Embed Size (px)
Citation preview
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
1
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
Unidad IV Capa Física
4.1 Introducción.
El Nivel físico corresponde al nivel 1 del modelo OSI. En este nivel se definen las
características eléctricas, mecánicas y procedimentales de la comunicación en red.
Es estrictamente necesaria su presencia en cualquier modelo.
La capa física es la capa de red más básica, proporcionando únicamente los medios
para transmitir bit a bit sobre un enlace de datos físico conectado nodos de red.
Consecuentemente, la capa física, no añade cabeceras de paquete ni trailers a los
datos. Las cadenas de bits pueden ser agrupadas en palabras codificadas o
símbolos, y convertidas a señales físicas, que son transmitidas sobre un medio de
transmisión físico. La capa física proporciona un interfaz eléctrico, mecánico y
procedimental para el medio de transmisión. Las características de los conectores
eléctricos, sobre qué frecuencias retransmitir, que esquema de modulación usar y
parámetros de bajo nivel similares son especificados aquí. Una analogía de esta
capa en una red de correo física podrían ser las carreteras a lo largo de las que las
furgonetas llevan el correo.
4.1.1 Fundamentos
La capa física determina el bit rate en bit/s, también conocido como capacidad del
canal, ancho de banda digital, salida máxima o velocidad de conexión.
Las principales funciones y servicios realizados por la capa física son:
Envío bit a bit entre nodos
Proporcionar un interfaz estandarizado para los medios de transmisión
físicos, incluyendo:
o Especificaciones mecánicas de los conectores eléctricos y cables, por
ejemplo longitud máxima del cable
o Especificación eléctrica de la línea de transmisión, nivel de señal e
impedancia
o Interfaz radio, incluyendo el espectro electromagnético, asignación
de frecuencia y especificación de la potencia de señal, ancho de
banda analógico, etc.
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
2
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
o Especificaciones para IR sobre fibra óptica o una conexión de
comunicación wireless mediante IR
Modulación
Codificación de línea
Sincronización de bits en comunicación serie síncrona
Delimitación de inicio y final, y control de flujo en comunicación serie
asíncrona
Multiplexación de Conmutación de circuitos
Detección de portadora y detección de colisión utilizada por algunos
protocolos de acceso múltiple del nivel 2
Equalización, filtrado, secuencias de prueba, forma de onda y otros
procesados de señales de las señales físicas
La capa física se ocupa también de:
Configuración de la línea punto a punto, multipunto o punto a multipunto
Topología física de la red, por ejemplo en bus, anillo, malla o estrella
Comunicación serie o paralela
Modo de transmisión Simplex, half duplex o full duplex
4.1.2 Propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas del medio de
transmisión.
Medio de transmisión
En el campo de las telecomunicaciones, el medio de transmisión constituye el
soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse en un
sistema de transmisión.
Los medios de transmisión pueden ser guiados y no guiados. En ambos la
transmisión se realiza por medio de ondas electromagnéticas.
En un medio guiado las ondas son conducidas (guiadas) a través de un camino
físico, mientras que en uno no guiado el medio solo proporciona un soporte para
que las ondas se transmitan, pero no las guía.
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
3
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
Como ejemplo de medios guiados tenemos el cable coaxial, la fibra óptica y los
cables de par trenzado. Entre los no guiados tenemos el aire y el vacío.
Dependiendo de la naturaleza del medio, las características y la calidad de
transmisión se verán limitadas de forma distinta. Así en un medio guiado será de
éste del que dependerán, principalmente, la velocidad de transmisión, el ancho de
banda y el espaciado entre repetidores. Sin embargo, en el caso de un medio no
guiado resulta más determinante el espectro de frecuencias de la señal transmitida
que el propio medio de transmisión en sí mismo.
