundamentales del dominio de la frecuencia [V(t)= V cos(2πFt + θθθθ)]: Amplitud, Frecuencia y Fase:

• Conversión de datos digitales en señales analógicas: (Figura 2-18 [TANE])

• Modulación en amplitud (ASK): Dos valores binarios se representan como dos amplitudes diferentes en la señal portadora. Normalmente uno puede ser cero (presencia/ausencia de portadora). Es susceptible a los cambios de medio por lo que solo se usa en líneas de voz de hasta 1200 bps o en Fibra óptica.

• Modulación en frecuencia (FSK): Los valores binarios se representan por dos frecuencias diferentes de la señal portadora. Se usa en transmisiones full-duplex en líneas de voz, para ello se usa dos espectros de frecuencia distintos para emitir en un sentido o en el contrario, uno centrado en los 1170 Hz y otro en los 2125 Hz ambos ± 100 Hz. Al ser una señal analógica se produce un pequeño solapamiento que producirá algo de interferencia. Necesita más ancho de banda analógico que ASK, pero es más inmune al ruido.

• Modulación en fase (PSK): La señal portadora se desfasa (traslada) para representar información. Un 0 se representa enviando una señal de la misma fase que la enviada previamente (θ = 0). Un 1 se representa enviado una señal de fase opuesta (θ = π) a la enviada previamente (PSK diferencial). Se puede conseguir un ancho de banda más eficiente si cada señal representa más de un bit, por ejemplo, haciendo cambios de fase de 90º (QPSK cuadratura de fase) cada señal elemental representa dos bits. En el caso de un módem estándar de 9600 bps se usan 16 ángulos de fase. Si añadimos a este esquema la posibilidad de modulación en amplitud podremos tener mayores esquemas de representación distintos.

• Modulaciones complejas: Es común la combinación de las modulaciones anteriores para transmitir varios bits por baudio, aumentando la velocidad sin necesitar mayor ancho de banda. Pero también se incrementa la probabilidad de error. Es muy común combinar la ASK y PSK obteniendo QAM (Quadrature Amplitude Modulation): 8 ángulos de modulación de fase y 2 amplitudes de señal, que proporciona 16 combinaciones que expresan 4 bits por baudio.

• Conversión de datos analógicos en señales analógicas: Parece no tener mucho sentido pero se usa, cuando se necesita convertir señales analógicas en banda base (cable) para enviarlas por medios no guiados usando antenas de tamaño reducido, o cuando se desea utilizar multiplexado por división en el tiempo para conseguir transmitir mayor cantidad de información. Existen varios sistemas aunque no se describen por utilizarse sobre todo en transmisión de radio y no de datos. Modulación en amplitud (AM), Modulación en frecuencia (FM), Modulación en fase (PM). (Figura 2-17).

• Conversión de datos digitales en señales digitales: En una transmisión digital, el receptor debe conocer cuando empieza y cuando termina cada bit, además de los niveles de tensión de un "1" y un "0". También hay que tener en cuenta que se pueden producir errores por la continuidad de la señal. (Figura 2-18).

• No retorno a cero (NRZ): Se base en que el nivel de voltaje es constante durante un intervalo de bit, no hay transición. Hay 3 codificaciones: NRZ-L, la señal cambia de nivel, según el bit sea 1 o 0. Las otras dos codificaciones son de tipo diferencial, es decir, la codificación en un intervalo depende del valor de la señal en el intervalo anterior, en NRZ-M la señal se codifica variando el nivel de voltaje cada vez que aparece un 1 y NRZ-S es justo lo contrario, cuando aparece un 0.

• Ventajas: Resulta más fiable detectar una transición cuando existe ruido. No importa invertir las polaridades accidentalmente ya que los niveles de voltaje carecen de significado, solo importan las transiciones. Son fáciles de implementar y hacen buen uso de ancho de banda.

• Inconvenientes: Exceso de componente de continua y problemas de sincronización porque cadenas muy largas de 0 o 1 producen salidas continuas en la línea.

• Retorno a cero (RZ): Los unos se indican mediante un pulso, que dura la mitad del intervalo de bit, los ceros se codifican como niveles bajos. No presenta mejoras frente al NRZ, y necesita un ancho de banda mayor (el nº de transiciones por unidad de tiempo es mayor). Tiene los inconvenientes de componente en continua y falta de sincronización. Se utiliza poco.


2-11

• Bifase: Hay varios tipos. Superan los inconvenientes de NRZ y RZ. Bifase-L (Manchester): codifica los unos mediante un impulso al principio del intervalo, y los ceros como un impulso al final de intervalo, usado en Ethernet. Bifase-M: codifica los unos como un impulso que se produce, al principio del intervalo, si el intervalo anterior termina con un nivel bajo, o al final, si el intervalo anterior termina con un valor alto; lo ceros se codifican invirtiendo el nivel con que terminó el intervalo anterior. Bifase-S: Igual que la Bifase-M pero cambiando los ceros por unos y viceversa. Manchester diferencial: codifica los unos con un impulso al principio del intervalo, si el anterior acabó en alto, y al final, si el anterior acabó con nivel bajo (invierte); los ceros se codifican con un impulso de nivel contrario al que existía en el intervalo anterior (copia), usado en Token Ring.

• Ventajas: La sincronización con el receptor es perfecta (una transición en cada intervalo). No tienen componente de continua. Puede detectar errores por ausencia de transiciones esperadas. Se usa mucho, sobre todo Manchester, en transmisiones por fibra óptica y en LAN

• Inconvenientes: Velocidad máxima de modulación es el doble la del NRZ, necesitando un ancho de banda mayor.

• Modulación de retardo (codificación de Miller): Se realiza teniendo en cuenta que no puede haber más de una transición por intervalo, ni menos de una por cada dos intervalos. Tiene capacidad de sincronización, y requiere menor velocidad de modulación y menor ancho de banda que Bifase.

• Bipolar: Utiliza más de dos voltajes para su representación. Los ceros se codifican con 0 voltios, y los unos sucesivos se codifican como pulsos de signo opuesto. Tiene cierta capacidad de detección de errores, pero no tiene capacidad de sincronización.

• 4B/5B: Un sistema en el que se utilizan 5 bits para representar 4 con mayor fiabilidad y dejando la posibilidad de usar el resto de las codificaciones que no son datos para control.

• Conversión de datos analógicos en datos digitales (digitalización): El dispositivo encargado se suele llamar CODEC. Existen dos técnicas:

• Modulación por impulsos codificados (PCM): Basado en el Teorema del muestreo2. Si la señal original está limitada a un ancho de banda B, las muestras las tomamos a una velocidad 2B, una muestra cada 1/2B segundos, de una anchura proporcional al valor de la señal original. (Figura 2-19).

• Modulación delta (DM): Los datos analógicos se aproximan mediante una función escalonada que sube o baja un nivel de redondeo (cantidad constante) en cada intervalo de muestreo, así la salida del proceso es un dígito binario por cada muestra. Existe dos parámetros de la señal digital que pueden ser variados, altura del escalón δ, y la velocidad de muestreo Ts. Deben elegirse para equilibrar errores. (Figura 2-21).

2 Si una señal f(t) se muestrea a intervalos regulares de tiempo y a una velocidad dos veces más alta que la frecuencia fundamental, las muestras obtenidas contienen todas la información de la señal original. La función f(t) se puede reconstruir a partir de las muestras usando un filtro paso-bajo.


2-12


2-13


2-14

2.6.

QAM (Quadrature Amplitude Modulation): Mezcla

de ASK y PSK con 2 amplitudes y 8 fases.


2-15

Modos de transmisión Cuando dos fuentes están unidas por un medio de transmisión, se requiere un alto grado de cooperación. En la transmisión serie las señales se envían de una en una, por lo que la temporización (velocidad, duración y espaciamiento) debe ser la misma para emisor y receptor.

