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CCOOMMUUNNIICCAACCIINN

IINNDDUUSSTTRRIIAALL

CCOOMMUUNNIICCAACCIIOONNEESS..

GGEENNEERRAALLIIDDAADDEESS

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M212 (02)

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Comunicacin industrial

Unidad 1. Comunicaciones. Generalidades. 1

NDICE

OBJETIVOS .................................................................................................3 INTRODUCCIN..........................................................................................4 1.1. Terminologa en redes de comunicacin ............................................5

1.1.1. Conceptos fundamentales ................................................................71.2. El modelo de referencia OSI .................................................................9

1.2.1. Niveles ............................................................................................101.3. Infraestructura de una red...................................................................14

1.3.1. Topologas de red ...........................................................................141.3.2. Medios de transmisin ....................................................................201.3.3. Acoplamiento de sistemas de red ...................................................24

1.4. Clasificacin de las redes ...................................................................301.4.1. Extensin geogrfica.......................................................................301.4.2. Topologa ........................................................................................311.4.3. Soporte de transmisin ...................................................................32

1.5. Mtodos de acceso..............................................................................331.5.1. Maestro/esclavo ..............................................................................331.5.2. Token Passing ................................................................................341.5.3. CSMA/CD........................................................................................35

1.6. Enlaces..................................................................................................36 1.7. Velocidad de transmisin....................................................................38 RESUMEN..................................................................................................41

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OBJETIVOS

Conocer la terminologa y los conceptos fundamentales empleados en lossistemas de comunicacin.

Comprender los mtodos de organizacin e interpretacin de los mtodosde comunicacin.

Distinguir las diferentes topologas existentes y conocer su mbito deaplicacin.

Conocer las caractersticas de los distintos medios de transmisin.

Analizar los distintos mtodos de acceso empleados por los sistemas decomunicaciones.

Comprender el concepto de velocidad de transmisin y saber realizar losclculos necesarios para su posterior anlisis.

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Formacin Abierta

Unidad 1. Comunicaciones. Generalidades.4

INTRODUCCIN

Hasta no hace mucho tiempo, los equipos electrnicos de control trabajabande manera aislada. Cada mquina era una isla dentro de un procesoproductivo, y como mucho existan interconexiones elctricas con otrasmquinas anexas en el proceso. Esto se deba fundamentalmente a que nodisponan de capacidad de procesamiento ms que para realizar las tareas decontrol para las que haban sido diseados. Su nica capacidad decomunicacin real era la de posibilitar la transmisin para almacenar losprogramas de usuario.

Pero los avances tecnolgicos, y sobre todo las demandas de la industria hanido marcando la rpida evolucin de estos dispositivos. Ahora los procesosproductivos no se analizan como tareas aisladas, sino como un conjunto queengloba todas las operaciones productivas. Este concepto se ha trasladado alos sistemas de control, siendo imperativo que estos tuviesen capacidad decompartir informacin entre ellos, y no solo eso, sino tambin aportarinformacin a otros departamentos de la empresa.

Seguidamente se tratan los conceptos fundamentales y los principios de la

comunicacin decisivos para el intercambio de datos entre equiposelectrnicos tales como ordenadores, autmatas programables,visualizadores, etc.

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1.1. TERMINOLOGA EN REDES DE

COMUNICACINComo en cualquier especialidad tcnica, el vocabulario empleado cobra unagran importancia. Por ello antes de profundizar en el estudio de lascomunicaciones, vamos a proceder al estudio de su terminologa bsica.

Datos

Informacin til que se pretende intercambiar entre sistemas (Ej. texto o datosnumricos).

Control

Informacin adicional necesaria para facilitar la comunicacin y/o lainterpretacin de los mensajes.

Mensaje

Conjunto de bits que engloban datos y control, emitidos desde un sistema aotro.

Protocolo

Conjunto de reglas para determinar que sistema debe emitir y cual deberecibir. Normalmente se engloban aqu las seales que se emplean en losconductores y las reglas de interpretacin de los bits de control y datos.

Nodo o estacin

Terminal de enlace en una red o punto de enlace entre redes de distintorango.

Bus

Conjunto de conductores compartidos por dos o ms sistemas. Lacomunicacin a travs de un bus implica que slo uno de los terminalesconectados podr enviar datos en un instante determinado.

Terminal

Equipo que dispone al menos de un canal para transmitir y/o recibirinformacin digital.

Comunicacin serie

La informacin se transmite por unos pocos conductores bit a bit.

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Comunicacin paralelo

Emplea ms conductores que la comunicacin serie, para poder transmitir deforma simultanea dos o ms bits de informacin.

Conexin punto a punto

Conexin en la que intervienen slo dos terminales o sistemas, cada uno a unextremo de la lnea de comunicacin.

Conexin multipunto

Conexin de ms de dos terminales o sistemas a una misma lnea o bus.

Enlace simple

Comunicacin entre dos terminales que slo permite flujo de datos en un solosentido (de emisor a receptor).

