1 1. INTRODUCCIÓN ........................................................... - Blearning
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<strong>1.</strong> <strong>INTRODUCCIÓN</strong> ............................................................... 2<br />
Tipos de redes de comunicación .................................................... 4<br />
Protocolos y arquitectura de protocolos ............................................... 9<br />
Modelo de referencia OSI ........................................................ 10<br />
Arquitectura de protocolos TCP/IP .................................................. 14<br />
2. NIVEL FÍSICO .............................................................. 17<br />
Transmisión de datos ........................................................... 17<br />
Medios de transmisión........................................................... 28<br />
Codificación de datos ........................................................... 33<br />
Interfaces de capa física ......................................................... 39<br />
3. NIVEL DE ENLACE ........................................................... 44<br />
Control de Enlace .............................................................. 44<br />
Funciones del nivel de enlace.................................................... 44<br />
Mecanismos de corrección de errores (recuperación después de los errores) ................. 60<br />
Gestión del enlace (SLIP, PPP, HDLC)............................................. 66<br />
Técnicas de acceso al medio compartido ............................................. 68<br />
Reserva (TDM, FDM, WDM, CDM)................................................ 68<br />
Contienda (ALOHA y CSMA) .................................................... 69<br />
Selección (Paso de Testigo)..................................................... 74<br />
Redes de Área Local............................................................ 74<br />
1
<strong>1.</strong> <strong>INTRODUCCIÓN</strong><br />
Definiciones:<br />
PROCESAMIENTO INFORMÁTICA<br />
INFORMACIÓN TELEMÁTICA<br />
TRANSMISIÓN TELECOMUNICACIÓN<br />
Redes de ordenadores: colección de ordenadores autónomos<br />
Telecomunicación: “comunicación a distancia”<br />
de cm. a millones de km.<br />
intercambio de información (entre hombres o máquinas)<br />
Telecomunicación<br />
BILATERAL / UNILATERAL<br />
SIMETRICA / ASIMETRICA<br />
La comunicación es bilateral si el dialogo se produce en los dos sentidos,<br />
aunque también puede ser unilateral (radio, TV,...).<br />
La comunicación es simétrica si los dos utilizan el mismo procedimiento<br />
para transmitir, y es asimétrica si utilizan protocolos distintos.<br />
Las redes de ordenadores son bilaterales y simétricas.<br />
MODELO DE SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN<br />
FUENTE TRANSMISOR RED RECEPTOR DESTINO<br />
La fuente es la que genera la información a trasmitir (ordenador, persona<br />
al teléfono). Dependiendo de la fuente la información tendrá un formato u otro<br />
(101110<strong>1.</strong>., voz, ...).<br />
El transmisor transforma los datos a transmitir en señales<br />
electromagnéticas susceptibles de ser transmitidas por la red.<br />
La red es un conjunto de recursos/facilidades que permite transmitir<br />
señales electromagnéticas de un origen a un destino.<br />
El receptor recoge las señales electromagnéticas y las convierte en un<br />
formato que entiende el destino (información de salida).<br />
El destino es quien recibe la información que genera el origen.<br />
Ej. de red telefónica<br />
Persona TLF. RED TLF. TLF. Persona2<br />
Ej. de red de ordenadores<br />
Ordenador1 modem, RED RECEPTOR Ordenador2<br />
tarjeta de<br />
interfaz de<br />
red<br />
Normalmente está integrado en el ordenador.<br />
2
TRANSMISION: Proceso de envío de información a través de la red. En general. la<br />
información hay que traducirla a una forma electromagnética para poder<br />
transmitirse por la red.<br />
Señal: representación como onda electromagnética de la información.<br />
Protocolo de comunicación: Normas de funcionamiento y formatos de señal que<br />
introducen normas y una disciplina en el proceso de transmisión.<br />
Los protocolos de comunicación necesitan el intercambio de señales<br />
auxiliares que no representan información. A estas señales se las denomina<br />
señalización.<br />
El sistema de comunicación mas sencillo serían dos<br />
ordenadores conectados por un medio de transmisión.<br />
Tipos de medio de transmisión:<br />
La red sería el<br />
medio de transmisión.<br />
• GUIADOS: La transmisión se realiza confinando la señal electromagnética en el<br />
interior de un medio sólido (cables metálicos o fibra óptica).<br />
• NO GUIADOS: la señal se transmite sin encerrarlas en ningún medio. En el<br />