Transmisión Asíncrona

También llamada transmisión de comienzo y parada. Se envían pequeños bloques de bits y se sincroniza al principio de cada bloque. Este tipo de transmisión está orientada a caracteres de tamaño entre 5 y 8 bits. (Figura 2-22a).

• Cuando no se transmite información, la línea se encuentra en estado ocioso (suele ser 1).

• El comienzo de un carácter se marca con un bit de arranque (suele ser 0)

• Seguido del carácter (de 5 a 8 bits)

• En algunos casos, a continuación, un bit de paridad (lo pone el emisor y lo comprueba el receptor).

• Por último, el bit de parada (suele ser 1), tiene una duración mínima de 1, 1.5 o 2 veces la duración de un bit.

• Como el bit de parada y el de ocioso son iguales, el emisor continuará transmitiendo bits de parada hasta que esté preparado para enviar un nuevo carácter. (Figura 2-22b)

• La exigencia de temporización no es elevada el octavo bit de información puede estar desplazado hasta un 45% de su posición teórica sin causar error. Esto puede suceder cuando hay diferencias de un 5% de velocidad entre el emisor y e receptor (Figura 22-2.c). Cuando hay demasiada diferencia se produce un framing error.

• Este tipo de comunicación es simple, pero requiere un aumento de dos o tres bits de control por carácter (entre 20% y 30% de sobrecarga ). Esta sobrecarga se puede reducir enviando grandes bloques de bits entre cada arranque/parada, pero cuanto mayor es el tamaño del bloque, mayor es la probabilidad de error y empieza a interesar una transmisión síncrona.

Transmisión Síncrona

Los bloques de caracteres o bits se transmiten sin códigos de arranque/parada. Para conseguir la transmisión homogénea, los bloques deben sincronizarse de algún modo. Un modo consiste en poner una señal de reloj sincronizada entre emisor y receptor. Otro modo consiste en que la información de sincronización se incluya en los datos; cada bloque comienza y acaba con un patrón de bits. Los datos más la información de control se conoce como Trama (frame). La forma de la trama depende de si la transmisión está orientada a bits o a caracteres.

• Transmisión orientada a carácter:

• El bloque de datos se trata como una secuencia de caracteres de 8 bits.

• Toda la información de control está en forma de caracteres.

• La trama comienza con uno o más caracteres de sincronización (SYN) consistente en un patrón de bits que señala al receptor el comienzo de un bloque.

• Suele añadirse a continuación, como parte de la información de control, la longitud de la trama para saber cuantos bits quedan por recibir.

• Transmisión orientada a bits:

• El bloque de datos se trata como una secuencia de bits.

• Ni la información de datos ni la de control necesita ser interpretada en unidades (caracteres).

• También se necesita un patrón de 8 bits para marcar el comienzo del bloque llamado Flag. Sirve como patrón inicial y final porque los bits no tienen significado y no se puede guardar datos como la longitud.

• Para grandes bloques de datos, la transmisión síncrona es más eficiente porque la asíncrona necesita un 20% o más de aumento del número de bits a transmitir, mientras que en la síncrona la información de control suele ser menos de 100 bits.

• Por ejemplo en uno de los protocolos orientados a bits mas conocido HDLC, los bloques contienen 48 bits de control por lo que para un mensaje de 1000 bits supone menos de un aumento del 5%.


2-16

2.7. Multiplexación Es necesaria cuando se trata de transmitir simultáneamente por una misma línea un conjunto de señales. La línea debe ser capaz de llevar n canales de datos a la vez y sin interferencias.

Multiplexación por división en frecuencia (FDM).

• Se usa cuando el ancho de banda del medio es mayor que la suma de los anchos de banda de los posibles canales.

• Se podrá transportar un determinado nº de señales simultáneamente si cada señal se modula con una frecuencia portadora distinta, y éstas están lo suficientemente separadas como para que los anchos de banda de los canales no se solapen (no haya interferencias).

• La señal compuesta transmitida es analógica aunque las señales de entrada de los canales sean analógicas o digitales.

• En un cable coaxial de televisión (500 MHz) cada canal de televisión ocupa a lo sumo un ancho de banda de 6 MHz. Sumando dos bandas de guarda (porciones del espectro de frecuencias no usadas una a cada lado) de 0.75 MHz, por un cable de antena de televisión se pueden recibir más de 60 canales multiplexados. (Figura 2-25)

• Existen varios estandares de la CCITT3 donde se normaliza el número de canales, las bandas de guarda, la frecuencia, en número de señales, etc.

• En el emisor cada señal se modula con una frecuencia portadora diferente y se traslada en el espectro de frecuencias para que no se solapen. Se unen todas las señales para formar una señal compuesta que a su vez también se traslada a otra frecuencia portadora. En el receptor la señal pasa a través de n filtros paso-banda centrados en cada una de las distintas frecuencias para dividirla en componentes que se demodulan para obtener la señal original. Pueden surgir problemas de crosstalk (cuando espectros adyacentes se solapan) o ruido de intermodulación (se producen en lineas largas por los efectos no lineales de la amplificación que pueden producir múltiples componentes de otras frecuencias, distorsionando los canales que coinciden con dichas frecuencias).

Multiplexación por división en longitud de onda (WDM).

• Es la misma idea que FDM pero para canales de fibra óptica.

• Un canal en una fibra no puede tener un ancho mayor de unos pocos GHz (porque la velocidad máxima al convertir señales ópticas a eléctricas es limitada). Una buena solución para usar el ancho de banda potencial de 25.000 GHz de una fibra consiste en introducir varias señales multiplexadas por ella. Pudiendo aprovechar la velocidad y distancia de las fibras monomodo con la posibilidad de múltiples canales de la multiplexación.

• Los canales entrantes deben tener frecuencias de onda distintas y combinarse en un prisma a la entrada y descombinarse a la salida donde puede haber múltiples fibras o par trenzado.

• Es posible construir sistemas WDM conmutados que permita que un dispositivo con múltiples líneas de entrada y de salida se conecten entre sí dinámicamente, no siempre la misma de entrada con la misma de salida.

Multiplexación de división de tiempo (TDM).

• TDM Síncrona (STM):

• El problema de FDM es que hay que usar circuitería analógica, no lo puede hacer un ordenador. TDM se puede

3 CCITT: Comité Consultatif International de Telegraphie et Telephonie. (Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía) Esta organización forma parte de la Unión Internacional de Telecomunicaciones de las Naciones Unidas (ITU) y se encarga de elaborar recomendaciones técnicas sobre sistemas telefónicos y de comunicación de datos. La CCITT realiza cada cuatro años sesiones plenarias en las que se adoptan nuevos estándares. En 1995 la ITU fue reorganizada y CCITT pasó a ser llamada ITU-TSS" (International Telecommunications Union - Telecommunications Standards Sector).


2-17

controlar con electrónica digital por lo que se ha extendido su uso. Aunque solo se puede usar con datos digitales.

• Se intercalan porciones de cada señal en el tiempo a nivel de bits o de bloques.

• Cada línea de entrada y de salida tienen un buffer donde se guardan temporalmente los datos. Cada buffer tiene una longitud de una unidad (1 bit o 1 carácter). Los buffers se examinan secuencialmente para formar la cadena de datos digitales que forman la señal compuesta. La operación de examinar los buffers debe ser lo suficientemente rápida como para que cada buffer sea vaciado antes de que llegue el siguiente dato. Por tanto, la velocidad de transmisión de la multiplexación debe ser al menos la suma de la velocidad de cada una de las señales de entrada. La señal digital puede transmitirse o ser pasada a través de un módem para transmitirla como analógica

• Los datos multiplexados están organizados en tramas y cada trama está compuesta por slots. En cada trama uno o más slots están dedicados a cada buffer de datos. La secuencia de slots dedicados a una fuente en todas las tramas, se denomina canal. La longitud de cada slot es igual a la longitud del buffer del emisor.