Enlace half duplex

Comunicacin entre dos terminales que permite flujo de datos en ambossentidos, pero no simultneamente, empleando los mismos conductores.

Enlace full duplex

Comunicacin entre dos terminales con posibilidad de flujo simultneo de

datos en ambos sentidos. Requiere lneas independientes de transmisin yrecepcin.

Lan

Local rea Network, red local que comunica varios terminales, por lo generala corta distancia (1 Km).

Wan

Wide rea Network, red de rea amplia que comunica terminales alejados a

travs de lneas telefnicas o enlaces de uso pblico.

Maestro

Es un dispositivo o sistema que tiene el control de la lnea de comunicacin,estableciendo que sistemas deben responder.

Esclavo

Es un dispositivo o sistema a las rdenes de un maestro, slo puede enviardatos o recibirlos si el sistema maestro lo indica.

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1.1.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES

A continuacin trataremos los conceptos fundamentales y los principios de lacomunicacin, imprescindibles para el intercambio de datos entre equiposelectrnicos independientemente de su mbito de aplicacin.

Comunicacin

Es la transferencia de datos entre dos interlocutores con diferentes funciones,el control del interlocutor as como la consulta o interrogacin del estado delinterlocutor. La comunicacin puede realizarse a travs de diferentes vas.

InterlocutorMdulo apto para comunicacin, es decir, que permite intercambiar datos. Elinterlocutor puede encontrarse dentro del mismo equipo o en otro equipo.

Figura 1.1. Ejemplo de interlocutores

Equipo

En este contexto se denomina equipo a una unidad (p. Ej. autmata, unidad

de programacin, visualizador, PC, otros aparatos) que puede conectarse auna o varias subredes.

Es conveniente modificar el punto de vista en el que soloconsideramos como equipos aptos para comunicacin a losordenadores o autmatas. En el mbito industrial los equipospueden ser desde un autmata hasta un regulador detemperatura, pasando por un lector de cdigo de barras, etc.

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Subred

El conjunto de todos los componentes fsicos necesarios para establecer una

va de transmisin de datos as como los procedimientos comunes asociadospara intercambiar datos.

Las estaciones conectadas a una subred pueden intercomunicarse sinnecesidad de transiciones o pasarelas en la red. El conjunto fsico de unasubred se denomina tambin medio o soporte de transmisin.

Red

Conjunto formado por una o varias subredes iguales o diferentes

interconectadas. Comprende pues todos los equipos que puedencomunicarse entre s.

Enlace

Correspondencia lgica de dos interlocutores para ejecutar un determinadoservicio de comunicacin. El enlace est directamente asociado a un serviciode comunicacin.

Cada enlace tiene dos puntos finales que contienen las

informaciones necesarias para direccionar el interlocutor ascomo otros atributos para el establecimiento del enlace. Parareferenciar un enlace, las funciones de comunicacin sloutilizan el punto final local (Ej. Direccin de un equipo).Simplificando, para que se realice un enlace, el equipo origensolo tiene que hacer referencia al equipo destino, mediante suidentificacin denominada direccin.

Protocolo

Un convenio exacto bit a bit entre interlocutores para poder ejecutar undeterminado servicio de comunicacin. El protocolo define el contenidoestructural del trfico de datos en la lnea fsica, definiendo p. Ej. El modo deoperacin, la forma de realizar el establecimiento del enlace, la proteccin delos datos o la velocidad de transferencia.

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Los servicios de cada nivel quedan determinados por el conjunto de primitivasde servicio que pueden invocarse a travs del interfaz de ese nivel.

En cada nivel se aade una cabecera a la informacin que viene del nivelsuperior. Esta operacin recibe le nombre de encapsulamiento.

Figura 1.2. Representacin de los modos de trabajo del modeloOSI

Este sera el desarrollo terico realizado por el ISO, pero aqu surgiran las

siguientes preguntas:

Cuntos niveles son necesarios para definir un sistema decomunicaciones?

Cul debe ser la funcionalidad de cada uno de estos niveles?

1.2.1. NIVELES

Para todo lo comentado anteriormente, el modelo de referencia OSI, tiene encuenta 7 capas o niveles. Cada nivel tiene asignadas una serie de funciones ocaractersticas.

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Host A

Aplicacin

Presentacin

Sesin

Transporte

Red

Enlace de datos

Fsica

APDU

Host B

Aplicacin

Presentacin

Sesin

Transporte

Red

Enlace de datos

Fsica

PPDU

SPDU

Segmentos

Paquetes

Tramas

Bits

Figura 1.3. Representacin grfica de los niveles del modelo OSI

El funcionamiento de este sistema, establece que solo puede existircomunicacin entre mismos niveles, y para que estos niveles se entiendandeben trabajar con el mismo protocolo de capa, o sea en el mismo idioma.Una capa superior puede recurrir a los servicios de una capa inferior, pero noal contrario.

Cuanto ms alto es un nivel, el lenguaje empleado seasemeja ms al del usuario. Conforme vamos descendiendode nivel se produce un acercamiento al lenguaje empleado porlos equipos que posibilitan las comunicaciones.