4.2 Tratamiento de errores.
4.2.1 Ruido.
El término ruido puede designar:
En el medio ambiente y en el ámbito de la comunicación sonora: se define
como ruido todo sonido no deseado por el receptor, o que no contiene
información clara. Cuando se utiliza la expresión de ruido, se hace referencia
a aquellos sonidos percibidos por el receptor cuya composición espectral
contiene gran cantidad de frecuencias distintas, en general próximas entre
sí, que el receptor no es capaz de indentificarlas, individualizarlas y/o
comprenderlas. El ruido no necesariamente se atribuye a una intensidad de
sonido alta, aunque en muchas ocasiones se le entiende como tal. El ruido
se cartacteriza por ser molesto para el ser humano e incluso capaz de
alterar su salud, ahora sí, el grado de molestía de un ruido depende de su
nivel de presión (intensidad).
En informática: de modo general, el ruido puede ser considerado como
datos sin significado; esto es, datos que no se están utilizando para
transmitir una señal, sino que se producen simplemente como un
subproducto no deseado de otras actividades. En teoría de la información,
sin embargo, se considera al ruido como información. Al hablar del ruido en
relación a sonidos, se define frecuentemente el ruido como un sonido sin
sentido y generalmente de un volumen mayor que el normal. Así una
actividad industrial que produce sonidos elevados puede ser considerada
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
4
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
como ruidosa. Sin embargo, las conversaciones de la gente se pueden
llamar ruido por la gente no implicada en ninguna de estas conversaciones.
Ruido (física) es el ruido en electrónica y telecomunicación. En estos campos
el ruido también es considerado como una señal indeseable que puede
alterar los resultados deseados.
o Ruido (comunicación) es la perturbación que sufre la señal en el
proceso comunicativo, se puede dar a cualquiera de sus elementos,
son las distorsiones del sonido en la conversación, o la distorsión de
la imagen de la televisión, la alteración de la escritura en un viaje, la
afonía del hablante, la sordera del oyente, la ortografía defectuosa, la
distracción del receptor, el alumno que no atiende aunque este en
silencio...
o Ruido blanco. Señal cuyo espectro es plano en la banda de frecuencia
de interés. Llamado así por analogía con el color blanco
(equienergético)
o Ruido rosa. Utilizado en música. Consiste en ruido blanco filtrado
para obtener un perfil espectral dado.
4.2.2 Interferencia.
En las telecomunicaciones y áreas afines, la interferencia es cualquier proceso
que altera, modifica o destruye una señal durante su trayecto en el canal existente
entre el emisor y el receptor.
Superposición de ondas
En la mecánica ondulatoria la interferencia es lo que resulta de la superposición de
dos o más ondas, resultando en la creación de un nuevo patrón de ondas. Aunque
la acepción más usual para interferencia se refiere a la superposición de dos o más
ondas de frecuencia idéntica o similar.
El principio de superposición de ondas establece que la magnitud del
desplazamiento ondulatorio en cualquier punto del medio es igual a la suma de los
desplazamientos en ese mismo punto de todas las ondas presentes. Esto es
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
5
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
consecuencia de que la Ecuación de onda es lineal, y por tanto si existen dos o más
soluciones, cualquier combinación lineal de ellas será también solución.
Si la cresta de una onda se produce en el punto de interés mientras la cresta de
otra onda también arriba a ese punto (es decir, si ambas ondas están en fase),
ambas ondas se interferirán constructivamente, resultando en una onda de mayor
amplitud.
Si por el contrario, las ondas están desfasadas (es decir, la cresta de una onda
encuentra un valle de otra en un mismo punto), ambas ondas se interferirán
destructivamente, resultando en una onda de menor intensidad que cualquiera de
las componentes.
En el caso más extremo, dos ondas de igual frecuencia y amplitud en contrafase
(desfasadas 180º), que se interfieren, se anulan.
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
6
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
4.2.3 Diafonía.
En Telecomunicación, se dice que entre dos circuitos existe diafonía, denominada
en inglés Crosstalk (XT), cuando parte de las señales presentes en uno de ellos,
considerado perturbador, aparece en el otro, considerado perturbado.