• En el receptor los datos se reciben intercalados por lo que deben ser demultiplexados y dirigirse al buffer apropiado puesto que cada fuente de entrada tiene una fuente de salida que recibirá los datos a la misma velocidad y orden que se generaron.

• Esta transmisión se denomina síncrona porque los slots preasignados a las fuentes permanecen constantes aunque la fuente no vaya a transmitir. Con ello se pierde capacidad a costa de una mayor simplicidad de implementación.

• TDM Estadística:

• Permite la asignación dinámica de los slots según se demandan.

• También tiene una serie de líneas de entrada/salida con buffer asociado a cada una.

• Habrá n líneas pero k slots (k<n) estarán disponibles en la rama TDM.

• El multiplexor examina los buffers de entrada, coleccionando datos hasta que se construye una trama y se envía. En la salida, el demultiplexor recibe una trama y distribuye los slots de datos a los buffers de salida apropiados. Esto se puede hacer porque en cada slot se añade información sobre la dirección de la fuente.

• Las tramas deben enviarse usando un protocolo síncrono como HDLC junto con los mínimos bits de control para el proceso de la multiplexación.

• La velocidad de la línea multiplexada es menor que la suma de las velocidades de todas las líneas. Por tanto menor que la TDM síncrona aunque necesita menos recursos.

• Para una misma línea, el mux estadístico puede dar servicio a más dispositivos.

Aplicaciones:

• La TDM estadística puede usarse como protocolo para enlazar una serie de terminales contra el servidor central mediante un puerto compartido. Los terminales pueden estar largos intervalos de tiempo sin transmitir por lo que debería dimensionar el ancho de banda del enlace como la suma de todos los terminales enviando datos a la vez, para soportar una carga máxima. Con la TDM estadística se necesita menos ancho de banda y se mejora el rendimiento.

• La TDM síncrona es el mecanismo por el que un acceso básico RDSI de 2 canales B de 64 Kb más 1 canal D de 16 Kb (total 144 Kb) permite navegar por Internet y mantener una conversación a la vez por una interfaz de 192 Kb. La capacidad restante (48 Kb) se usa para cuestiones de delimitación y sincronización.

• En RDSI cada segmento de trama multiplexada tiene 48 bits (16 bits de cada canal B y 4 bits del canal D). El resto de bits son de delimitación de trama, de compensación de componente en continua, etc. Estas tramas se envían a razón de una cada 250 µseg (4000 tramas por segundo).

• En el acceso primario de la RDSI podemos tener 6 (H0=384 Kbps), 24 (H11=1536 Kbps)o 30 (H12=1920 Kbps)canales B de 64 Kb más un canal D de 64 Kb dando un total de 2048 Kb. Las tramas de 256 bits, se envía cada 125 µseg (8000 tramas por segundo)

• La TDM es el mecanismo que usa las líneas telefónicas actuales para transmitir entre nodos intermedios mediante líneas T1 (también llamado DS1) y T3.

• T1 multiplexa 23 canales de voz + 1 de control de señal de 64Kb cada uno. Cada canal se llama DS0. La señal de los 24 canales se llama DS1. Existe toda una jerarquía de señalización T1


2-18

DS Nº de canales de 64Kb Ancho de banda USA Ancho de banda Europa

0 1 64 KBps 64 KBps 1 24 1.544 KBps

1B 30 2.048 KBps 1C 48 3.152 KBps

2 96 6.312 KBps 2B 120 8.450 KBps

3 480 32.060 KBps 34.640 KBps 3B 672 44.736 KBps 3C 1344 91.053 KBps 3D 1440 97.730 KBps 4A 1920 139.260 KBps 4B 4032 274.176 KBps 4C 5760 397.200 KBps

5 7680 565.150 KBps

• Se muestrea cada 125 µs porque cada línea telefónica a multiplexar tiene 3000 Hz mas dos bandas de guarda de 500 Hz suman 4000 Hz por lo que deben muestrearse a una velocidad de 8000 muestras por segundo (por el teorema de Nyquist), es decir una cada 125 µs. Este sistema se llama en el mundo telefónico PCM.

• Un solo codec muestrea cada canal sucesivamente; cada uno produce 7 bits de datos y 1 bit de control por muestra. Por tanto hay 7×8000 = 56.000 bps de datos por canal, y 8000 bps de control.

• Cada marco de T1 tiene 24×8 = 192 bits, más un bit para control de marcos = 193 bits cada 125 µs, que da un total de 1,544 Mbps.

• El bit 193 alterna entre 0 y 1. El receptor lo usa para sincronización.

• Aunque no es lo suficientemente rápida para soportar vídeo con movimiento a pantalla completa en tiempo real, es la más usada para conectar redes de empresa a Internet.

• Una T2 (6,312 Mbps) consiste en 4 canales T1 multiplexados, una T3 (44,736 Mbps) consta de 6 T2, y una T4 (274,176 Mbps) de 7 T3.

• En Europa estas pasos son de cuatro en cuatro, es decir, 32 (2.048 Mbps), 128 (8.848 Mbps), 512 (34.304 Mbps), 2048 (139.264 Mbps) y 8192 (565.148 Mbps)

• T1 es fiable, fácil de manejar e instalar, relativamente barato y muy conocido en la industria. Soporta una gran variedad de anchos de banda y pueden trasportar señales de distinta naturaleza. Suele ser el usado sobre bajo Frae Relay desde 384 Kbps hasta 1.544 Kbps.

• El tráfico en Frame Relay suele ser a ráfagas (la mayoría del tiempo se transmiten pocos datos). La estrategia se basa en que en muy pocas ocasiones dos o mas conexiones enviarán una ráfaga de tráfico al mismo tiempo y en que, cuando alguna de las conexiones lo haga, existirá suficiente capacidad de almacenamiento intermedio en el manejador FR para mantenerlas hasta que el ancho de banda esté libre.

• SONET (Synchronous Optical Network) usa un sistema de TDM para la fibra. El marco enviado cada 125 microseg tiene 810 bytes, lo que implica 51,84 Mbps.

2.8. Conmutación. Dentro del sistema de comunicaciones de una WAN, se pueden establecer dos áreas, dentro de la red local y fuera de ella (entre redes). La conmutación es un mecanismo de comunicación que se utiliza ampliamente en la segunda área.

Conmutación de Circuitos.

• Se usa cuando se necesita una línea de comunicación dedicada entre extremos.

• Esta línea es una secuencia de conexiones entre nodos de conmutación.

• Consiste en 3 fases: se establece una conexión, se comunican datos, y se libera la conexión.

• Utilizado en la red telefónica.

• Se reserva por anticipado el ancho de banda necesario antes de saber cuanto se necesita incluso si varía.


2-19

• Es ineficiente para transmitir datos porque toda la capacidad del canal está dedicada a la conexión se esté o no enviando datos.

• Los nodos intermedios deben tener inteligencia para poder trazar conexiones entre nodos y restablecerlas en situaciones críticas.

• Para calcular la carga se mide la distancia entre extremos y el tiempo que tarda en llegar los datos.

Conmutación de Paquetes.

• Consiste en transmitir unidades lógicas llamadas paquetes con un límite máximo de tamaño de bloque para que puedan almacenarse en un espacio de memoria fijo.

• No es necesario establecer una comunicación dedicada entre dos estaciones.

• Cuando una estación desea enviar un mensaje, lo divide en paquetes a los que le coloca la dirección de destino del mensaje, los paquetes pasan a través de la red, entre nodos. Cada nodo recoge cada paquete conforme le llega, lo almacena, lo examina, y lo transmite al siguiente nodo. Estos nodos deben tener capacidad suficiente para almacenar los mensajes. Es necesario un tiempo para recibir todos los bits, que entran en una cola de espera para su transmisión al siguiente nodo (algunas variaciones no necesitan recibir todo el paquete).

• Se garantiza que ningún usuario pueda monopolizar una línea más de unas décimas de milisegundo.

• El primer paquete de un mensaje (compuesto por varios paquetes) puede reexpedirse antes de que el segundo haya llegado, por lo que se reduce el retardo y se mejora el rendimiento.

