Conexions de rede a nivel fisico

Conexións de rede a nivel físico. Planificación e Administración de Redes

1 Conceptos básicos sobre sinais.

1.1 Conceptos Matemáticos.

Tendo en conta que o sinal estea confinado nun condutor ou non podemos clasificar os medios utilizados na transmisión de datos como:

• Limitados (cables principalmente).

• Ilimitados (aire, auga, espacio).

Actualmente, na teleinformática utilízanse fundamentalmente tres tecnoloxías de transmisión de datos:

• Propagación de ondas eléctricas a través dun medio condutor.

• Propagación de ondas de radio e outras de frecuencia superior por un condutor ou polo espacio.

• Envío de ondas luminosas por fibras condutoras de luz.

As matemáticas son de gran importancia na teoría da comunicación, xa que permiten representar os sinais como funcións variables no tempo. É posible realizar un modelo matemático que simule as características dos sistemas reais, pudendo así prever o comportamento dos diferentes sistemas de comunicación.

Os sinais sinusoidais son aqueles que se representan coas funcións trigonométricas seno e coseno. Estas funcións son de especial importancia xa que pódese demostrar matematicamente que calquera sinal periódico se pode expresar como unha suma de senos e cosenos. A seguinte función sinusoidal utilízase amplamente no estudio dos sinais:

• Q(t) = M * sen (ωt + )ϕ

Esta ecuación indica que, nun momento (t) a intensidade da onda (Q) nun punto determinado do espazo depende da amplitude máxima (M) que chega a tomar en algún momento, da frecuencia (ω) con que se repite o sinal e da fase ( ).ϕ

• M - Amplitude máxima. É o valor máximo alcanzado pola función. Diferénciase da amplitude instantánea, que é o valor que ten un sinal nun momento determinado.

• ω - Frecuencia angular. Representa o número veces que a onda recorre un ciclo completo por unidade de tempo (360 grados ou 2p radiáns). Acostuma expresarse en Hertzios (1

1


hertzio = 1Hz = 1 ciclo/seg). O valor inverso T = 1 / ω, corresponde ao período, mídese en unidades de tempo (segundos, por exemplo) e informa do tempo necesario para que se volva a repetir a estrutura periódica do sinal. Tamén temos a lonxitude de onda λ = v / ω que se expresa en unidades de lonxitude (onde v é a velocidade de desprazamento da onda). A velocidade de desprazamento dunha onda electromagnética é similar ou igual á da luz, é dicir, 3x108 m/s.

• t - Tempo. O valor da función varía con respecto ao tempo.

• - Fase ou desfase. É o desprazamento do sinal no tempo (na orixe de coordenadas), e ϕmídese en radiáns angulares (rad) dende o punto en que a fase é 0 e a pendente é ascendente.

A importancia do estudo dos sinais sinusoidais ven determinado polos estudos do matemático Fourier, que demostrou que calquera sinal pódese descompoñer nunha suma de infinitos sinais sinusoidais. Isto non tería maiores aplicacións para as comunicacións se non fose porque precisamente os medios de transmisión responden de xeito distinto a cada unha desas compoñentes sinusoidais, de xeito que o estudo das compoñentes sinusoidais nos permite predicir o comportamento dun sinal a través dun medio de transmisión determinado.

1.2 Conceptos físicos.

Os elementos dun sistema de comunicación non deixan de ser compoñentes físicos que seguen as leis da Física. A continuación enumeramos algún dos conceptos máis importantes.

1.2.1 Lei de Ohm.

Todos os sinais eléctricos sofren unha diminución do seu nivel enerxético cando se transmiten por calquera medio de transmisión. Esa atenuación ríxese pola lei de Ohm, que relaciona a tensión entre os extremos do material e a intensidade de corrente que o atravesa. O resultado coñécese como resistencia eléctrica, ou nun concepto máis amplo, impedancia.

2


R = V / I

• R é a resistencia/impedancia, e mídese en ohmios ( Ω).

• V é a tensión e mídese en voltios (V).

• I é a intensidade e mídese en amperios (A).

1.2.2 Ganancia e decibelios. Ruído.

Xa se comentou antes que calquera sinal leva asociada unha enerxía que se transfire. Considerando un sistema de comunicación no seu conxunto, sempre hai unha proporción entre a enerxía ou potencia que entra no sistema e a que sae del. Chámase ganancia dun sistema á proporción entre as potencias de saída e de entrada, e mídese en decibelios (dB).

Cando a potencia de entrada é igual á de saída o número de dB é cero. Se a potencia de entrada é superior á de saída o sistema compórtase coma un atenuador e ten unha ganancia negativa, é dicir, ten perdas. Se a potencia de entrada é menor que a de saída o sistema compórtase coma un amplificador e a ganancia é positiva. Se denominamos β á relación sinal/ruído será:

β=10∗log10Psaída/ Pentrada

Case todos os sistemas de transmisión teñen unha ganancia negativa, o que fai que moitas veces se empregue a atenuación para empregar valores positivos. Outro aspecto que debemos notar é que a ganancia ou a atenuación é un valor sen unidades.

Aínda que se verá máis adiante, chámase ruído de fondo ou branco ou ao ruído inherente a unha canle producido por varios fenómenos físicos, como por exemplo a axitación térmica usual das moléculas. O ruído branco dunha canle soe expresarse como unha relación sinal/ruído que relaciona as potencias do sinal recibido e o ruído da canle. Esta relación soe indicarse tamén en dB.

1.2.3 Espectro dun sinal e ancho de banda. Distorsión.

Un sinal pódese representar matematicamente, tanto en función do tempo como en función da frecuencia, tal é como víamos nun apartado anterior. Esta segunda representación chámase espectro do sinal, e é moi útil para moitas aplicacións en comunicacións, xa que representa o peso que ten cada frecuencia na formación do sinal. Pódese dicir que o espectro dun sinal é o conxunto de frecuencias que a constitúen. Outra vantaxe deste tipo de representación dos sinais é que en moitos casos simplifican enormemente os cálculos matemáticos.