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Siguiendo su protocolo correspondiente, un nivel se encarga de adaptar ymodificar la informacin recibida, aade informacin complementaria y se loentrega al nivel inferior. Esta informacin complementaria depende de la

funcin de cada nivel. Pasemos a ver dichas funciones realizadas por loscorrespondientes protocolos.

Capa Nombre Caractersticas

7 AplicacinComunicacin entre procesos de usuario quecooperan. Funciones de gestin. Transferencia deficheros, correo electrnico, terminal virtual.

6 Presentacin

Interpretacin y normalizacin de datos,

encriptacin, transformacin de cdigos, y formatos,reformateo, etc.

5 SesinAdministracin, coordinacin y control de sesionesconexiones entre usuarios. Cambio nombres pordirecciones, abrir y cerrar conexiones.

4 TransporteTransferencia fiable y reconocimiento de mensajesfin a fin, conexiones mltiples, fragmentacin,ordenacin y reconstruccin de mensajes, ...

3 Red

Establecimiento de caminos (enrutamiento),

conmutacin de paquetes subred de comunicacin,control de flujo y congestin, recuperacin deerrores, etc.

2 Enlace

Establecimiento, mantenimiento y abandono deenlace de datos, control de errores y de flujo,delimitadores de mensajes, Cdigos redundantes(CRC), etc.

1 Fsica

Define las caractersticas elctricas y mecnicas delinterfase entre el medio de comunicacin fsico y la

electrnica del transmisor y del receptor: niveles detensin, estructura del canal, modulacin,codificacin, etc.

Un concepto muy importante, es que un sistema decomunicaciones no tiene por que usar obligatoriamentelos 7 niveles.

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Para lograr un entendimiento suficiente y seguro se precisan los niveles 1, 2 y4. El nivel 1 define las condiciones fsicas tales como por ejemplo niveles detensin e intensidad. El nivel 2 define el mecanismo de acceso y el

direccionamiento de la estacin. Por ello, en un determinado instante slopuede enviar datos una estacin del bus.

La seguridad y coherencia de los datos slo se garantiza gracias a la funcindel nivel 4 (de transporte). Adems del control y el transporte, dicho nivelejecuta tambin tareas de control de flujo de datos, de organizacin enbloques o paquetes y mecanismos de acuse o confirmacin.

El uso del resto de niveles depende del sistema decomunicaciones empleado.

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1.3. INFRAESTRUCTURA DE UNA RED

Seguidamente vamos a tratar los distintos aspectos a tener en cuenta en elestudio de la infraestructura de una red, pero centrndonosfundamentalmente en aspectos fsicos relacionados con el montaje y puestaen marcha de una red, bien de tipo ofimtica, bien de tipo industrial.

1.3.1. TOPOLOGAS DE RED

La topologa de una red es la distribucin fsica de los elementos que la

integran. En toda red de comunicacin hay elementos de transmisin (emisin/ recepcin) y canales de comunicacin que los enlazan.

La manera ms eficiente de conectar los nodos de una red es con conexionesdedicadas entre cada dos nodos de la red; de esta manera se obtiene una redtotalmente conectada.

Pero el nmero de conexiones crece prcticamente con el cuadrado delnmero de nodos (N(N-1)) y cada nodo necesita N-1 enlaces. El coste de lared as formada hace prohibitivo su uso, sobre todo cuando el nmero de

estaciones se alto, y ms an, cuando las distancias entre estaciones esgrande.

De otro lado, la ampliacin del nmero de estaciones es una tarea quepresenta muchas dificultades, ya que se ha de aadir N-1 lneas para cadanueva estacin, as como una nueva conexin en cada estacin. Veamosunos ejemplos.

Figura 1.4. Representacin de enlaces en funcin del nmero denodos

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En la prctica se busca que existan tantas conexiones como equipos acomunicar, intentando compartir todos ellos el medio fsico, simplificando deeste modo los modos de interconexin de nodos, abaratndose as los

costes.

Como hemos observado, una cosa son las soluciones idealesy otra los mtodos reales. En la prctica y por regla general, sebusca la simplicidad y costes asequibles.

Pasemos a estudiar las diferentes topologas ms extendidas.

Topologa tipo lnea o bus

Esta es la topologa ms simple geomtricamente. A veces se denominatambin topologa bus, pero no todos los buses tienen topologa lnea. Cadaestacin slo precisa una interfase. Pueden conectarse a la lnea centralmediante lneas derivadas cortas.

Mientras que en enlaces punto a punto, p. Ej. Cuatro estaciones, staspueden comunicarse simultneamente por pares, esto no es posible en unatopologa lnea, ya que el medio es compartido por todas las estaciones. En

este caso hay que regular la comunicacin de forma que slo una estacinpueda enviar en un determinado momento mientras los dems slo puedenor. Por ello es necesario asignar los derechos de emisin. En este caso sehabla de mtodos de acceso al bus. Este tipo de regulacin es tambinnecesario para las estructuras que se muestran a continuacin.