• Las redes de ordenadores suelen ser de paquetes, ocasionalmente de circuitos.

• Usa el ancho de banda conforme lo necesita.

• La eficiencia de la línea es mayor.

• No se rechaza ningún mensaje por cuestiones de tráfico, en todo caso se retrasa.

• No importa la diferencia de velocidad entre emisor y receptor.

• Para calcular la carga se mide la capacidad de transmitir bits y el tiempo que tardan en llegar (tráfico).

• No soporta tráfico de información en tiempo real debido a los retardos que introduce cada nodo.

Conmutación de Circuito de Paquete Ruta dedicada (de "cobre") Sí No Ancho de banda disponible Fijo Dinámico Posibilidad de malgastar ancho de banda Sí No Transmisión store-and-forward (recibir el mensaje antes de enviarlo) No Sí Cada paquete toma la misma ruta Sí No Establecimiento de llamada Necesario No necesario Cuando puede haber congestión En inicialización Con cada paquete Cobrar Por minuto Por paquete

• Existe la simulación de conmutación de circuitos sobre redes conmutadas por paquetes. Su nombre es circuito virtual. Trata de tener las ventajas de los dos sistemas.

Conmutación de Celdas.

• Si a los paquetes les obligamos a que tengan un tamaño fijo (siempre el mismo) y además que sea pequeño estamos hablando de conmutación de celdas.

• ATM es el principal protocolo que usa en su nivel físico este tipo de conmutación.

• El objetivo es poder saber exactamente cada cuantos bytes debo conmutar ya que al ser de tamaño fijo no hay que hacer comprobaciones de inicio y fin de mensaje. Además al ser de tamaño muy pequeño (ej. 53 bytes) podemos tener una velocidad de conmutación elevada.


2-20

2.9. Tecnologías WAN

El sistema telefónico • En general hay que usarlo para redes más grandes que una LAN. Es mucho más lento que una comunicación

directa entre dos ordenadores.

• Hay una jerarquía de oficinas de conmutación generalmente digital entre oficinas y analógica con los extremos. (Figura 2-37 [TANE])

• La tendencia es hacia la señalización digital por sus ventajas:

• Es más fácil la regeneración de la señal, necesaria por la atenuación a distancias largas. Se puede saber hasta donde puede llegar sin perdida apreciable. Se regenera exactamente igual que el original (en la analógica las perdidas son acumulativas y al amplificarlas también se amplifican los errores).

• Se pueden mandar a la vez voz y datos.

• Transmisiones mucho más rápidas y ocupando menor ancho de banda.

• Los amplificadores son más baratos porque solamente tienen que distinguir entre dos niveles de tensión.

• El mantenimiento es más fácil; es fácil detectar errores y se producen menos.

Lazos locales

• Si son analógicos (RTC): Los computadores tienen que usar un módem para convertir una señal digital en analógica y viceversa. Si son digitales (RDSI): Los computadores tienen una interface con la línea encargada de la adaptación de la señal digital-digital.

• La transmisión puede sufrir tres tipos de problemas: Atenuación. Distorsión por retardo y Ruido (térmico, cross talk, y picos de tensión).

• Debido a estos problemas no es deseable tener un gran rango de frecuencias en la señal porque a mayor frecuencia, mayor retardo, mayor crosstalk, mayor atenuación, etc en un medio de banda base. Los módems transmiten una portadora de onda sinuosidal y modulan la amplitud, la frecuencia, o la fase.

• Otro problema es el Eco. Sucede cuando se refleja una parte de la señal en sentido contrario. Una solución para la voz es un supresor de eco, que cambia la línea de full-duplex a half-duplex y cambia el sentido de transmisión rápidamente. Un tono de 2100 Hz puede desactivar los supresores (un ejemplo de la señalización en banda). Otra alternativa es un cancelador de eco, que permite la transmisión full-duplex y atenúa el eco de la señal.

• Al largo plazo hay que convertir los lazos locales a fibra, pero es muy caro. Actualmente se está instalando la fibra en las calles hasta las centralitas y se continua usando el par trenzado para la conexión al domicilio.

Los troncales

• El costo de instalar y mantener una línea troncal es casi lo mismo para una línea de ancho de banda bajo como para una línea de ancho de banda alto. Por lo tanto las compañías de teléfonos multiplexan varias llamadas en una sola línea de ancho de banda alto, actualmente de fibra óptica.

• Utilizan sistemas de conmutación de circuitos para conectas las oficinas finales, de cargo, primarias y de sección. Existen distintos métodos:

• Conmutadores de matriz (crossbar). Tiene N entradas, N salidas, y N2 intersecciones. Problema: la escalabilidad. Si N=1000, tenemos del orden de 500.000 intersecciones (la mitad diagonal).

• Conmutadores de división de espacio. Consisten en tres (o más) etapas de conmutadores crossbar. (Figura 2-39 [TANE])

o En la primera etapa hay N/n crossbars con n entradas y k salidas cada uno. En la segunda hay k crossbars de N/n × N/n. La tercera etapa es el revés de la primera.

o El número de intersecciones es 2kN + k(N/n)2 . Si N=1000, n=50, y k=10, hay solamente 24.000

(muchas menos que con matriz). Sin embargo permite solamente 200 conexiones simultáneas.

o Con valores de k mayores hay menor probabilidad de bloqueo, pero el costo del conmutador aumenta.

• Conmutadores de división de tiempo. Sirve para señales digitales es el método utilizado actualmente. La operación se divide en etapas:


2-21

o Se examinan los n canales de entrada sucesivamente para construir un marco de con n entradas de k bits. (En una línea T1 k=8 y se procesan 8000 marcos por segundo.)

o El intercambiador de ranuras de tiempo acepta los marcos de entrada. Ubica las entradas en orden en una tabla en RAM y entonces las sitúa en un marco de salida usando la tabla de transformación.

o Se mandan los contenidos del marco de salida a los canales de salida.

o La limitación de estos conmutadores es el tiempo de retardo que añade cada conmutador.

Señalización

• En las redes de circuitos conmutados, las señales de control constituyen el medio para gestionar la red. En general intercambiar información:

o Entre el abonado y los conmutadores de la red: Son señales simples que dependen del las características del dispositivo conectado. Las hay internas al sistema e identificables por el usuario.

o Entre conmutadores: Este tipo de señales gestionan las llamadas del abonado y la propia red. Es un protocolo mucho más complejo con ordenes, respuestas, y parámetros. Suelen ser internas.

• Se pueden clasificar en:

o Señales de supervisión: Se encargan de informar sobre la disponibilidad del abonado destino y de los recursos necesarios en la red para reservarlos. También sirven para informar del estado de los recursos solicitados. Son señales internas del sistema.

o Señales de direccionamiento: Identifican al abonado. Cuando se marca el número se genera una señal con la información del nº de teléfono llamado que se encamina por la red hasta localizar y hacer que suene el teléfono del destinatario.

o Señales de información sobre la llamada: Son las que indican al abonado el estado de la llamada. Son todos audibles (o mensajes sonoros) por el abonado de origen. Todas las anteriores tienen que ver con establecimiento y finalización de la llamada.

o Señales de gestión de red: Se usan para el mantenimiento, detección de problemas, y para el funcionamiento general de la red. Son mensajes con información (ej: tablas de encaminamiento).

La central local de conmutación actúa de traductor entre las señales sencillas de abonado y las complejas del sistema de conmutación. Las señales viajan a través de:

• Intercanal: El mismo canal se usa para transportar las señales de control y la voz o datos. Comienza en el abonado origen y sigue el mismo camino que la llamada. Tiene la ventaja de no necesitar recursos adicionales. Hay dos formas:

o En la misma banda: Utiliza además del mismo camino físico, la misma banda de frecuencias que las señales de voz. Tiene la ventaja de que pueden llegar a cualquier lugar donde lo haga la señal de voz incluyendo lugares donde se haga conversión digital/analógico. Es imposible hacer una llamada en una ruta que tenga fallos para la voz por seguir el mismo camino.

o Fuera de banda: Aprovecha las zonas de los 4Khz de ancho de banda que no utiliza la voz. La ventaja es que se puede enviar señales de control a la vez que voz, pero se necesita circuitería adicional para demultiplexar voz y control, además limita la transmisión de datos al estrechar el ancho de banda efectivo y la banda de señales también es escasa.