Definimos o ancho de banda dun sinal como a diferencia entre o valor máximo e mínimo das frecuencias do espectro do sinal/mensaxe con valor significativo:

3


Ancho de banda = fmáxima - fmínima

Do mesmo xeito que definimos o ancho de banda dun sinal, podemos definir o ancho de banda dunha canle como a diferencia entre as frecuencias máxima e mínima que é capaz de transmitir de xeito correcto. A canle transmitirá de xeito correcto todos aqueles sinais nos que o espectro estea incluído dentro do ancho de banda da canle. Se unha parte do espectro do sinal cae fora do ancho de banda da canle, a transmisión será imposible ou non será de fidelidade. Dise que a canle filtrou o sinal.

Aínda que o sinal poida enviarse dentro do ancho de banda da canle de comunicación, na práctica as canles de comunicación non teñen unha resposta exactamente igual para todas as frecuencias do seu ancho de banda (por exemplo, poden atenuar 20 dB unha frecuencia de 100 MHz e 21 DB unha frecuencia de 101 MHz). Isto provoca un cambio no aspecto do sinal recibido que coñecemos como distorsión.

1.2.4 A voz humana.

As liñas telefónicas están especialmente deseñadas para transmitir mensaxes de voz. O espectro da voz humana contén aproximadamente frecuencias entre os 100 Hz e os 10.000 Hz, pero son as frecuencias baixas, ata 500 ou 800 Hz as que aportan a meirande parte da información. En telefonía asígnaselle a banda que vai de 0 a 4 kHz. Isto supón un recorte no ancho de banda natural da voz, o que proporciona o son característico da voz a través do teléfono. Para que a transmisión de voz a través das liñas telefónicas fose de boa fidelidade, sería necesario que todos os dispositivos que interveñen na comunicación tiveran un ancho de banda de polo menos 10 kHz, o ancho de banda da mensaxe humana. Algo semellante ocorre coa capacidade de oír do oído humano. Os sons de baixa frecuencia, por debaixo dos 50 Hz, ou de frecuencia moi alta, a partires dos 17 kHz, son difíciles de escoitar.

4


Cada medio de transmisión ou almacenaxe ten o seu propio ancho de banda. Unha cinta analóxica de casete almacena información acústica cun ancho de banda de 14 kHz, un CD de audio sobre 44 kHz, etc. Polo tanto un CD almacena información de xeito máis fiel que un casete.

1.3 O espectro electromagnético.

Existen multitude de sinais ou ondas electromagnéticas. Non todos os sinais se transmiten por todos os medios de transmisión, porque as tecnoloxías que se utilizan son distintas. Algúns sinais só son apropiados para redes de área local, outros para redes de área extensa, e outros para outras aplicacións que non necesariamente relacionadas coa comunicación. O espectro electromagnético é o mapa de posibles frecuencias coñecidas para sinais electromagnéticos. É un continuo de frecuencias, que se foron descubrindo ao longo da historia da tecnoloxía.

a(Hz)Nome f λ Aplicacións

Raios Gamma >30 EHz < 10 pm. Radiactividade, Enerxía nuclear

Raios X >30 PHz < 10 nm. Medicina

Ultravioleta (UV) > 789 THz < 380 nm. Cabina de bronceado

Luz visible > 384 THz < 780 nm.

Infravermello (IR) >300 GHz < 1 mm. Fibra óptica

Microondas (MW) > 1 GHz < 30 cm. Satélites, forno microondas

Radio Moi Alta Frecuencia > 30 MHz < 1 m. Satélites, radar, TV

Radio Onda Corta > 1.7 MHz < 180 m. Radio, TV, Radio Móbil

Radio Onda Media > 650 kHz < 650 m. Radio, aeronáutica, cable submarino

Radio Onda Longa > 30 kHz < 10 Km. Teléfono, radio transoceánica

Frecuencias Moi Baixas < 30 kHz > 10 Km. Audio, teléfono, enerxía eléctrica.

En comunicacións, canto máis información teña a mensaxe que queremos transmitir, maior será o seu ancho de banda (diferencia entre a frecuencia máxima e mínima do sinal), e precisaremos de

5


sinais de maior frecuencia para transmitilo. Así, por exemplo, a transmisión dun sinal de televisión require frecuencias superiores ás transmisións de radio; un sinal de microondas de 5 GHz contén 10.000 veces máis información que un enlace de radiofrecuencia de 500 kHz, e un láser de 5•1014

Hz ten unha capacidade equivalente a 100.000 enlaces de microondas. Estas medidas só son teóricas, xa que a tecnoloxía actual aínda non permite estas proporcións, pero serven para facernos unha idea do comportamento do espectro electromagnético.

Chamamos velocidade (ou taxa) de transferencia dunha rede á cantidade de datos que é capaz de mover en cada unidade de tempo. As unidades de medida comunmente utilizadas son os bits por segundo, bps e os seus múltiplos: Kilobits por segundo (Kbps), Megabits por segundo (Mbps), Gigabits por segundo (Gbps), etc.

6


2 Modos de transmisión. Tipos de transmisión.

A transmisión consiste no transporte de sinais entre un emisor que orixina a comunicación e un receptor que acepta os datos. Nese transporte emisor e receptor acordan utilizar un código para darlle significado aos sinais e convertelos así en datos ou información. Un exemplo é o código ASCII, no que cada carácter estará codificado por unha secuencia de 8 bits. Dependendo de como se entregue esta información á liña de comunicación teremos distintos tipos de transmisión.