Equipo 1 Equipo 2 Equipo 3

Figura 1.5. Diagrama de topologa tipo lnea

Existen dos formas de comunicacin en esta topologa:

Por colisin

Maestro/esclavo

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Por colisin:

Cuando un dispositivo desea comunicar con otro, deposita un mensaje en elbus indicando a qu dispositivo va destinado. Mientras un dispositivo esttransmitiendo el resto se limitan a escuchar, pero es posible que en elmomento de comenzar la transmisin dos dispositivos lo hagan de formasimultnea. Se dice entonces que se ha producido una colisin.

El exponente ms destacado en sistemas de comunicacionesque utilizan este mtodo de acceso son las redes Ethernet,pero conectadas mediante cable coaxial. Son ampliamente

usadas tanto en entornos ofimticos como industriales, por ellolas estudiaremos posteriormente.

Maestro/esclavo:

Existe un dispositivo (maestro) que indica cuando puede comunicar cadadispositivo (esclavos). Esta es la forma ms extendida en redes de mbitoindustrial.

Para evitar que los dispositivos ocupen la lnea demasiado tiempo se limitan

los mensajes a una longitud fija o mxima.

Como ventajas tenemos:

Instalacin sencilla.

Si un dispositivo se desconecta no afecta al resto de la red.

Con pocos dispositivos se obtiene una respuesta excelente.

El mayor inconveniente de esta red es que las seales se atenan con ladistancia y los dispositivos ms cercanos al emisor reciben la seal msfuerte.

Las distancias dependern del medio fsico empleado y deltipo de red usada. No es lo mismo emplear par de cobre quefibra ptica, ya que su comportamiento difiere totalmente.

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Por tanto, se deben emplear segmentos de enlace cortos. Para lneas demayor longitud hay que fragmentar en varios segmentos y emplearrepetidores de seal entre ellos, lo que puede repercutir en una menor

velocidad de transmisin y en un aumento de costes.

Esta topologa es la ms usada en mbitos industriales, por susimplicidad de montaje, mantenimiento, flexibilidad yversatilidad.

Topologa en anillo

Las topologa lnea y anillo tienen rasgos comunes. Tambin en este caso esnecesario regular el derecho de emisin mediante un mtodo de acceso albus compuesto de enlaces punto a punto encadenados.

Figura 1.6. Diagrama tpico de topologa en anillo

La ventaja de la topologa anillo es que cada nodo acta como amplificador, loque permite salvar grandes distancias. Sin embargo, en este caso el fallo deun nodo presenta mayores problemas que en el caso de una estructura enlnea.

En este caso la informacin viaja desde el dispositivo emisor al adyacente.Cuando un dispositivo recibe una informacin, la examina para ver si estdestinada a l, y si no es as, la pasa al siguiente.

El sentido de recorrido siempre es el mismo (en el de las agujas del reloj o alcontrario), y la transmisin se efecta por mensajes de tamao limitado(paquetes).

La mayor ventaja de este sistema es su excelente transmisin.

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Como inconveniente podemos mencionar que un fallo en un dispositivo haceque toda la red deje de funcionar, aunque en la actualidad se subsanasituando rels en los repetidores que efectan un puente en los mismos en

caso de fallo del dispositivo.

Los equipos de comunicacin utilizados en esta topologasuelen tener funciones de auto diagnstico, de modo que sifallan, realizan una conmutacin en las lneas de transmisin yrecepcin, permitiendo de este modo que el sistema sigafuncionando. Por seguridad, la distancia entre equipos ser lamitad de la que especifique el fabricante, ya que habitualmentecuando los equipos conmutan en caso de fallo, no se suele

realizar la amplificacin de seal.

Topologa en estrella

En esta configuracin cada terminal est conectado a un servidor central pormedio de un enlace punto a punto dedicado. Los mensajes son transmitidosal servidor central y desde all son retransmitidos al terminal al que vandestinados.

Ventajas:

Posibilidad de distintas velocidades de transmisin.

Posibilidad de distintos medios de transmisin.

Alto nivel de seguridad.

Fcil localizacin de averas.

Inconvenientes:

El servidor central debe ser muy potente, lo que resulta muy caro.

El servidor es susceptible de averas.

Velocidad de transmisin en funcin del servidor.

Coste elevado de instalacin de la red.

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Figura 1.7. Topologa en estrella

Este mtodo se emplea mucho actualmente en redesofimticas de tipo Ethernet, cuyo medio de transmisin es elpar trenzado. En estos casos los equipos se conectan a unHUB o a un SWITCH, siguiendo la disposicin usada por estatopologa.

Topologa en rbol

Se constituye de varias topologas en bus, formando una estructura arbrea.La estructura comienza en un dispositivo denominado cabecera, desde el cualparten dos o ms buses, cada uno de los cuales, en su extremo, pueden darorigen a dos o ms buses, y as sucesivamente. La mayor ventaja de estesistema es la alta flexibilidad de la red.

El mayor inconveniente de esta topologa es la atenuacin y el bajorendimiento que se obtiene, el cual disminuye an ms con el nmero dedispositivos y ramas interconectadas.