• Por canal común: Las redes actuales debido a su complejidad (RDSI) necesitan un canal propio para las señales de control. Puede haber un solo canal de control para varios canales de información. Al poder transportar más datos, el protocolo de señalización y la arquitectura de red son más complejas y más caro. El tiempo de establecimiento de llamada es mucho más corto. Existen dos modos:

o Modo asociado: El canal común sigue los pasos por toda la trayectoria junto a las líneas que controla pero conectadas a un procesador de señales de control.

o Modo no asociado: Es más complejo pero más potente. Se incorporan nodos adicionales a la red (puntos de transferencia de señal). No hay una correspondencia entre canales de control y de información (dos redes separadas). La gestión de red es más potente debido a la flexibilidad que conlleva el que toda la información de control se pueda encaminar a centros de control de segmentos de red que procesan todas las solicitudes y gestiona en tráfico con una visión más global de estado de la red.


2-22

ADSL

• Es una técnica de modulación para la transmisión de datos a gran velocidad sobre el par de cobre. La primera diferencia entre esta técnica de modulación y las usadas por los módems en banda vocal (V.32 a V.90) es que éstos últimos sólo transmiten en la banda de frecuencias usada en telefonía (300 Hz a 3.400 Hz), mientras que los módems ADSL operan en un margen de frecuencias mucho más amplio que va desde los 24 KHz hasta los 1.104 KHz, aproximadamente (lo permiten las tiradas de cable actual).

• Los espectros nunca se solapan con la banda reservada para el servicio telefónico básico (POTS o "Plain Old Telephone Service"), en cambio sí que se solapan con los correspondientes al acceso básico RDSI. Por ello el ADSL y el acceso básico RDSI son incompatibles.

• Otra diferencia entre ADSL y otros módems es que ADSL puede coexistir en un mismo bucle de abonado con el servicio telefónico (usan distinto intervalo de frecuencias), cosa que no es posible con un módem convencional.

• Como se transmiten diferentes caudales en los sentidos Usuario -> Red y Red -> Usuario, el módem ADSL situado en el extremo del usuario es distinto del ubicado al otro lado del bucle, en la central local.

• Se utiliza la técnica de modulación llamada DMT ("Discrete MultiTone"). Consiste en el empleo de múltiples portadoras y no sólo una, como en los módems de banda vocal. Cada una de estas subportadoras es modulada en cuadratura (QAM) por una parte del flujo total de datos que se van a transmitir. Estas subportadoras están separadas entre sí 4,3125 KHz, y el ancho de banda que ocupa cada subportadora modulada es de 4 KHz. El reparto del flujo de datos entre subportadoras se hace en función de la estimación de la relación Señal/Ruido en la banda asignada a cada una de ellas. Cuanto mayor es esta relación, tanto mayor es el caudal que puede transmitir por una subportadora. Esta estimación de la relación S/R se hace al comienzo, cuando se establece el enlace entre el ATU-R y el ATU-C, por medio de una secuencia de entrenamiento predefinida. La técnica de modulación usada es la misma tanto en el ATU-R como en el ATU-C. La única diferencia estriba en que el ATU-C dispone de hasta 256 subportadoras, mientras que el ATU-R sólo puede disponer como máximo de 32. La modulación parece y realmente es bastante complicada, pero el algoritmo de modulación se traduce en una IFFT (transformada rápida de Fourier inversa) en el modulador, y en una FFT (transformada rápida de Fourier) en el demodulador situado al otro lado del bucle.

• En un par de cobre la atenuación por unidad de longitud aumenta a medida que se incrementa la frecuencia de las señales transmitidas. Y cuanto mayor es la longitud del bucle, tanto mayor es la atenuación total que sufren las señales transmitidas. Ambas cosas explican que el caudal máximo que se puede conseguir mediante los módems ADSL varíe en función de la longitud del bucle de abonado.

• En el lado de la central se instalan DSLAM ("Digital Subscriber Line Access Multiplexer"): un chasis que agrupa gran número de tarjetas, cada una de las cuales consta de varios módems ATU-C, y que además concentra el tráfico de todos los enlaces ADSL hacia una red WAN.

• Estas son las ventajas del acceso ADSL:

• Permite el intercambio de información en formato digital a gran velocidad entre un usuario y la central local a la que se conecta mediante un par de cobre.

• Este ancho de banda está disponible de forma permanente.

• Se aprovecha una infraestructura ya desplegada, por lo que los tiempos de implantación de los servicios sobre la nueva modalidad de acceso se acortan.

• El acceso es sobre un medio no compartido, y por tanto intrínsecamente seguro.

• En los estándares sobre el ADSL, desde el primer momento se ha contemplado la posibilidad de transmitir la información sobre el enlace ADSL mediante células ATM.

• Si en una conexión ADSL se usa ATM como protocolo de enlace, se pueden definir varios circuitos virtuales permanentes (CVPs) ATM sobre el enlace ADSL entre el ATU-R y el ATU-C. De este modo, sobre un enlace físico se pueden definir múltiples conexiones lógicas cada una de ellas dedicadas a un servicio diferente.

• Otra ventaja del uso de ATM sobre ADSL es el hecho de que ATM contempla diferentes capacidades de transferencia con distintos parámetros de calidad de servicio (caudal de pico, caudal medio, tamaño de ráfagas de células a velocidad de pico y retardo entre células consecutivas) para cada circuito. Así, además de definir múltiples circuitos sobre un enlace ADSL, se puede dar un tratamiento diferenciado a cada una de estas conexiones, lo que a su vez permite dedicar el circuito con los parámetros de calidad más adecuados a un determinado servicio (voz, vídeo o datos).


2-23

• En los módems ADSL se pueden definir dos canales: el canal "fast" y el "interleaved". El primero agrupa los CVPs ATM dedicados a aplicaciones que pueden ser sensibles al retardo, como puede ser la transmisión de voz. El canal "interleaved" (usa técnicas de entrelazado para evitar pérdidas de información por interferencias), agrupa los CVPs ATM asignados a aplicaciones que no son sensibles a retardos, como puede ser la transmisión de datos.

• A nivel de enlace, algunos fabricantes de ADSL han planteado otras alternativas al ATM, como PPP sobre ADSL y frame-relay sobre ADSL, pero finalmente no han tenido mucho aplicación.

• El DSLAM pasa a ser un conmutador ATM con múltiples interfaces, una de ellas sobre STM-1, STM-4 ó E3, y el resto ADSL-DMT, y el núcleo del DSLAM es una matriz de conmutación ATM sin bloqueo.

• La solución final implantada pasa por el envío de células ATM sobre el enlace ADSL (entre el ATU-R y el ATU-C situado en el DSLAM). Por lo tanto, solo son validos los modelos 5 y 6 de los propuestos por el ADSL Fórum.

RDSI de banda estrecha (Narrowband ISDN)

• ISDN (Integrated Services Digital Network) es un servicio inventado en 1984 por las compañías de teléfonos para proveer una conexión digital directamente al cliente. Usa conmutación de circuito y multiplexación por división en el tiempo.

• Funciona sobre las líneas telefónicas convencionales (el par de cobre que soporta actualmente la RTB). La RDSI se encuentra integrada en la red telefónica convencional, de tal forma que soporta de forma nativa el establecimiento de llamadas hacia/desde cualquier abonado que disponga de RTB.

• Acceso básico (BRI): Provee al usuario de 2 canales de comunicación digital de 64Kbps4 (canales B) y uno de control de 16Kbits/s (canal D con el protocolo de control DSS1 Europeo) para un total de 144 kbps.