O sincronismo é o procedemento polo que o emisor e receptor se poñen de acordo sobre o instante preciso no que comeza e remata a información que se pon no medio de transmisión. Sincronizarse implica utilizar unha mesma base de tempos sobre a que medir os distintos eventos que ocorrerán durante a transmisión.

2.1 Tipos de transmisión segundo o sincronismo.

• Transmisión asíncrona. Prodúcese cando o proceso de sincronización entre emisor e receptor se realiza por cada palabra de código (carácter) transmitida. Para conseguir isto utilízanse uns bits especiais que se antepoñen (bits de arranque ou bits de start) e engaden (bits de parada ou bits de stop) a cada palabra de código transmitida. Entre dous caracteres calquera é posible manter a liña en repouso tanto tempo como sexa necesario. A sincronía restaurase en cada carácter. Este sistema ten a vantaxe da súa sinxeleza e de que é pouco sensible aos problemas que producen a falta de sincronismo. Sen embargo ten a desvantaxe do baixo rendemento da liña debido precisamente a ter que engadir os bits de arranque e parada adicionais por cada carácter.

• Transmisión síncrona. Esixe que emisor e receptor sincronicen correctamente os seus reloxos antes da transmisión para asegurar unha duración do bit constante en ambos extremos. Deste xeito os bits envíanse a unha cadencia constante sen discriminar os caracteres que os compoñen. Cada certo tempo utilízanse uns caracteres especiais, como o carácter SYN do código ASCII, para evitar os problemas de perda de sincronía. Este sistema permite maiores velocidades de transmisión porque é menos sensible ao ruído e porque obtén un maior rendemento da liña.

2.2 Tipos de transmisión segundo o número de liñas de comunicación.

• Transmisión en serie. É aquela na que o canal consta dunha única liña de datos pola que se transmiten as sinais de xeito secuencial. É máis económica e axeitada para longas distancias.

7


• Transmisión en paralelo. O canal consta de varias liñas de comunicación, o que permite transmitir simultaneamente un grupo de bits. Esta transmisión será n veces máis rápida que unha transmisión serie, sendo n o número de liñas, pero tamén é máis complexa que só se soe utilizar en ámbitos locais (por ex. Impresora). Existen convertedores no mercado entre estes dous tipos de transmisión.

2.3 Tipos de transmisión segundo o tipo de sinal.

• Transmisión analóxica. Cando o que se transmite é un sinal analóxico, capaz de tomar todos os valores posibles nun rango.

• Transmisión dixital. Cando o que se transmite é un sinal dixital, que só pode tomar un número finito de valores.

2.4 Tipos de transmisión segundo o sentido da transmisión.

• Transmisión símplex. A transmisión é sempre no mesmo sentido.

• Transmisión semidúplex. A transmisión pode darse en ambos sentidos pero non ao mesmo tempo. É dicir un equipo pode ser emisor durante un tempo e receptor máis adiante, pero non ao mesmo tempo.

• Transmisión dúplex. Os equipos poden tomar o rol de transmisor e receptor ao mesmo tempo.

8


3 Codificación e modulación de datos

3.1 Modulación.

Un sinal só se pode transmitir por unha canle que permita a propagación dese tipo de sinais. Sen embargo, non é suficiente coa adecuación na natureza do sinal e da canle. O sinal, ademais, debe ter uns parámetros axeitados. Por exemplo, unha canle pode transmitir ben determinadas frecuencias e mal outras. A modulación tenta acadar esa adecuación entre sinal e canle.

O modulador é o dispositivo encargado de efectuar a modulación. En telecomunicacións a modulación é a operación pola que se pasa dun sinal dixital ao seu equivalente analóxico, sendo a demodulación a operación inversa. O dispositivo que modula e demodula o sinal dixital e analóxico respectivamente chámase módem. Non debemos confundir un módem cun transdutor, xa que o módem non modifica a natureza do sinal. Por exemplo: un micrófono sería un transdutor electroacústico, xa que convirte a enerxía eléctrica en acústica. Os motivos para realizar a modulación poden ser diversos:

9


• Facilidade de radiación. A transmisión de sinais de baixa frecuencia, como a voz humana, requiriría construír antenas demasiado grandes. Para solucionar este problema, modúlase o sinal, trasladándoo a outra banda de frecuencias máis altas que faciliten a súa radiación.

• Redución do ruído e limitacións dos equipos. Cando os equipos presentan deficiencias ou demasiadas interferencias en determinadas bandas de frecuencias, modúlanse os sinais para transmitilos en outras bandas que permitan mellores condicións.

• Multicanalización e asignacións de frecuencia. O máis normal é que unha mesma canle sexa compartida por varias comunicacións. Para que estas non se misturen séguese o proceso de multicanalización que consiste nunha asignación temporal de frecuencia do sinal durante a súa viaxe polo canal. Deste xeito, por unha mesma liña de transmisión pódense multicanalizar ou multiplexar varios sinais, cada un viaxando na súa propia banda de frecuencia. En determinados ámbitos son as administracións públicas as encargadas destas asignacións, concedendo licenzas de uso para determinadas bandas de frecuencia. Se non se respectaran estas asignacións produciríanse fenómenos de interferencia. A modulación nestes casos serve para desprazar o espectro de cada mensaxe á súa banda de frecuencia asignada. Un exemplo que coñecemos ben é o da radio.

Dise que un sinal chamado portador está modulado por outro chamado modulador cando este último controla algún parámetro da primeira. Pódese actuar sobre a amplitude, a frecuencia ou a fase do sinal, aínda que normalmente sobre unha soa característica. Existen diferentes tipos de modulación:

• Lineal ou de onda continua, que basicamente consiste en variar algún dos parámetros esenciais dos sinais sinusoidais xa comentados: Temos pois: amplitude (ASK), frecuencia (FSK) e fase (PSK).

• Por pulsos, máis apropiada para transmisións dixitais.• Codificada, unha mistura das dúas anteriores.