Si las secciones a interconectar son del mismo tipo se habla de un puroamplificador (repetidor), pero pueden tratarse tambin de convertidores

(Router, Bridges, Gateways), en el caso de que las secciones a interconectarsean de diferente tipo.

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Figura 1.8. Topologa en rbol

Este mtodo se emplea bastante en redes de mbito industrial.Como hemos visto, es la unin de diferentes segmentos contopologa tipo lnea, lo que en casos prcticos se traduce en la

unin de diferentes redes para permitir la comunicacin entreellas.

Rara vez es el usuario el que determina la topologa aemplear. Habitualmente viene condicionada por el tipo decomunicacin a emplear, y son los fabricantes los que nosindican el tipo de topologa a emplear en cada caso.

1.3.2. MEDIOS DE TRANSMISIN

Para formar una red debemos enlazar los distintos componentes de la mismamediante algn tipo de medio fsico. La correcta seleccin del tipo deconexin que emplearemos para llevar tal tarea a cabo es de vitalimportancia, ya que segn las necesidades y el entorno se deber emplear untipo de medio especfico.

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Hasta hace muy poco tiempo, era el medio de transmisin ms

empleado en redes ofimticas de tipo Ethernet.

Par trenzado

Consiste en dos conductores de cobre aislados por material plstico. Ambosconductores estn trenzados entre s, de forma que ambos estn expuestos ala misma cantidad de ruido exterior.

Existen dos tipos de par trenzado:

Sin apantallar: posee una gran exposicin al ruido exterior.

Apantallado: est recubierto por una malla conductora que acta depantalla frente a interferencias.

Sus caractersticas elctricas son muy inferiores a los coaxiales, pero sucoste y facilidad de instalacin tambin lo son, de ah su popularidad.

Figura 1.10. Estructura de un cable del tipo par trenzado

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Este es el tipo de cable ms empleado en la actualidad enredes ofimticas. As mismo, en redes industriales se utiliza

este medio aunque con ciertas variaciones con respecto a lasredes ofimticas.

Fibra ptica

Los cables de fibra ptica estn compuestos de una o varias fibras, cada unade ellas recubierta de una capa aislante. El conjunto de fibras se rodea conuna cubierta. La diferencia fundamental con respecto a los cables de cobre,es que en vez de transmitir seales elctricas, transmitimos sealesluminosas.

Figura 1.11. Composicin de la fibra ptica

Entre las muchas ventajas de este medio tenemos:

Es el medio de transmisin de mayor velocidad.

Es inmune a interferencias elctricas y electromagnticas.

Los cables son delgados y ligeros.

Son capaces de transmitir hasta 100 Kms sin repetidores.

Los materiales empleados en la fabricacin de estos cablesfundamentalmente son el vidrio y los plsticos.

Su mtodo de funcionamiento se basa en la reflexin de la luz en el interior delas fibras. La seal luminosa se va reflejando a lo largo de la fibra desde elpunto emisor, hasta que llega a su destino. El emisor convertir las sealeselctricas en seales luminosas, y el receptor realizar el proceso inverso.

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Desde el punto de vista del usuario, lo ideal es que las subredes acopladas secomporten como una nica subred, es decir que dicho acoplamiento nosuponga ninguna merma de funcionalidad. De esta forma el acoplamiento es

transparente para el usuario. En este caso transparencia significa que alacoplar las subredes el usuario no necesita modificar el software.

Dependiendo del alcance de las tareas de acoplamiento y de las diferenciasentre las redes a acoplar es posible distinguir entre REPEATER (repetidor),BRIDGE (nodo puente), ROUTER (encaminador) y GATEWAY (pasarela)para interconexin de redes. Estos elementos de acoplamiento puedenreproducirse en el modelo de referencia ISO de acuerdo a las tareas querealizan.

REPEATER (Repetidor)

El REPEATER o repetidor copia la informacin que recibe de un lado en elotro y amplifica su nivel. El repetidor es transparente a todos los niveles de lasestaciones en comunicacin, es decir los niveles fsicos de ambas redesdeben ser idnticos. Por ello, los repetidores no se utilizan para acoplarsubredes diferentes sino para amplificar o prolongar una subred existente, porejemplo un sistema de bus.

Figura 1.13. Repetidor comercial

Figura 1.14. Ubicacin de un repetidor en el sistema OSI

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Bridge (puente)

Los BRIDGES o nodos puente se utilizan para acoplar subredes que trabajancon el mismo protocolo en el nivel de enlace. Los soportes de transmisin ylos mtodos de acceso al bus de las subredes a enlazar pueden ser

diferentes. Los BRIDGES se utilizan principalmente para unir redes localesque tienen diferentes topologas o cuando, en base a aplicaciones especiales,es necesario aadir determinadas estructuras a subredes.

Ese tipo de puentes se utilizan en subredes que, si bien utilizan un soporte detransmisin diferente, tienen la misma estructura.

En muchos lugares nos encontramos dispositivos con la

definicin de repetidor, y en realidad son BRIDGES.