La diafonía, en el caso de cables de pares trenzados se presenta generalmente
debido a acoplamientos magnéticos entre los elementos que componen los circuitos
perturbador y perturbado o como consecuencia de desequilibrios de admitancia
entre los hilos de ambos circuitos. La diafonía se mide como la atenuación existente
entre el circuito perturbador y el perturbado, por lo que también se denomina
atenuación de diafonía.
Inteligibilidad de la diafonía
Atendiendo a como son percibidas las señales perturbadoras, generadas en un
circuito como consecuencias de la diafonía, esta puede ser inteligible o no
inteligible.
Como el mismo término indica, diafonía inteligible es aquella en que en el circuito
perturbado se oye y se entiende la conversación que se cursa por el circuito
perturbador.
Este tipo de diafonía es sumamente dañino por cuanto, además de la perturbación
en sí, supone un riesgo para el secreto de las comunicaciones que las empresas
operadoras de telefonía están obligadas a proteger, por lo que se recomienda por la
UIT que la diferencia entre el nivel de la señal útil y el nivel de la diafonía entre los
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
7
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
diversos pares de un mismo cable no debe ser inferior a 58 dB para el 90% de las
combinaciones de dos circuitos y de 52 dB para la totalidad de las combinaciones.
Hay casos en que la diafonía es ininteligible, con lo cual en el circuito perturbado
solo se percibe como ruido. Esto sucede cuando la naturaleza de las señales
transmitidas por ambos circuitos son distintas, por ejemplo: analógica en uno y
digital en el otro o cuando se utiliza la multiplexación por división de frecuencia y
no coinciden las portadoras de los sistemas de transmisión empleados en cada uno
de los circuitos.
De hecho, en la época en que este tipo de multiplexación era ampliamente
utilizado, se recurría a disponer de varias versiones de un mismo sistema con las
portadoras desplazadas 1 o 2 kHz uno respecto a otro, con lo cual la diafonía era
siempre ininteligible.
En el caso de señales digitales en ambos circuitos, el objetivo es que la diafonía se
mantenga dentro de unos límites tales que no pueda ser reconocida como señal útil
por el extremo receptor.
Telediafonía y paradiafonía
Para la medida de la diafonía se envía una señal, de un nivel conocido por el
circuito perturbador y se mide el nivel recibido en el circuito perturbado. No
obstante, dependiendo de que la medida la hagamos en el mismo extremo desde el
que estamos enviando la señal o en el extremo distante tendremos dos valores
distintos. Así llegamos a los conceptos de paradiafonía o diafonía de extremo
cercano y telediafonía o diafonía de extremo lejano.
Telediafonía
Disposición de elementos para la medida de telediafonía
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
8
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
La disposición de elementos para la medida de la telediafonía o diafonía de extremo
lejano, denominada en inglés Far end crosstalk (FEXT), se muestra en la Figura
anterior, donde vemos como en el Circuito 1 tenemos un generador, que envía una
señal de nivel V1, en un extremo, mientras que el otro extremo está terminado con
una impedancia Zc igual a la impedancia característica del circuito.
El Circuito 2, está cargado en el extremo emisor con Zc y en el extremo distante
tenemos un medidor de nivel (R) en el que mediremos un cierto nivel de señal V2
correspondiente a la diafonía.
A la relación en decibelios existente entre V1 y V2 es a lo que se denomina
atenuación de telediafonía (αt) y su valor es igual a:
(dB)
Paradiafonía
Disposición de elementos para la medida de paradiafonía
La disposición de elementos para la medida de la paradiafonía o diafonía de
extremo cercano, denominada en inglés Near end crosstalk (NEXT), se muestra en
la Figura anterior, en la cual aparecen ambos circuitos terminados en su
impedancia característica Zc en el extremo distante, mientras que en el extremo
cercano el emisor se halla conectado en el Circuito 1 y el medidor en el Circuito 2.