3.2 Codificación.

A codificación dixital consiste na tradución dos valores de tensión eléctrica analóxicos que xa foron cuantificados a un sistema binario, mediante códigos preestablecidos. O sinal analóxico vai quedar transformado nun tren de impulsos dixital, é dicir, nunca sucesión de ceros e uns.

A codificación é, ante todo, a conversión dun sistema de datos a outro distinto. Disto despréndese que a información resultante é equivalente á información de orixe. Dun xeito sinxelo pódese ver a través dos idiomas. Por exemplo: home = fogar, cambiamos a información dun sistema (do inglés) a outro sistema (ó galego) pero, basicamente, a información segue a ser a mesma.

3.2.1 Tipos de codificación dos sinais dixitais.

• Unipolar: só se usa unha polaridade (ou positiva ou negativa) para codificar un dos estados binarios. O outro estado representarase por un cero (0 voltios).

• Polar: utiliza dous niveis de voltaxe (positivo e negativo). Dentro desta podemos ter: NRZ (non retorno a cero), no que o sinal será sempre ou positivo ou negativo, NRZ-L, onde unha voltaxe positiva indica que o bit é un 0 e un voltaxe negativa indica que o bit é un 1, e NRZ-I, na que un 1 significa unha inversión do nivel de voltaxe.

10


• Manchester: tamén coñecida como bifase-L, en cada tempo de bit hai unha transición entre dous niveis de sinal. Úsase en moitos estándares de telecomunicacións como Ethernet, dado que a existencia dunha transición cada tempo de bit pode servir para manter o sincronismo. Na notación IEEE 802.3, cada 1 representa unha transición baixo-alto e cada 0 representa unha notación alto-baixo, se ben o convenio pode ser o contrario..

3.3 Multiplexación.

A multiplexación é unha técnica utilizada en comunicacións pola que unha canle física é compartido por varios sinais que poden proceder de emisores distintos e ter como destino distintos receptores. Pódese dicir que as canles lóxicas comparten unha canle física. Existen varios tipos de multiplexación:

11


• Na frecuencia ou FDM. Os canais lóxicos que comparten a única canle física establécense por multicanalización en frecuencia, asignando a cada canle lóxica unha banda de frecuencia. O medio de transmisión divídese en subcanles que son subconxuntos de frecuencias do ancho de banda total. Entre dúas bandas de frecuencia consecutivas establécese unha banda de seguridade para evitar interferencias. Soe utilizarse con sinais analóxicos.

• No tempo ou TDM. As canles lóxicas se asignan repartindo o tempo de uso da canle física entre os emisores, establecendo slots ou aberturas temporais. Así, cada emisor utiliza toda a canle física durante o tempo que ten asignado, e deberá esperar ao seguinte slot para volver transmitir se ten necesidade. Soe empregarse con sinais dixitais.

12


• En lonxitude de onda. En realidade é similar á multiplexación en frecuencia, se ben este termo emprégase para referirse a esta técnica cando se emprega a moi altas frecuencias, en especial se nos referimos á transmisión óptica, dado que neste caso é tradicional representalas en función da lonxitude de onda en vez de pola súa frecuencia.

• Técnicas combinadas. As dúas técnicas anteriores pódense combinar, de xeito que cada emisor poida utilizar a canle física só en determinados intervalos de tempo e na banda de frecuencia que teña asignada.

13


4 Medios físicos de transmisión.

4.1 Conceptos básicos.

Para transmitir información necesitaremos un medio polo cal transmitila. As características deste medio serán moi importantes á hora de definir as posibilidades do sistema en termos como a velocidade de transferencia, o retardo, a taxa de erros...

Unha canle de transmisión ten como unha das súas características principais o ancho de banda. O ancho de banda refírese ao intervalo de frecuencias de sinal emitida que a canle é capaz de enviar ata o destino sen que sufra graves alteracións, o que en transmisión de datos dixitais significa que se transmitimos un sinal binario determinado a recepción dos datos sexa correcta nunha porcentaxe

14


moi elevada. Canto maior sexa o ancho de banda dunha canle de comunicación maior será a velocidade de transmisión que poderemos obter empregando este medio. A idea detrás deste concepto a podemos ver como que un ancho de banda maior permite variacións máis rápidas do sinal, e polo tanto poderemos enviar secuencias de bits con maior frecuencia. Cando se trata de sinais cadradas (transmisión de bits 0 e 1 con dúas voltaxes diferentes) é importante o concepto de harmónico, que se refire ás diferentes compoñentes da suma de sinais sinusoidais da que consta o sinal cadrado (ver 1.1).

Outros factor importante dos medios de transmisión é o ruído. O ruído, do que falamos no apartado 1.2.2, supón unha fonte de erros de transmisión, xa que é imposible desde o receptor separar o sinal debido á transmisión de datos do debido ao ruído da canle. Polo tanto, para cada medio de transmisión deberemos saber a relación existente entre a potencia de sinal e a potencia de ruído, xa que este valor definirá a velocidade máxima de transmisión de datos.

4.1.1 Taxa de datos máxima dunha canle. Nyquist e Shannon.

No ano 1924 un enxeñeiro, Henry Nyquist, deuse conta que ata unha canle sen ruído ten unha capacidade de transmisión finito, probando matematicamente que se o ancho de banda dunha canle é H, non é posible tomar mostras dese sinal a maior velocidade que 2H veces por segundo. Se un sinal se compón de V niveis discretos (V sería 2 para un sinal binario), o teorema de Nyquist establece que a taxa de datos máxima alcanzable é:

taxamáxima=2H∗log2V

Neste teorema vemos que existe unha relación entre o ancho de banda dunha canle de transmisión e o número de veces por segundo que podemos enviar algún tipo de información por el.