Un ejemplo tpico, es el caso de equipos que adaptan por unlado cable bifilar y por otro fibra ptica, como podra ser en elbus de campo PROFIBUS que estudiaremos ms adelante.

Figura 1.15. Modelo comercial de BRIDGE

Estos dispositivos se emplean fundamentalmente para salvarlas limitaciones de distancias, ya que debido a las longitudesde los conductores, se producen atenuaciones en las seales.

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Figura 1.16. Relacin de un BRIDGE y el sistema OSI

Router (enrutador)

El ROUTER sirve para enlazar redes ISO con niveles 1 y 2 diferentes. ElROUTER determina adems el camino ptimo (ruta de comunicacin) de unainformacin a travs de una red existente (enrutamiento). Criterios para definirel camino ptimo pueden ser por ejemplo la longitud del recorrido o el retardode transmisin mnimo. Para cumplir su tarea, el ROUTER modifica las

direcciones de origen y destino del nivel de la red de los paquetes entrantesantes de volver a transmitirlos.

Como los ROUTER tienen que ejecutar tareas sensiblemente ms complejasque los BRIDGES trabajan a menor velocidad.

Figura 1.17. Modelo comercial de ROUTER

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Figura 1.18. Relacin entre un ROUTER y el modelo OSI

El ejemplo ms tpico y actual lo tenemos en las conexionesADSL que se ofertan actualmente. Los proveedores deservicios suelen ofrecer un ROUTER como dispositivo paraconectarse a Internet.

Gateway (pasarela)

Un GATEWAY o pasarela se utiliza para acoplar redes con diferentearquitectura, es decir permite interconectar dos subredes cualesquiera. Enbase al modelo de referencia ISO, un GATEWAY tiene como misin convertirlos protocolos de comunicacin de todos los niveles. Una pasarela permitetambin acoplar una red ISO con una red no conforme a ISO. Entonces, lamitad de la figura no tiene estructura de 7 niveles sino una configuracindiferente. Los enlaces de red materializados mediante GATEWAY tienen

generalmente bastantes complicaciones y ofrecen una velocidad msreducida.

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Equipo A

Aplicacin

PresentacinSesin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

Equipo CPasarela

A C

Subred

Red

Subred

R

Aplicacin

PresentacinSesin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

PresentacinSesin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

Aplicacin

PresentacinSesin

Transporte

Red

Enlace

Fsica

Figura 1.19. Relacin de un GATEWAY con el modelo de referencia OSI

En la prctica los GATEWAYS suelen ser ordenadores con lasaplicaciones adecuadas para realizar esta funcin.

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1.4. CLASIFICACIN DE LAS REDES

En este apartado vamos a estudiar los diferentes mtodos de clasificacin delas redes. Observaremos que fundamentalmente se centran en aspectos deextensin o conexionado, prescindiendo totalmente de los mtodos decomunicacin a emplear.

1.4.1. EXTENSIN GEOGRFICA

En lo que se refiere a su extensin geogrfica, las redes pueden clasificarse

en tres categoras. Se trata de las siguientes:

LAN(Local Area Network, Red de rea local).

MAN(Metropolitan Area Network, Red de rea metropolitana).

WAN(Wide Area Network, Red de rea extensa).

Como los lmites no estn claramente definidos, no siempre es posibleclasificar una determinada red dentro de estas tres clases. En base a laextensin geogrfica es posible establecer la siguiente clasificacin:

LAN(Red de rea local) < 5 km.

MAN(Red de rea metropolitana) < 25 km.

WAN(Red de rea extensa) > 25 km.

Figura 1.20. Diagrama de extensin geogrfica

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1.4.2. TOPOLOGA

En base a las distancias a salvar entre las estaciones es posible tambinsaber cuales son las topologas utilizadas. La topologa de una WAN estdefinida por las condiciones geogrficas (p. ej. situacin de los centros depoblacin y trfico previsto entre los nodos). Desde el punto de vistaeconmico (utilizacin racional de las lneas) se crean generalmente redescon estructura en rbol y mallado irregular. Por contra, la topologa de unaLAN est claramente estructurada ya que aqu lo importante es lafuncionalidad total y menos la economa de lneas. Las topologas tpicas parauna LANson lnea, anillo y estrella.

Junto a LAN y WAN se utilizan tambin FAN (Field rea Network). Laautomatizacin de procesos se efecta en el rea prxima al sistemamientras que las redes MAN y WAN estn encargadas de la comunicacindentro y entre los niveles superiores del modelo (nivel de gestin yadministracin de la empresa).

Las redes FAN son de aplicacin exclusiva en entornosindustriales. Aqu nos encontraremos los denominados busesde campo que estudiaremos ms adelante.

Esto ltimo es especialmente vlido cuando diferentes plantas o centroscomerciales distanciados geogrficamente forman una unidad organizativa.

Posteriormente veremos que la organizacin de las redesindustriales vara con respecto a otras redes.