A la medida de la relación en decibelios entre las señales emitida y recibida,
obtenida con esta disposición de los instrumentos de medida, es a lo que se
denomina atenuación de paradiafonía (αp), cuyo valor es igual a:
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
9
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
(dB)
La Paradiafonía de suma de potencia (PSNEXT) mide el efecto acumulativo de NEXT
de todos los pares de hilos del cable. PSNEXT se computa para cada par de hilos en
base a los efectos de NEXT de los otros tres pares. El efecto combinado de la
diafonía proveniente de múltiples fuentes simultáneas de transmisión puede ser
muy perjudicial para la señal. En la actualidad, la certificación TIA/EIA-568-B exige
esta prueba de PSNEXT.
4.2.4 Atenuación.
En telecomunicación, se denomina atenuación de una señal, sea esta acústica,
eléctrica u óptica, a la pérdida de potencia sufrida por la misma al transitar por
cualquier medio de transmisión.
Así, si introducimos una señal eléctrica con una potencia P1 en un circuito pasivo,
como puede ser un cable, esta sufrirá una atenuación y al final de dicho circuito
obtendremos una potencia P2. La atenuación (α) será igual a la diferencia entre
ambas potencias.
No obstante, la atenuación no suele expresarse como diferencia de potencias sino
en unidades logarítmicas como el decibelio, de manejo más cómodo a la hora de
efectuar cálculos.
La atenuación, en el caso del ejemplo anterior vendría, de este modo, expresada en
decibelios por la fórmula siguiente:
4.2.5 Distorsión.
Entendemos por distorsión la diferencia entre señal que entra a un equipo o
sistema y la señal de salida del mismo. Por tanto, puede definirse como la
"deformación" que sufre una señal tras su paso por un sistema. La distorsión puede
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
10
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
ser lineal o no lineal. Si la distorsión se da en un sistema óptico recibe el nombre de
aberración.
Distorsión de la señal de vídeo
En televisión se han creado una serie de señales especiales para medir las
diferentes distorsiones que los sistemas de producción y transmisión producen en la
señal de vídeo. Estas señales reciben el nombre de señales VIT (Vertical Interval
Test) y suelen utilizarse insertadas en las líneas no visibles del pórtico posterior del
intervalo vertical. También se utilizan a campo completo. Las distorsiones que se
pueden medir son:
Distorsiones lineales
Ganancia de inserción, que es la diferencia de amplitud entre la entrada y la
salida del sistema.
Respuesta de frecuencias, cómo responde el sistema a diferentes
frecuencias.
Respuesta transitoria con señales largas (>64μS), que nos da idea del
comportamiento del sistema a baja frecuencia.
Respuesta transitoria a señales cortas o impulsivas, nos da idea de la
respuesta del sistema a altas frecuencias.
Diferencia de ganancia crominancia luminancia, como se comporta el sistema
para la señal de color y la de luz.
Diferencia del tiempo de propagación, retardo del sistema para la señal de
color y de luz.
Distorsiones no lineales
Alinealidad luminancia crominancia.
Fase diferencial, modificación de la fase de la crominancia respecto a la
amplitud de la luminancia.
Ganancia diferencial, modificación de la amplitud de la crominancia debida a
la amplitud de la luminancia.
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
11
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
Distorsiones ópticas
Aberración cromática
Longitudinal es cuando las señales de diferentes longitudes de onda se
enfocan en planos diferentes. Esto produce el error de seguimiento.
Lateral es cuando varía el aumento de la imagen dependiendo de la longitud
de onda. Esto, cuando hay que hacer coincidir varias imágenes sobre un
mismo plano, como sucede en una cámara de TV, causa el error conocido
como error de registro.
Aberraciones de Seidel
Reciben este nombre las 5 aberraciones básicas de un sistema óptico en honor a
Seidel que fue quien las califico. Estas son:
Aberración esférica, diferencia de convergencia de los rayos de luz
dependiendo de la distancia al eje óptico.
Coma, modificación de la imagen que se produce por la diferencia de ángulo
de incidencia de un rayo respecto al eje óptico.
Astigmatismo, impide que un punto objeto se enfoque en un punto
imagen. La imagen tendrá forma ovalada o se compondrá de un par de
líneas llamadas líneas focales.
Curvatura de campo, debida a la curvatura de una lente cuando se debe
enfocar en una superficie plana.