Sen embargo, observando o valor V vemos que parece que atopamos a solución a todos os problemas: se non podemos mandar máis valores por segundo, bastará con enviar un sinal que poida tomar máis valores. Aquí é onde entra en xogo o ruído, dado que se o ruído é elevado pode non ser factible o envío de sinais que poden tomar moitos valores, dado que a diferencia entre os distintos niveis pode ser inferior ao nivel de ruído esperable na canle.

Se empregamos o factor da relación sinal a ruído (S/N), expresado normalmente de xeito logarítmico en decibelios (dB), temos as ferramentas para entender o límite de Shannon, que demostra que nunha canle con ruído a taxa de datos máxima será:

taxamáxima=H∗log21S / N

Este valor supón un límite superior á velocidade de transmisión de datos por unha canle calquera, é dicir, que normalmente un sistema de transmisión non chega a acadar estes valores, senón que a velocidade real é menor.

15


4.2 Medios guiados.

4.2.1 Par de cobre.

Un dos medios de transmisión máis común é o cable de par trenzado. Consiste en dous fíos de cobre illados de aproximadamente 1mm. de grosor, trenzados de xeito helicoidal para reducir o ruído e a perda de potencia. A aplicación máis común é no sistema telefónico, onde se tendeu cable de pares en algúns países de xeito case que completo.

Hai varios tipos de cable de par trenzado, sendo o máis simple dos habitualmente empregados o cable de categoría 3, con dous fíos illados trenzados entre si que se agrupan en 4 pares dentro dunha envoltura de plástico. A finais dos 80 empezaron a ser máis comúns os cables de categoría 5, similares aos anteriores pero con unhas características que permitían a transmisión de datos a maior distancia e un maior ancho de banda. As seguintes evolucións (5e, 6, 7) continúan a tendencia cara un maior ancho de banda e rendemento. Todos estes tipos de cableado coñécense como UTP (Unshielded Twisted Pair), e hoxe en día gozan dunha gran popularidade non soamente gracias ás redes de telefonía, senón tamén ás redes Ethernet que empregan maioritariamente esta tecnoloxía.

En xeral podemos dicir que entre os medios de transmisión guiados que se empregan con frecuencia os cables de par trenzado é o que ofrece un rendemento máis feble. É propenso ás interferencias, o nivel de ruído aumenta moito coa distancia, e ademais o ancho de banda é relativamente pequeno cando pretendemos que o cable cubra distancias máis alá duns centos de metros. E sen embargo, a súa utilización está moi estendida.

As razóns son a facilidade de instalación, o baixo prezo e que o baixo rendemento en distancias medianas e longas non é tan problemático en distancias curtas, polo que é moi popular para o uso en redes LAN. Ademais xa se comentaba anteriormente que en moitos países a extensión da telefonía fixo que se tendesen cables de cobre por case toda a súa xeografía, de xeito que cando despertou o interese pola transmisión de datos, o uso do cable de par de cobre xa existente era a opción máis rápida e barata para dar servizo aos clientes que non requirisen un ancho de banda moi elevado. De todos xeitos, no que se refire ás liñas de acceso a Internet o cable de par de cobre parece condenado a desaparecer ante as crecentes necesidades de ancho de banda das pequenas empresas e os usuarios domésticos. Non é así no que respecta ás LAN, onde parece que a substitución por outros medios de mellor rendemento como a fibra óptica non parece inminente.

16


4.2.2 Coaxial.

O cable coaxial conta coa vantaxe sobre o de pares dunha mellor blindaxe, o que permite abarcar tramos maiores. Consiste nun arame de cobre como núcleo, rodeado dun material illante forrado con un condutor cilíndrico, normalmente unha malla de cobre. Esta malla cúbrese cunha envoltura de plástico.

A boa blindaxe fixo que os cables coaxiais fosen no seu momento as estrelas na creación de redes de telefonía no que se refire ás grandes distancias, pero as melloras introducidas pola fibra óptica fan que o seu uso quede hoxe en día restrinxido á televisión por cable, incluíndo moitas desas compañías o uso da Internet dentro da súa oferta ao igual que as de telefonía co ADSL.

4.2.3 Fibra óptica.

A fibra óptica ten un funcionamento moi distinto ao dos medios anteriores. Mentres que o cable de cobre transmite electricidade, a fibra óptica transmite os datos mediante o envío de pulsos de luz. A distinta natureza da luz con respecto á electricidade fai que con unha construción da fibra óptica axeitada os impulsos de luz que se envían pola mesma queden atrapados dentro, sen radiar ningunha enerxía ao exterior nin recibir ningunha interferencia en forma de luz do exterior.

As vantaxes deste sistema son tremendas, acadando velocidades de transmisión a grandes distancias moi superiores ás taxas de transferencia internas dos dispositivos electrónicos actuais. É dicir, os límites para a transmisión de datos por fibra óptica non están tanto na capacidade da propia fibra como nas limitacións dos equipos electrónicos que a empregan.

Un sistema óptico ten 3 compoñentes:

• Fonte de luz. Transforma a electricidade en luz, de xeito que adaptaremos o sinal eléctrico ao noso medio. Normalmente empréganse díodos láser (de maior calidade) ou LED (máis económicos).

• Medio de transmisión. É a fibra óptica, que permite que introduzamos luz por un extremo e que a conducirá case sen perda de potencia ata o outro extremo, aínda a distancias moi grandes de varios centos de quilómetros.

17


• Detector. Realiza a tarefa inversa á fonte, é dicir, transforma a luz en electricidade para que poida ser empregada polos equipos electrónicos receptores. Empréganse fotodiodos.

A fibra óptica consta dun núcleo de vidro con un revestimento tamén de vidro fabricado de xeito coidadoso para que a luz que penetre no núcleo non se perda (segundo a calidade da fabricación distinguiremos entre fibra monomodo, de maior calidade, e multimodo). O núcleo é dun grosor extremadamente pequeno, comparable e incluso menor que o do cabelo humano. Para aproveitar as guías varias fibras se agrupan dentro dunha mangueira de fibras.