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1.4.3. SOPORTE DE TRANSMISIN

La seleccin del soporte o medio fsico de transmisin dependeesencialmente de la extensin deseada, de la inmunidad especificada y de lavelocidad de transferencia.

En entornos ofimticos, en los que las distancias no son un factordeterminante, primarn los aspectos econmicos y de funcionalidad, por loque la tendencia actual es el uso de par trenzado.

Cuando las distancias y velocidad son un factor prioritario, la fibra ptica toma

un papel preponderante como medio de transmisin.

Ya hemos estudiado que con fibra ptica se pueden cubrirhasta 100 kilmetros de distancia sin necesidad de usarrepetidores.

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1.5. MTODOS DE ACCESO

Como en un bus en un determinado instante slo puede enviarse comomximo un telegrama (tambin llamado mensaje o trama), es necesarioregular qu estacin tiene permiso para enviar. El nmero de receptores "a laescucha" del telegrama carece aqu de importancia. El acceso al bus quedaregulado por el mtodo de acceso correspondiente. Estos pueden clasificarseen mtodos centralizados y descentralizados y estos ltimos endeterminsticos y estocsticos.

Mtodos de acceso

Centralizado Descentralizado

Determinstico Estocstico

Figura 1.21. Organizacin de los mtodos de acceso

1.5.1. MAESTRO/ESCLAVO

El mtodo centralizado ms conocido es el maestro/esclavo. En l, el maestrodirige todo el trfico por el bus. Para ello enva datos a los esclavos (pollingosondeo) y solicita de los mismos informacin. Normalmente no est previstacomunicacin directa entre esclavos. El mtodo maestro/esclavo secaracteriza por un control del bus muy simple y por ello eficiente. Por ello seencuentra en el sector de los buses de campo, p. ej. PROFIBUS-DP.

En un mtodo centralizado solo existe un equipo que realiza lagestin de acceso al medio del resto de participantes. Encambio, en los mtodos descentralizados, todos los equipostienen los mismos derechos de acceso al medio, regulndoseestos bsicamente por tiempo.

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Figura 1.22. Mtodo maestro esclavo

En el mbito de las redes industriales y concretamente en los

buses de campo, es el mtodo de acceso por excelencia.

1.5.2. TOKEN PASSING

Dentro del grupo de los mtodos descentralizados determinsticos cabemencionar el token-passing o paso de testigo. El token (configuracin de bitsdefinida) sirve como permiso de emisin a travs de la red.

El token tambin recibe la denominacin de testigo, utilizandoel smil de las carreras de relevos en atletismo.

El poseedor del token puede emitir; adems debe pasar ste antes de quetranscurra un determinado tiempo. De esta forma se obtiene un tiempo

mximo de circulacin del token asegurado. Se habla de token-bus cuandoeste mtodo se utiliza dentro de una red con topologa lnea. El token pasasiguiendo determinadas reglas de estacin a estacin siguiendo un anillolgico. Si la topologa es en anillo, entonces se habla de token-ring.

Si en una red de comunicacin hay configurados varios maestros y esclavos,entonces slo los maestros reciben el token.

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Al usar buses de campo, si los interlocutores de una red

trabajan como maestros, utilizan este mtodo en lugar delmtodo maestro esclavo.

1.5.3. CSMA/CD

El mtodo de acceso estocstico (es decir aleatorio) ms importante es elCSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection,normalizado en IEEE 802.3). Aqu, cada estacin puede enviar en cualquierinstante siempre que no emita ninguna en dicho momento.

Aparecen conflictos condicionados por tiempos de propagacin cuando dosestaciones intentan emitir al mismo tiempo por haber detectado que est libreel bus. Al estar en escucha permanente, en este caso ambas estacionesdetectan la colisin, por lo que dejan de emitir, y slo reemprenden stadespus de esperar un tiempo definido estocsticamente, o sea, aleatorio.

Los buses que utilizan el mtodo CSMA/CD operan normalmente a unavelocidad de transferencia de 10 Mbits/s, p. ej. Industrial Ethernet.

Las redes Ethernet trabajan usando este mtodo de acceso. Siel diseo y dimensionamiento de las mismas no es eladecuado, el nmero de colisiones puede hacer que surendimiento se reduzca drsticamente.

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Por otro lado, al planificar no es necesario considerar el establecimiento ydisolucin del enlace, de tiempo crtico. Una vez establecidos, los enlacesestticos permanecen de forma duradera.

El nmero de enlaces estticos depender de la configuracinde los dispositivos de comunicacin, y la capacidad de estos,ya que en funcin del equipo empleado dispondremos de mso menos enlaces estticos.

Dinmico

Los enlaces dinmicos se utilizan para intercambiar sucesivamente datos condiferentes interlocutores o para aprovechar ms efectivamente los recursosde enlace disponibles. El establecimiento y disolucin propiamente dicho delenlace no se efecta al arrancar el equipo sino slo cuando lo solicitaexplcitamente la aplicacin desde el programa.

Por esta razn, en este caso es necesario considerar imprescindiblemente eltiempo que dura el establecimiento y disolucin de un enlace, sobre todo enprocesos de tiempo crtico.