Distorsión, modificación de la forma de la imagen.
Distorsiones en audio
Una onda senoidal tiene 3 parámetros: Amplitud, frecuencia y fase. Además,
cualquier onda se puede descomponer por Fourier en una suma de varias ondas
senoidales. Cuando la señal que entra en un sistema es distinta de la que sale, se
puede llamar distorsión en función de cual sea el parámetro modificado.
Distorsión en frecuencia, que depende de la respuesta en frecuencia del
sistema. La diferente ganancia (diferencia de amplitud entre salida y
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
12
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
entrada) a señales de distintas frecuencias (o una misma señal compuesta
de armónicos). En audio, circuitos que realiza esta función son los controles
de tono o ecualizadores.
Distorsión armónica de fase, que se produce por la variación de la fase
de una señal en relación a su frecuencia. Esto hace que unos armónicos
salgan con diferente fase que otros. El oído humano no es muy sensible a la
fase. Se puede utilizar si se tienen varios altavoces para que parezca que el
sonido viene de un origen distinto.
Distorsión no lineal,
(es a este tipo de distorsión de la que se habla normalmente) debida a la no
linealidad de la respuesta de los componentes del sistema. Este tipo de
distorsión produce que si la entrada es senoidal, a la salida aparezcan
armónicos, o que si la entrada está compuesta por varias frecuencias,
aparecen subarmónicos.
Distorsión de cruce por cero, Este tipo de distorsión ocurre únicamente
en amplificadores clase B y clase AB (aunque en estos últimos en menor
proporción). En los amplificadores clase B existen dos transistores
complementarios: mientras uno está activo (polarizado) el otro está
apagado y viceversa. Cuando la señal cruza por cero, existe un tiempo en el
cual ninguno de los transistores está polarizado y la señal se distorsiona.
4.3 Sentido de la comunicación en línea.
La comunicación es un fenómeno inherente a la relación grupal de los seres vivos
por medio del cual éstos obtienen información acerca de su entorno y son capaces
de compartirla haciendo partícipes a otros de esa información.
La comunicación es un proceso de interrelación entre dos (o más) personas donde
se transmite una información desde un emisor que es capaz de codificarla en un
código definido hasta un receptor el cual decodifica la información recibida, todo
eso en un medio físico por el cual se logra transmitir, con un código en convención
entre emisor y receptor, y en un contexto determinado. El proceso de comunicación
emisor - mensaje - receptor, se torna bivalente cuando el receptor logra codificar el
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
13
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
mensaje, lo interpreta y lo devuelve al emisor originario, quien ahora se tornará
receptor.
Etimológicamente, la palabra comunicación deriva del latín "communicare", que
puede traducirse como "poner en común, compartir algo". Se considera una
categoría polisémica en tanto su utilización no es exclusiva de una ciencia social en
particular, teniendo connotaciones propias de la ciencia social de que se trate.
Elementos del proceso comunicativo
Los elementos o factores de la comunicación humana son: fuente, emisor o
codificador, código (reglas del signo, símbolo), mensaje primario (bajo un código),
receptor o decodificador, canal, ruido (barreras o interferencias) y la
retroalimentación o realimentación (feed-back, mensaje de retorno o mensaje
secundario).
Fuente: Es el lugar de donde emana la información, los datos, el contenido
que se enviará, en conclusión: de donde nace el mensaje primario.
Emisor o codificador: Es el punto (persona, organización...) que elige y
selecciona los signos adecuados para transmitir su mensaje; es decir, los
codifica para poder llevarlo de manera entendible al receptor. En el emisor
se inicia el proceso comunicativo.
Receptor o decodificador: Es el punto (persona, organización...) al que se
destina el mensaje, realiza un proceso inverso al del emisor ya que en él
está el descifrar e interpretar lo que el emisor quiere dar a conocer. Existen
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
14
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
dos tipos de receptor, el pasivo que es el que sólo recibe el mensaje, y el
receptor activo o perceptor ya que es la persona que no sólo recibe el
mensaje sino que lo percibe y lo almacena. El mensaje es recibido tal como
el emisor quiso decir, en este tipo de receptor se realiza lo que comúnmente
denominamos el feed-back o retroalimentación.