Debido a que os estudos ópticos empregaron sempre a lonxitude de onda en vez da frecuencia, é común expresar as bandas de transmisión por fibra óptica en unidades de lonxitude en vez de frecuencia (no apartado 1.1 víamos que existía unha equivalencia directa entre ambos, aspecto que repasaremos ao falar dos medios sen fíos). Dependendo da tecnoloxía de fabricación da fibra, do emisor e do receptor, pódense empregar 3 bandas distintas na transmisión de datos por fibra óptica (bandas de 0.85, 1.3 e 1.55 micras). Cada unha delas dispón dun ancho de banda de aproximadamente 25-30 THz, o que supera en varias magnitudes ao ancho de banda dos demais sistemas de transmisión guiados, aspecto ao que engadiremos a menor atenuación coa distancia.

A capacidade das redes de fibra óptica é moi elevada, e ademais o material de fabricación é extremadamente barato, dado que se trata xustamente do principal compoñente da codia terrestre. Aínda que o proceso de fabricación non é tan económico, o problema para a popularización desta tecnoloxía en redes LAN o supón a necesidade de empregar convertedores de sinal eléctrica en óptica e viceversa, xa que estes elementos si que son considerablemente máis caros que os exclusivamente eléctricos. Neste tipo de redes o seu uso vese restrinxido á necesidades especiais, tanto dun ancho de banda especialmente alto como o uso de redes de transmisión de datos en condicións ambientais desfavorables (calor, interferencias electromagnéticas elevadas, necesidade de limitar o peso da instalación...).

En redes WAN, sen embargo, o número de convertedores é moi baixo en relación coa distancia recorrida polos cables, e o rendemento con respecto á distancia do cable de fibra óptica mellora en tal medida ao do cobre que este practicamente desapareceu deste campo. Do mesmo xeito a fibra óptica está a substituír ao cobre no bucle de abonado, é dicir, no acceso do usuario á Internet.

18


Un dos factores a ter en conta é que, dado que a transmisión por fibra óptica é moito máis rápida que a xestión de datos en medios eléctricos, pode resultar difícil alimentar de datos unha fibra óptica. Para isto se emprega a técnica de WDM, ou multiplexación no dominio da lonxitude de onda. Nesta técnica, se convirte o sinal procedente de varias fontes eléctricas en un número similar de sinais ópticas. Cada sinal modúlase a unha lonxitude de onda, que é transmitida por unha fibra óptica. Combinando varias de estas fontes, e posteriormente varios dos sinais transmitidos nunha soa fibra, a velocidade de transmisión por unha soa fibra pode acadar valores moi elevados.

4.3 Medios sen fíos.

A transmisión de información por medios sen fíos é unha das tendencias que maior crecemento están tendo nos últimos anos. Se os 90 foron a época da popularización de Internet e o inicio do século XXI estivo marcado polo acceso a Internet por banda ancha, a revolución dos últimos anos é a carreira por dispoñer de acceso ás redes de información desde calquera punto, sen necesidade de ningún cable que conecte o noso equipo fisicamente con outros. Non debemos esquecer, sen embargo, que este cambio ten un prezo. Por un lado as interferencias de uns equipos con outros, xa que equipos de redes totalmente distintas comparten o medio de transmisión, e por outro a falta de seguridade intrínseca a un medio compartido, sen esquecer os posibles problemas médicos cuxo estudo está aínda en fase preliminar, ou as dificultades para prever cal será o funcionamento da rede ante do seu despregamento debido ás múltiples fontes de ruído e interferencias.

4.3.1 Ondas terrestres.

As ondas electromagnéticas foron estudadas a partir do século XIX por parte de Maxwell desde o punto de vista teórico e por Hertz desde o punto de vista práctico. Ditas ondas veñen marcadas pola súa frecuencia f. medida en hertzios, e a distancia entre dous puntos iguais da onda no mesmo momento chámase lonxitude de onda λ e mídese en metros. As dúas características relaciónanse

19


entre si e coa velocidade da luz c segundo a fórmula λf=c. É dicir, dado que a velocidade da luz é constante o aumento da frecuencia supón unha diminución da lonxitude de onda e viceversa.

Cando falamos da atmosfera atopámonos con un medio que é bo condutor das ondas electromagnéticas. Sen embargo, dependendo do uso que busquemos unha ondas serán máis ou menos adecuadas. Se queremos cubrir grandes distancias, atopamos que as ondas electromagnéticas de frecuencias baixas poden recorrer unha distancia maior, pero como vimos con anterioridade unha frecuencia de transmisión baixa implica unha velocidade de transmisión de datos tamén baixa. Ademais, se empregamos ondas de alta frecuencia o comportamento das mesmas cando atopa obstáculos tamén cambia, xa que a onda rebota en paredes ou outro tipo de obstáculos, incluíndo as gotas de choiva. Polo tanto, cando aumentamos a frecuencia aínda que o rendemento das redes de comunicación aumenta tamén o fai a súa sensibilidade ao medio de transmisión, sexan fenómenos meteorolóxicos ou obstáculos como paredes.

4.3.1.1 Radiotransmisión.

As ondas de radio teñen a vantaxe de poder viaxar distancias longas e penetrar edificios, ademais de propagarse en todas as direccións, polo que o seu uso e moi axeitado para a difusión de medios de comunicación como a radio e a televisión. Sen embargo, estas características poden ser pouco axeitadas se queremos empregar un sistema de comunicación bidireccional, así como se estamos preocupados pola confidencialidade da transmisión.