• Acceso primario (PRI): Provee al usuario de 30 (en EEUU son 23) canales B más un canal D de 64 kbps para un total de 1984 kbps.. Es posible conectar múltiples PRI con un canal D de 64kbps.

• Los canales H es la denominación de múltiples canales B agregados. Pudiendo darse:

• H0=384 kbps (6 canales B)



• H12=1920 kbps (30 canales B) – solo en E1 Internacional

• Las comunicaciones tradicionales también mejoran: Aumenta la calidad de voz, podremos conectar un fax del grupo 4, más rápido y de mayor calidad, siempre que en el otro extremo exista un equipo similar.

• Los servicios más comunes que se pueden dar con RDSI:

• Línea no dedicada: Conexión/desconexión automática según demanda, tarda menos de 4 seg en establecerse.

• Extranet: Conexión de distintas intranets en una red privada virtual.

• Acceso a Internet desde una LAN: Una sola línea para decenas de puestos

• Videoconferencia: La alta velocidad de los nuevos algoritmos de compresión con perdidas lo permiten

• Acceso remoto a una LAN: Teletrabajo, RAS, etc.

• Se puede programar mediante: WAN Miniport (Microsoft), Librerías CAPI 2.0, puerto COM (emulación Módem)

RDSI de banda ancha (Broadband ISDN)

• RDSI de banda ancha provee un circuito virtual digital para transferir paquetes de tamaños fijos (celdas) con una velocidad de 155 Mbps. Está basado en ATM (Asynchronous Transfer Mode), que es una tecnología de conmutación de paquetes. ATM es la única tecnología que permite integración de todo tipo de tráfico de manera dinámica.

• No se pueden usar los conmutadores por división de espacio ni de tiempo con ATM. Tampoco se pueden usar los lazos locales de par trenzado existentes (necesita Cat5 o FO). Son propios de esta tecnología. La conversión a ATM significa muchos cambios.

4 En algunos países, como EEUU, la velocidad es de 56 kbps.


2-24

• RDSI de banda ancha es una combinación de la conmutación de circuito y de paquetes. El servicio es orientado a la conexión pero es implementado con conmutación de paquetes. Hay dos clases de conexiones:

• Circuitos virtuales permanentes (un ancho de banda fijo sin establecimiento de llamada).

• Circuitos virtuales conmutados (como llamadas de teléfono).

• La creación de un circuito en ATM es el proceso de encontrar un camino por la red. Los conmutadores en la ruta guardan entradas en una tabla y reservan recursos necesarios. Cuando un paquete llega en un conmutador, busca a qué circuito virtual pertenece en el encabezamiento del paquete y determina a qué línea debe reenviar el paquete.

• En T1, no hay ningún requerimiento en el orden de las celdas. El orden es aleatorio e incluso se permiten huecos en el flujo.

• Es independiente del medio: par trenzado, coaxial (solo para distancias <100m) o FO (para distancias de Km).

• Justo encima de la capa física está la subcapa dependiente del medio físico (PDM) que toma los bits entrantes de la red y entrega un flujo de bits a la subcapa de convergencia de transmisión (TC), se necesita hardware distinto según el cableado y la velocidad de la línea. El propósito de TC es proveer una interface uniforme con la capa ATM que trabaja con celdas de datos de 53 bytes fijos cuando llega un flujo de bits sin marca de inicio ni fin.

• Las conexiones son punto-a-punto (de conmutador a conmutador), no como en una red con varios receptores y emisores en el mismo cable, y half-duplex (si se quiere full duplex se necesitan dos cables).

• La velocidad principal es 155,52 Mbps con una velocidad adicional 4 veces mayor (622,08 Mbps). Estas velocidades son compatibles con SONET (estándar de marcos USA de enlaces telefónicos por FO). Fuera de SONET, se pueden establecer velocidades superiores e inferiores.

Conmutadores de ATM • Un conmutador ATM tiene varias líneas de entrada y de salida (normalmente las mismas), se pueden encadenar

varios y su funcionamiento es síncrono, es decir, las líneas de entrada son asíncronas, pero el conmutador tiene internamente un reloj que indica los ciclos de conmutación.

• Las celdas de ATM 155 Mbps llegan a razón de unas 360.000 celdas/seg (una celda cada 2,7 µs; con ATM a 622Mbps, cada 700 nanoseg). Un conmutador suele tener de 16 a 1024 líneas a conmutar. Así que tal cantidad de líneas a tanta velocidad implica que las celdas deban ser cortas (53 bytes).

• Requerimientos:

• Se pueden descartar celdas en situaciones extremas pero debe ser muy poco (1 celda de cada 1012).

• Nunca se puede cambiar el orden de las celdas en un circuito virtual.

• ¿Qué pasa cuando dos celdas quieren ir por la misma línea de salida en el mismo ciclo?

• Podemos usar una cola para cada línea de entrada pero una celda retenida retrasa a las que le siguen aunque no vayan a la misma línea de salida y se puedan enrutar.

• Otra posibilidad es una cola para cada línea de salida que resulta más eficiente en la práctica.

• Conmutador de knockout (eliminación). Tiene un bus de multidifusión para cada línea de entrada. La activación de las intersecciones determinan las líneas de salida. Cada línea de salida tiene una cola virtual. Aunque debería haber una cola de salida para cada línea de entrada pero realmente hay menos colas que líneas. Por ello cuando hay un conflicto, un concentrador escoge las celdas a descartar. Esto debe suceder dentro de los márgenes de las especificación (menos de 1 cada 1012) . (Figura 2-48 [TANE]).

• Conmutador de Batcher-banyan. El problema con el conmutador de knockout es que es de tipo crossbar. El Batcher-banyan es un conmutador de etapas múltiples para los paquetes.

X.25

• Usa conmutación de paquetes.

• Define la interface usuario-red y el diseño interno de la red.

• Los paquetes de control de llamadas, usados para el establecimiento y liberación de circuitos virtuales, se transmite por el mismo canal y circuito virtual que los paquetes de datos, usando una señalización en banda.

• La multiplexación de circuitos virtuales tiene lugar en la capa 3.


2-25

• Tanto la capa 2 como la 3 incluyen mecanismos de control de flujo y errores. Por lo que se produce un coste elevado en cuanto a tramas de control.

• En cada nodo intermedio se deben mantener tablas de estado para cada circuito virtual para poder gestionar el mantenimiento de la llamada, y control de flujo y errores.

• Se asumen errores en la comunicación que en las comunicaciones digitales actuales han desaparecido. Por tanto X.25 degrada las posibles prestaciones reales de las redes actuales.

• Un dispositivo llamado X.25 PAD permite conectar elementos que no son X.25 con una red X.25.

Frame Relay

• Es el sucesor de X.25 pero con mayor velocidad de transmisión y comprobación de errores de extremo a extremo, aprovechando más eficazmente los nuevos medios de transmisión digital de baja tasa de error.

• Protocolo de conmutación orientado a paquetes (para sistemas informáticos) con MUX estadística y un mínimo ancho de banda garantizado (CIR) sobre circuitos virtuales permanentes (CVP). Se utiliza principalmente para la interconexión de redes de LAN y WAN sobre redes públicas o privadas.

• El CIR (Committed Information Rate-Caudal comprometido) es la velocidad en BPS a la que la red acuerda transferir información sobre un CVP en condiciones normales. Un puerto FR puede tener varios CVP, cada uno de ellos puede tener asignado su propio CIR.

• El EIR (Excess Information Rate-Caudal en exceso) es la velocidad sostenida de información que excede el CIR. La red la entrega a su destino si hay ancho de banda disponible. EL caudal máximo sería CIR+EIR.

• Mantiene una total transparencia de protocolos a una velocidad elevada. No hay establecimiento de llamada.