Código: Es el conjunto de reglas propias de cada sistema de signos y
símbolos que el emisor utilizará para trasmitir su mensaje, para combinarlos
de manera arbitraria porque tiene que estar de una manera adecuada para
que el receptor pueda captarlo. Un ejemplo claro es el código que utilizan los
marinos para poder comunicarse; la gramática de algún idioma; los
algoritmos en la informática..., todo lo que nos rodea son códigos.
Mensaje: Es el contenido de la información (contenido enviado): el conjunto
de ideas, sentimientos, acontecimientos expresados por el emisor y que
desea trasmitir al receptor para que sean captados de la manera que desea
el emisor. El mensaje es la información.
Canal: Es el medio a través del cual se transmite la información-
comunicación, estableciendo una conexión entre el emisor y el receptor.
Mejor conocido como el soporte material o espacial por el que circula el
mensaje. Ejemplos: el aire, en el caso de la voz; el hilo telefónico, en el caso
de una conversación telefónica.
Referente: Realidad que es percibida gracias al mensaje. Comprende todo
aquello que es descrito por el mensaje.
Situación: Es el tiempo y el lugar en que se realiza el acto comunicativo.
Interferencia o barrera: Cualquier perturbación que sufre la señal en el
proceso comunicativo, se puede dar en cualquiera de sus elementos. Son las
distorsiones del sonido en la conversación, o la distorsión de la imagen de la
televisión, la alteración de la escritura en un viaje, la afonía del hablante, la
sordera del oyente, la ortografía defectuosa, la distracción del receptor, el
alumno que no atiende aunque esté en silencio. También suele llamarse
ruido
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
15
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
Retroalimentación o realimentación (mensaje de retorno): Es la
condición necesaria para la interactividad del proceso comunicativo, siempre
y cuando se reciba una respuesta (actitud, conducta...) sea deseada o no.
Logrando la interacción entre el emisor y el receptor. Puede ser positiva
(cuando fomenta la comunicación) o negativa (cuando se busca cambiar el
tema o terminar la comunicación). Si no hay realimentación, entonces solo
hay información mas no comunicación.
4.3.1 Simplex.
Sólo permiten la transmisión en un sentido. Un ejemplo típico es el caso de la fibra
óptica; en estos casos se puede recurrir a sistemas en anillo o con doble fibra para
conseguir una comunicación completa.
4.3.2 Half dúplex.
En ocasiones encontramos sistemas que pueden transmitir en los dos sentidos,
pero no de forma simultánea. Puede darse el caso de una comunicación por equipos
de radio, si los equipos no son full dúplex, uno no podría transmitir (hablar) si la
otra persona está también transmitiendo (hablando) porque su equipo estaría
recibiendo (escuchando) en ese momento. En radiodifusión, se da por hecho que
todo dúplex ha de poder ser bidireccional y simultáneo, pues de esta manera, se
puede realizar un programa de radio desde dos estudios de lugares diferentes.
Lic. En Informática Materia: Fundamentos de Redes
16
Lic. En Informática | Roberto Muñoz González
4.3.3 Full dúplex.
Dúplex es utilizado en las telecomunicaciones para definir a un sistema que es
capaz de mantener una comunicación bidireccional, enviando y recibiendo mensajes
de forma simultánea. La capacidad de transmitir en modo dúplex está condicionada
por varios niveles:
Medio físico (capaz de transmitir en ambos sentidos)
Sistema de transmisión (capaz de enviar y recibir a la vez)
Protocolo o norma de comunicación empleado por los equipos terminales.
La mayoría de los sistemas y redes de comunicaciones modernos funcionan en
modo dúplex permitiendo canales de envío y recepción simultáneos. Podemos
conseguir esa simultaneidad de varias formas:
Empleo de frecuencias separadas (multiplexación en frecuencia)
Cables separados