Normalmente los enlaces dinmicos estn asociados afunciones automticas y no necesitan ser configurados. Entreestas funciones estn la exploracin de bus, el paso detestigo, etc.

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1.7. VELOCIDAD DE TRANSMISIN

El tiempo T que se necesita para transmitir un carcter depende del mtodode codificacin y de la velocidad de la seal, definida como el nmero deveces que la seal cambia de valor en un segundo.

El nmero de cambios por segundo se mide en baudios. No se puede decirque una lnea de bbaudios necesariamente transmite bbits/s, dado que laseal podra enviar varios bits. Si se utilizaran los voltajes 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7,cada uno de los niveles de la seal servira para enviar 3 bits, ya que pararepresentar dicho intervalo en formato binario, solo hacen falta tres bits. De tal

forma que la rapidez de envo de los bits sera tres veces la velocidad enbaudios.

0 000

1 001

2 010

3 011

4 100

5 101

6 110

7 111

En el caso que nos ocupa, si disponemos de una lnea de transmisin de3000 baudios, en realidad dispondramos de una velocidad de 9000 bits/s.

En los casos ms habituales, solo el 0 y el 1 se utilizan como niveles deseal, as que la velocidad en bit/s es igual a la velocidad en baudios.

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Cuando se trabaja con sistemas digitales, se emplea como

magnitud de velocidad de transmisin indistintamente tanto losbaudios como los bits/s.

Otro factor muy importante, es el concerniente a la codificacin de lainformacin y el formato de las tramas de transmisin. El transmitir a unavelocidad de 1024 bits/s, no implica que si disponemos de un paquete deinformacin de 1024 bits, el tiempo de transmisin vaya a ser de 1 segundo.Se ha de fragmentar dicho paquete en tramas con informacincomplementaria, por lo que en realidad el nmero bits a transmitir ser mayor,

y con ello el tiempo para la transmisin aumentar.

Supongamos el caso de querer trasmitir un fichero de 1 Kilobyte de tamao(1KB).

No debemos confundir las unidades de capacidad (Kilobyte,KB), con las unidades de velocidad, por ejemplo Kilobits/s(Kbps).

A continuacin deberemos saber con exactitud, el nmero de bits contenidosen el fichero. Un Kilobyte son 1024 bytes, que en bits seran 8192 bits. Estasera la cantidad de informacin til a transmitir.

Supongamos que vamos a realizar una comunicacin va serie con lasiguiente parametrizacin:

Velocidad: 9600 baudios.

Bits de datos: 8.

Bits de parada: 1.

Paridad: Impar.

La paridad es un mtodo de supervisin de errores muysimple, ampliamente utilizado en las comunicaciones.

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Vemos que se ndica la fragmentacin de los bits de datos, y adems seincorporan unos bits de control. Por defecto, en las comunicaciones serie,existe tambin un bit de arranque o comienzo.

1 8 1 1

ARRANQUE DATOS PARIDAD PARADA

Luego el desglose quedar:

Informacin til: 8 bits.

Control: 3 bits (1 bit de arranque, 1 bit de parada, 1 bit de paridad).

O sea, el equipo que vaya a transmitir la informacin, tomar el fichero ylo dividir en paquetes de 8 bits y a cada uno de estos paquetes leincorporar 3 bits de control.

Calculemos:

Paquetes = 8192 bits / 8 = 1024 paquetes de 8 bits.

Bits de control = 1024 * 3 = 3072 bits de control.

Total bits = 8192 + 3072 = 11264 bits.

Tiempo = Bits / Velocidad = 11264 / 9600 = 1,173 segundos.

Realizar los clculos necesarios para saber cuanto tiempoemplearemos para transmitir un fichero de 10 KB con la mismaparametrizacin empleada.

Solucin: 11,73 segundos.

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RESUMEN

Comunicacin es la transferencia de datos entre dos interlocutores condiferentes funciones, el control del interlocutor as como la consulta ointerrogacin del estado del interlocutor.

Interlocutor es todo mdulo apto para comunicacin, es decir, que permiteintercambiar datos.

El modelo de referencia OSI propone un marco de referencia en elproceso de comunicacin entre estaciones o nodos conectados a una redgeneral, teniendo en cuenta 7 capas o niveles.

Las topologas ms empleadas son, lnea, anillo, estrella y rbol.

Aunque trabajemos con redes diferentes, existen dispositivos que nospermiten la interconexin de las mismas. En funcin de las diferencias

existentes, optaremos por el uso de Repeaters, Routers, Bridges oGateways.

Aun disponiendo de una misma infraestructura, podemos acceder a lamisma de modos diferentes, usando fundamentalmente mtodoscentralizados o descentralizados.

Un enlace supone la correspondencia lgica entre dos interlocutores para

ejecutar servicios de comunicacin.

El tiempo T que se necesita para transmitir un carcter depende delmtodo de codificacin y de la velocidad de la seal, definida como elnmero de veces que la seal cambia de valor en un segundo.

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