• Ofrece un ancho de banda comprendido en el rango de 64 Kbps a 2 Mbps (En EEUU de 56 Kbps y 1.544 Mbps).

• Se asigna una porción del ancho de banda disponible en el enlace a cada conexión de usuario (haya tráfico o no). Es ineficiente para aplicaciones de transmisión de datos de naturaleza esporádica.

• El coste depende de los bps y la distancia a la que se encuentre la central de distribución. Por ejemplo para una distancia de 70 a 300 Km y 64 KBps tenemos 88.000 pts/mes. 2 Mpbs en la misma distancia cuesta 600.000 pts/mes. y 34 MBps sobre 500 Km o mas cuesta 7 Millones de pesetas al mes.

• Conexiones virtuales multiplexadas compartiendo un mismo canal de transmisión (optimiza recursos).

• Al trabajar con conexiones virtuales se pueden implementar topologías en malla (varias conexiones por puerto).

• La mayoría de compañías públicas de telecomunicaciones ofrecen los servicios Frame Relay como una forma de establecer conexiones virtuales de área extensa que ofrezcan unas prestaciones relativamente altas. Suele ser visto como una interfaz de acceso a un servicio.

• Servicio orientado a conexión para la transmisión de datos en tramas de tamaño variable de hasta 8250 bytes.

• Los nodos de la red detectan errores pero no los soluciona. Las tramas con error son descartadas.

• No implementa mecanismos de control de flujo, es función de los usuarios.

• Los nodos de la red avisan de congestión utilizando dos bits FECN y BECN con los que informa si hay congestión .

• Funciones de gestión a través del circuito virtual LMI que informa de estado de los circuitos virtuales.

• Requieren un enrutador (FRAD, Frame Relay Access Device) conectada a una UNI (User-Network Interface) y una línea desde las instalaciones del cliente hasta el puerto de entrada a Frame Relay en la compañía de telecomunicaciones. Esta línea consiste a menudo en una línea digital alquilada como T1.

• Dos posibles métodos de conexión en área extensa:

• Método de red privada: Cada instalación necesita líneas dedicadas (alquiladas) y enrutadores asociados, para conectarse.

• Método de Frame Relay: En este método de red pública, cada instalación requiere una única línea dedicada (alquilada) y un enrutador asociado dentro de la red Frame Relay. Los paquetes recibidos de múltiples usuarios se multiplexan sobre la línea y se envían a través de la red Frame Relay a sus destinos.

• Un circuito virtual permanente (PVC, permanent virtual circuit) consiste en una trayectoria predefinida a través de la red Frame Relay que conecta dos puntos finales. El servicio Frame Relay proporciona PVCs situados donde hayan especificado los clientes, entre los emplazamientos designados. Estos canales permanecen activos


2-26

contínuamente y están garantizados, con objeto de proporcionar un nivel específico de servicio, que se ha negociado con el cliente (CIR). Los circuitos virtuales conmutados se añadieron al estándar Frame Relay a finales de 1993.

Satélites • Funcionan como repetidores de microondas. Un satélite contiene transponedores que reciben señales de alguna

porción del espectro, las amplifican, y las retransmiten en otra frecuencia para evitar interferencias con la de entrada.

• Hay tres bandas de frecuencias de microondas para satélites: Banda Frecuencias Enlace descendente GHz Enlace ascendente GHz Problemas C 4/7 3.7 - 4.2 5.925 – 6.425 Interferencia terrestre Ku 11/15 11.7 - 12.2 14.0 – 14.5 Lluvia Ka 27/30 17.7 - 21.7 27.5 – 30.5 Lluvia, coste elevado

• Un satélite tiene 12-20 transponedores (con su antena correspondiente), cada uno con un ancho de banda de 36-50

MHz. Es común un velocidad de transmisión de 50 Mbps que se puede multiplexar (por división en el tiempo tiempo) a 600 canales digitales de 64Kbps o cualquier otra combinación. Recibir es más rápido que emitir.

• La altitud de 36.000 km (360º = 24 h, el satélite gira a la misma velocidad que la tierra y siempre está sobre el mismo sitio) sobre el ecuador permite la órbita geosíncrona, pero no se pueden ubicar los satélites con espacios de menos de 1 y 2 grados (por tanto solo puede haber 180 satélites geosincrónicos operando a la misma frecuencia).

• Suelen tener unos tiempos de tránsito de 250-300 milisegundos. • La aplicación del satélite son la comunicación broadcast, la comunicación móvil, y la comunicación en las

áreas con el terreno difícil o la poca infraestructura. Otra característica es el ancho de banda grande pero temporal.

LMDS (Local Multipoint Distribution System)

• El origen de LMDS se sitúa en 1986 y se atribuye a Bernard Bosssard que concibió un proyecto de distribución de señales de vídeo analógico utilizando un esquema de emisión de radio en frecuencia modulada, con una estructura punto-multipunto, utilizando una zona del espectro nunca utilizada anteriormente: la banda de 28 GHz.

• Es un sistema de comunicación de punto a multipunto que utiliza ondas radioeléctricas a altas frecuencias, en torno a 28 ó 40 GHz, en las que existen bandas de frecuencia de unos 2 GHz ("ventanas espectrales" de 27.5 a 39 Ghz) con atenuación mínima ante los agentes atmosféricos.

• Por la anchura de banda disponible, puede dar soporte a una gran variedad de servicios simultáneos: televisión multicanal (difusión, PPV, video on demand), telefonía, datos, servicios interactivos multimedia (tele-educación, telemedicina, acceso a Internet en banda ancha, etc.).

• El territorio a cubrir se divide en células de varios kilómetros de radio (3-9 Km en la banda de 28 GHz, 1-3 Km en la banda de 40 GHz).

• El abonado recibe la señal mediante una de tres vías: desde el emisor principal de la célula, si existe visibilidad directa entre éste y el receptor; desde un repetidor, en zonas de sombra; mediante un rayo reflejado en alguna superficie plana (paredes de edificios, reflectores / repetidores pasivos, etc.).

• LMDS permitirá a las compañías de comunicaciones suprimir los tendidos de cable del bucle local.

• Utilizada originariamente por el ejército y por aquellas compañías que no podían establecer conexiones a través de fibra óptica

• El ancho de banda inalámbrico permite suministrar 16.000 llamadas telefónicas y 200 canales de televisión. Facilita el acceso a una velocidad de más de 45 Mbps, el equivalente a 30 veces la velocidad de una conexión T1 o más de 1.500 veces la velocidad media de un módem PC.

• Pretende reemplazar la televisión por cable, las líneas telefónicas, o el acceso a Internet, pero no sustituirá los teléfonos móviles o los “PDA”. Esto se debe a que aunque el acceso es multipunto (una sola antena puede dar cobertura a un edificio), la conexión se debe producir entre dos puntos fijos y a una distancia máxima de 5 kilómetros entre la estación base y la antena correspondiente.

• Comparando LMDS con MMDS (sistema en el mismo nicho):


2-27

MMDS LMDS Frecuencias de 2.5 a 2.7 GHz Frecuencias de 28 y 40 GHz Ancho de banda disponible: 200 MHz Ancho de banda disponible: 1 GHz Menor alcance Mayor alcance (5Km) Inmunidad a la lluvia No es inmune a la lluvia, pero se ha mejorado mucho Necesidad de visibilidad directa entre emisor y receptor

Admite rebotes del haz de microondas en obstáculos naturales

dificultad para reutilizar frecuencias entre células adyacentes

Es posible reutilizar frecuencias entre células adyacentes

• Por el momento, ninguna compañía está autorizada a suministrar en España servicios utilizando esta tecnología. Habrá que esperar hasta finales de año para conocer que compañías han conseguido hacerse con las tres licencias que les permitirán ofrecer telefonía fija en la banda de los 28 GHz y otras tres en la banda de los 2,5 GHz, de acuerdo con los términos del concurso convocado por el ministerio de Fomento.