20


4.3.1.2 Microondas.

A partir de aproximadamente os 100 MHz as ondas viaxan el liña recta en vez de facelo de xeito omnidireccional, e poden enfocarse nun feixe estreito. Polo tanto, para transmitir tanto emisor como receptor deben estar aliñados, normalmente empregando antenas parabólicas. Este sistema ofrece varias vantaxes, sendo a principal que o maior ancho de banda permite a transmisión de datos a moita maior velocidade, sen esquecernos de que a direccionalidade permite unha confidencialidade maior, aínda que escasa en comparación cos medios guiados. Sen embargo, estas vantaxes non chegan sen os seus problemas.

• Debido á propagación en liña recta e a curvatura da terra non é posible transmitir a grandes distancias mediante este sistema, que ten que apoiarse en antenas situadas en torres elevadas para poder chegar a un radio de acción máis longo.

• O desvanecemento por múltiples traxectorias, que consiste en que as ondas rebotan nos obstáculos e poden chegar repetidas ao receptor. Deste xeito, os receptores deben ser capaces de discriminar o que é un sinal repetido do que é sinal orixinal, non sempre fácil. Se lembramos os receptores de televisión analóxica, non era estraño ver unha imaxe con outra como con néboa detrás lixeiramente atrasada.

• A absorción polo auga, base do funcionamento dos fornos microondas, que en algunhas frecuencias é moi elevada e polo tanto supón que a choiva ou os paxaros poidan supor un obstáculo para as comunicacións.

Pese a estes problemas, hoxe en día a banda das microondas é a máis empregada na comunicación, na parte baixa do seu espectro para a difusión de radio e televisión e na parte máis alta para a transmisión de datos especialmente en redes de área local. Neste ámbito compiten cos medios guiados non soamente pola comodidade que supón non depender dun cable, senón polo barato da instalación ao non ter que introducir cables. Tamén este aspecto é decisivo para que se empreguen para algún enlace a maior distancia, xa que a obtención de permisos para estender cable é moi complicada, e incluso está vetada para as empresas que non teñen licencia de operador de telecomunicacións. Wi-Fi, telefonía móbil ou Bluetooth son algunhas das aplicacións que empregan esta banda.

É importante coñecer que o uso das bandas de microondas está regulado. É dicir, para empregar algunha desas frecuencias teño que dispoñer dunha licencia, ou ben empregar unha banda ISM, que é como se coñecen as bandas libres que pode empregar calquera usuario sempre que o faga con un dispositivo que se axuste á lexislación ao respecto. Isto fai que non podamos empregar as bandas de telefonía móbil para unha rede de área local, e que se queremos montar unha rede empregando a banda das microondas teñamos que elixir algunha das alternativas que se nos ofrecen a través de estándares recoñecidos e legalizados no país correspondente.

21


4.3.1.3 Infravermellos, milimétricas e ondas de luz.

Esta parte do espectro é moi pouco empregada debido a que os sólidos constitúen un obstáculo para este tipo de ondas, e ademais a completa direccionalidade da onda supón que sexa necesaria a visibilidade directa entre emisor e receptor. En algunhas ocasións pode empregarse esta característica por motivos de seguridade, pero en xeral supón un problema que fai moi pouco atractiva esta banda, empregada normalmente en sistemas como os mandos a distancia.

4.3.1.4 Política do espectro electromagnético.

Para evitar o caos no uso do espectro electromagnético existen acordos nacionais e internacionais para regular o uso do mesmo. Os gobernos asignan zonas do espectro para a radio, a televisión e a telefonía, concedendo licencias de transmisión a distintos operadores, reservan bandas para exército, goberno, policía e outros usos. A nivel mundial a ITU-R trata de coordinar a asignación entre os países, aínda que non sempre todos os gobernos seguen as súas indicacións.

Outro enfoque supoñen as bandas ISM das que falábamos anteriormente, reservadas a distintos dispositivos que empregan tecnoloxías que reducen a interferencia entre os mesmos e que poden operar sen licencia. Deste xeito, as tecnoloxías de rede local sen fíos empregan estas bandas para permitir que un usuario de empresa ou doméstico poida montar a súa propia rede Wi-Fi sen necesidade de pasar polo proceso de obtención de licencia, co inconveniente de que é moi posible que outros usuarios ou empresas poidan montar a súa propia rede supoñendo polo tanto unha fonte de interferencia.

4.3.2 Satélite.

Os sistemas de satélite comezan a empregarse a partir dos anos 60 co desenvolvemento da carreira espacial. Os satélites de comunicacións constan de numerosos transpondedores que se se encargan cada un dunha parte do espectro, amplificando un sinal que chega da terra e repetindo o mesmo amplificado para que chegue ao receptor. O feixe pode ser amplo para cubrir unha parte importante da superficie da Terra, algo que é moi útil para a difusión de sinais de TV, por exemplo, ou estreito para cubrir unha zona máis pequena e poder empregar a frecuencia noutra zona sen interferencias.

O uso dos sistemas de satélite está cada vez máis restrinxido ao seu uso para a difusión de sinal de TV, pese a que persiste a súa utilidade para cubrir zonas nas que non é posible o acceso a Internet ou telefonía debido ás dificultades xeográficas.

22


Existen varios tipos de satélite segundo a súa distancia á terra:

• GEO: Satélites de órbita xeoestacionaria, que cobren gran parte do globo terráqueo e permiten cubrir todo el con soamente 3 satélites. O termo xeoestacionario indica que o satélite sitúase sempre sobre o mesmo punto da Terra, seguindo o movemento de rotación da mesma. Empréganse moi habitualmente en sistemas de difusión de televisión. Outra aplicación é a do uso de VSATs, onde cada satélite emprega varios transpondedores coa mesma frecuencia para cubrir distintas zonas, de xeito que varias antenas en terra poidan empregar a mesma frecuencia se están situadas en zonas afastadas. Este sistema é o empregado para dar acceso a Internet en zonas onde o acceso por redes de cable ou móbil non está dispoñible, xa que non require máis infraestrutura por parte do cliente que unha antena parabólica que non ten que estar conectada a ningunha rede terrestre. Sen embargo, problemas como o retardo ou o propio custe da antena fan que o seu desenvolvemento non cumpra as expectativas creadas nun principio.