• En algunos países europeos se ha optado por la banda de 40 GHz, que es una banda inferior a la de 28 GHz (a 40 GHz existe una mayor dificultad de emisión y propagación de señal, y la tecnología disponible está mucho menos desarrollada), cuestión que está siendo revisada por dichos países.

• Ventajas:

1. Evita la apertura de zanjas y reemplaza la necesidad de desplegar líneas de cable o hilo telefónico en el último Km. Además, puede llegar a aquellas zonas donde la fibra óptica o el cable no pueden.

2. Está dirigida a la creciente demanda que se está produciendo en los servicios de comunicaciones de banda ancha, ofreciendo todo tipo de aplicaciones: voz, datos y vídeo.

3. Puede transportar trafico de datos de alta velocidad a un coste significativamente más pequeño que las conexiones equivalentes de hoy en día. Si se compara con los actuales precios, las tarifas pueden disminuir un 30% - 40%.

4. Los operadores pueden ir instalando antenas, estaciones bases y demás equipos según lo necesiten los clientes.

5. Un operador de red puede crecer sin necesidad de alquilar circuitos de líneas en muy poco tiempo.

6. Única tecnología bidireccional de banda ancha viable económicamente en zonas de baja densidad de población.

7. La Potencia de Emisión de las estaciones base, 8 W es mucho menor que la de otros medios tecnológicos usuales como los móviles (320W), microondas (600 W) y las estaciones emisoras de televisión (100.000 W).

8. La Potencia de Emisión de los equipos del cliente es casi despreciable: 1W, varios cientos de veces menor que el límite autorizado. La radiación de los equipos de cliente no entra en los edificios, estando totalmente orientada hacia la estación base y las personas no están expuestas a las radiaciones, a diferencia de los móviles, que emiten de forma omni-direccional.

9. La antena es pequeña 16 x 16 cm.

WIMAX ( )

Igual que ha ocurrido con Wi-Fi en los dos últimos años, WiMax será el centro de atención próximo.

Se basa en la norma 802.16a, un estándar inalámbrico aprobado en enero del pasado año en el WiMax Forum, formado por un grupo de 67 compañías, que ofrece un mayor ancho de banda y alcance que la familia de estándares WiFi (802.11a, 802.11b y 802.11g) y por supuesto BlueThoot (802.15).

Como decimos, la diferencia entre estas dos tecnologías inalámbricas son su alcance y ancho de banda. Mientras que WiFi está pensado para oficinas o dar cobertura a zonas relativamente pequeñas, WiMax ofrece tasas de transferencia de 70mbps a distancias de hasta 50 kilómetros de una estación base. Por comparación, la tasa de transferencia de WiFi es de 11mbps y la distancia de hasta 350 metros en zonas abiertas.

La clave de esta mayor cobertura permitirá que los proveedores de servicios sean capaces de ofrecer acceso a Internet de banda ancha directamente a las casas, sin tener que tender un cable físico hasta el final, lo que se conoce como la "última milla", que conecta a cada uno de los hogares con la red principal de cada proveedor.

Por este motivo, WiMax está considerada como una alternativa más barata a las DSL y a los accesos de cable de banda ancha, ya que los costes de instalación de una infraestructura inalámbrica son mínimos si se comparan con las versiones alámbricas.

• Diseño de infraestructura point-to-multipoint. • Opera en la banda de frecuencias de 10 GHz and 66 GHz. • Ratios de ancho de banda de 70 Mb/s con picos de hasta 268 Mb/s. • Distancias de hasta 50 Km


2-28

2.10. Sistemas de cableado estructurado

Conexionado

• Es imprescindible saber qué cables se van a conectar para qué funciones.

• La manera de conectar está fijada por las recomendaciones EIA/TIA 568 en las que se establece la utilización de mangueras de 4 pares trenzados utilizados para los siguientes servicios:

Patillas Función 4-5 Voz 4-5 y 3-6 RDSI 4-5 y 3-6 Token Ring 3-6 y 1-2 Ethernet 10-BaseT Todas Ethenet 100 VG-Any LAN 1-2 y 7-8 Aplicaciones ATM

Subsistemas

• Una red física se puede dividir en 5 subsistemas aunque haya redes sencillas que los agrupen o redes complejas que los tengan duplicados.

• Cada subsistema está limitado a una zona muy concreta de la red y a una utilización específica.

• Subsistema de Punto de trabajo: Se encarga de la conexión del equipo del usuario con la red. Está formado por:

• Balun (balanced-unbalanced): Adaptador que permite conectar el cable de par trenzado a una tarjeta que no tenga conector de este tipo. Suele ser para conectores coaxial, twinaxial, SUB-D, etc.

• Latiguillo: Cable de par trenzado, con conexionado plano, de entre 1,5 a 3 metros para alcanzar desde el equipo a la roseta de la pared. Acaba en sus extremos con conectores macho.

• Roseta: Conector hembra situado cerca del punto de trabajo. Suelen estar juntas las rosetas de voz y datos.

• Tanto para los conectores macho del latiguillo como para las rosetas, se utilizan conectores RJ-45 (RJ-49 si es apantallado), conectados según las recomendaciones de conexionado. No se debe usar el mismo cable de 4 pares para conectar varias rosetas por aprobechar.

• Subsistema Horizontal: Es la conexión entre el punto de trabajo y el subsistema de administración. Está formado por distintas tiradas de cable que recorren la planta hasta el cuarto donde se encuentran los armarios. Se usan cables de 4 pares trenzados, apantallados o no, aunque en plantas con mucho tráfico se puede usar la fibra óptica.

• Subsistema de Administración: Formado por los distintos armarios de planta (racks) contienen bloque de distribución y asignación (Patch Panel). Están divididos en tres partes:

• Tomas de usuario: Paneles con bocas hembra (rosetas). Debe haber al menos tantas bocas como puestos (más algunas de reserva). Suelen ser bloques de 12 o 16 bocas (o múltiplos). Los cables que vienen del usuario se conectan por detrás, dejando el conector hembra libre por la parte frontal del armario. Las tomas de voz sufren el mismo proceso.

• Tomas de asignación: Son paneles como los anteriores. Por detrás están conectados con la electrónica del armario, que suministra los diferentes servicios disponibles. Para que un puesto de trabajo tenga servicio o esté conectado en una red hay que conectar con un latiguillo (como el del puesto de trabajo) la roseta del puesto con la del servicio. Así el administrador puede cambiar los servicios de un usuario, o su situación en el edificio sin recablear la instalación.

• Electrónica de red: Se encarga de distribuir el servicio. Está conectada con los armarios de las otras plantas, o con el armario general, a través del subsistema vertical. Existen comercialmente muchos tipos de electrónica con diferentes niveles de complejidad, conectividad y precio. Se encarga de entregar en las rosetas el servicio requerido. Algunos llevan las tomas de asignación incorporadas en el frontal por lo que se ahorran los paneles de tomas, aunque conviene conectar aparte por seguridad y comodidad a la hora de administrar los armarios.

• Subsistema Vertical: También llamado Backbone, suministra la interconexión entre los armarios de planta con el armario o electrónica principal. En este punto, en una red con tráfico moderado es recomendable usar fibra óptica para datos (para voz se usan mangueras de cable multipar de 100,200, 500, etc pares). El tipo de conexión más convencional es Backbone colapsado que consiste en conectar cada armario con el armario principal punto a punto


2-29

con un par de fibras para cada conexión (Tx, Rx), aunque como norma de seguridad se ponen mangueras de 4 o más fibras por conexión permitiendo contar con fibras de reserva o incluso hacer una doble conexión que se puede usar para redirecciones.

• Subsistema de Campus: Interconexiona edificios dentro de un área geográfica próxima. Se suele usar la fibra óptica (para más de 2 Km FO monomodo). Serán antihumedad, antirroedor, con cubierta metálica si van a soportar presiones, etc. También se pueden usar otros medios para condiciones especiales como módems de banda base, láser, microondas, etc.

Documents

Redes 2 Nivel Fisico