• MEO: Satélites de órbita terrestre media, con menor altitude que os xeoestacionarios, desprázanse dando a volta á Terra nunhas 6 horas, polo que é necesario o uso de varios para cubrir unha zona. Empréganse en aplicacións como o GPS.

• LEO: Satélites de órbita terrestre baixa, que se moven rapidamente en torno á Terra. Ao estar moi preto da terra o retardo de propagación é baixo e por iso empréganse en sistemas de telefonía globais, que hoxe en día están perdendo claramente a partida na loita coas redes de telefonía móbil terrestres. Conservan o seu nicho de mercado nas comunicacións marítimas e en zonas pouco poboadas ou desenvolvidas.

23


5 Cableado estruturado.

As normas definidas para o cableado definen unha serie de categorías de cable que garanten unhas determinadas prestacións nas transmisións no mesmo. Desta maneira defínense as bases do cableado estruturado, establecendo os tipos de cable que se utilizarán nas distintas liñas de comunicación da rede.

Ademais, o cableado estruturado define a organización que se debe seguir á hora de cablear un edificio. Cando o número de dispositivos que utilizamos e a cantidade de cable é grande, é moi importante seguir estas normas para conseguir unha boa organización e estrutura física da rede.

No cableado estruturado, para comezar, distingue entre o cableado horizontal, que une os equipos dunha planta na rede, e o cableado vertical ou backbone, que une as distintas plantas do edificio. Mediante esta división, establécese unha plataforma estandarizada e aberta para a distribución do cableado co obxectivo de obter as mellores prestacións da rede. Ademais, o cableado estruturado incorpora unha serie de elementos que mellora a organización e o funcionamento da rede, como son:

24


• Armarios ou racks de distribución: Os armarios ou racks de distribución poden crear máis sitio para os cables naqueles lugares onde non hai moito espazo libre no chan. O seu uso axuda a organizar unha rede que ten moitas conexións.

• Paneis de conexións ou de parcheo: Colocados dentro dos armarios de distribución, serven para organizar mellor o cableado que vai conectarse nos dispositivos de interconexión.

• Canaletas: Son estruturas normalmente de plástico que se pegan á parede ou ao chan e recollen o cableado no seu interior. As canaletas tabicadas inclúen unha separación interior para separar os cables de datos dos cables de alimentación.

• Bridas, tubos corrugados e etiquetas identificativas: Elementos plásticos que permiten agrupar e identificar os distintos cables.

• Rosetas: Estes conectores RJ-45 dobres ou simples conéctanse en paneis de conexións e placas de parede.

• POP (Point of Presence): Chamado tamén acometida, é o lugar onde a operadora de telecomunicacións instala o seu punto de acceso. En algúns casos é simplemente unha roseta, ou un pequeno armario de comunicacións onde se conecta a rede de área local co exterior.

• IDF/MDF (Intermediate/Main Distribution Facility): Son os lugares onde se situan os equipos: racks de distribución, concentradores, conmutadores, enrutadores, servidores. Normalmente consiste nun armario estandarizado ou rack onde se conectan os distintos elementos do cableado xunto coas máquinas antes mencionadas. A entidade de estandarización EIA especifica que debe haber 1 IDF por cada 1000 m2 de área de traballo. O MDF é de todos estes armarios o máis próximo ao POP, e conéctase a el para dar o acceso á WAN. Os IDF conéctanse entre si a través do MDF.

25


Índice 1 Conceptos básicos sobre sinais.........................................................................................................1

1.1 Conceptos Matemáticos............................................................................................................1 1.2 Conceptos físicos......................................................................................................................2

1.2.1 Lei de Ohm........................................................................................................................2 1.2.2 Ganancia e decibelios. Ruído............................................................................................3 1.2.3 Espectro dun sinal e ancho de banda. Distorsión..............................................................3 1.2.4 A voz humana....................................................................................................................4

1.3 O espectro electromagnético.....................................................................................................5 2 Modos de transmisión. Tipos de transmisión...................................................................................7

2.1 Tipos de transmisión segundo o sincronismo...........................................................................7 2.2 Tipos de transmisión segundo o número de liñas de comunicación.........................................7 2.3 Tipos de transmisión segundo o tipo de sinal...........................................................................8 2.4 Tipos de transmisión segundo o sentido da transmisión...........................................................8

3 Codificación e modulación de datos.................................................................................................9 3.1 Modulación...............................................................................................................................9 3.2 Codificación............................................................................................................................10 3.2.1 Tipos de codificación dos sinais dixitais..............................................................................10 3.3 Multiplexación........................................................................................................................11

4 Medios físicos de transmisión........................................................................................................14 4.1 Conceptos básicos...................................................................................................................14

4.1.1 Taxa de datos máxima dunha canle. Nyquist e Shannon...............................................15 4.2 Medios guiados.......................................................................................................................16

4.2.1 Par de cobre.....................................................................................................................16 4.2.2 Coaxial............................................................................................................................17 4.2.3 Fibra óptica.....................................................................................................................17

4.3 Medios sen fíos.......................................................................................................................19 4.3.1 Ondas terrestres...............................................................................................................19 4.3.1.1 Radiotransmisión.........................................................................................................20 4.3.1.2 Microondas...................................................................................................................21 4.3.1.3 Infravermellos, milimétricas e ondas de luz................................................................22 4.3.1.4 Política do espectro electromagnético..........................................................................22 4.3.2 Satélite.............................................................................................................................22

5 Cableado estruturado......................................................................................................................24

26

Education

Conexions de rede a nivel fisico