vacío o en la atmósfera (transmisión inalámbrica).<br />
Ej. Red con tres equipos.<br />
Necesitamos 3 medios de transmisión<br />
y 2 puntos de transmisión en cada<br />
equipo con E/S de datos.<br />
Ej. Red con 4 equipos<br />
- 6 medios de transmisión.<br />
- 3 interfaces de comunicación<br />
en cada equipo.<br />
Ej. Red con N equipos.<br />
N(N-1)/2 medios de transmisión.<br />
N-1 interfaces por cada equipo.<br />
A mayor número de equipos crece la necesidad de medios e interfaces, por<br />
ello surge el concepto de RED DE COMUNICACIONES, sistema compartido que permite<br />
reducir el número de medios de transmisión necesarios e interfaces en cada<br />
máquina.<br />
Ahorramos en medios e interfaces, solo uno por cada equipo conecta do a la<br />
red.<br />
3
Tipos de redes de comunicación<br />
Según su modo/técnica de comunicación.<br />
- Punto a punto (redes dedicadas o malladas).<br />
- Difusión.<br />
- Conmutación.<br />
REDES PUNTO A PUNTO (DEDICADAS O MALLADAS)<br />
Existe un medio de transmisión dedicado entre cada pareja de equipos de la<br />
red.<br />
Ventaja: son sencillos si el número de equipos es pequeño.<br />
Desventaja: coste y complejidad cuando el número de equipos a conectar es<br />
elevado.<br />
También se llaman malladas porque se tiende una malla entre todos los<br />
equipos.<br />
REDES DE DIFUSIÓN<br />
Existe un único medio de transmisión compartido por todos los equipos de<br />
la red.<br />
Ej. Redes de radios por paquetes, se comparte el espacio radioeléctrico<br />
emitiendo a una misma frecuencia.<br />
Redes de satélite:<br />
Redes telef.<br />
Ventajas:<br />
- Solo tenemos un medio de transmisión.<br />
- Si se quiere llegar a todos sólo se transmite una vez.<br />
Desventajas:<br />
- Hay que regular el medio compartido para que no emitan a la vez dos<br />
estaciones. Hay que repartir el turno de emisión, lo que se llama<br />
multiplexación.<br />
- Falta de privacidad, lo que una transmite las demás estaciones lo escuchan.<br />
(ej. lo que manda un satélite es rebotado a todas las antenas).<br />
- La capacidad del medio de transmisión es finita, por lo que a mayor número de<br />
estaciones menos medio de transmisión.<br />
REDES DE CONMUTACIÓN<br />
En los dos anteriores siempre hay un medio de transmisión entre el origen<br />
y el destino, propio o compartido.<br />
En las redes de conmutación los equipos<br />
luego al destino.<br />
nodo de<br />
conmutación<br />
de la red no se comunican unos con otros,<br />
sino que se conectan a nodos de conmutación<br />
de tal manera que cuando un equipo manda<br />
información a otro, primero se lo manda al<br />
nodo de conmutación, luego al otro nodo y<br />
4
En el interior de la red, los nodos estarán conectados entre sí, en malla<br />
si son pocos o utilizando otro medio de transmisión si son muchos, pero siempre<br />
existiendo un camino de transmisión entre un equipo y otro. Es bueno que haya<br />
mas de un camino.<br />
red telefónica : central<br />
internet : router nodo de conmutación<br />
X25 : conmutador<br />
Dependiendo de cómo trabaje el nodo conmutación, se distingue:<br />
- Red de conmutación de circuitos (ejemplo telefónica)<br />
- Red de conmutación de mensajes (teórica no existe)<br />
- Red de conmutación de paquetes (datagramas y circuitos virtuales)<br />
RED DE CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS<br />
Se basa en que haya varios enlaces entres los nodos de conmutación.<br />
antes eran cables<br />
con varios hilos<br />
ahora no<br />
La comunicación ocurre en tres fases:<br />
1ª fase: establecimiento de circuito (ejemplo marcar teléfono). A quiere<br />
comunicarse con B, se lo comunica a su nodo y el nodo busca como ir a B y<br />
conecta la entrada con la salida por un enlace libre.<br />
Es como si tuviéramos físicamente un medio de transmisión desde A a B<br />
empalmando segmentos de medios de transmisión.<br />
2ª fase: transferencia de información.<br />
3ª fase: liberación de la conexión (colgar el teléfono).<br />
Se anuncia a los nodos de conmutación que ya a finalizado la comunicación y<br />
se liberan los enlaces para poderse volver a utilizar en otra comunicación.<br />
t<br />
A 1 2<br />
Petición de establecimiento<br />
de llamada<br />
I<br />
3 B<br />
no hay enlace<br />
libre (comunica)<br />
se deja de oir el tono de<br />
llamada<br />
liberación de<br />
conexión (colgar)<br />
I<br />
Solo retardo de<br />
propagación en el<br />
medio<br />
I<br />
I: decide por que camino va a ir.<br />
Una vez que se establece el<br />
circuito solo hay retardo de<br />
propagación.<br />
Ventajas: Una vez establecido el circuito es como si tuviésemos un enlace<br />
dedicado, medio de transmisión de uso exclusivo durante la comunicación.<br />
Desventajas: Pensada para voz (uso teléfono), no es adecuada para la transmisión<br />
de datos porque el tiempo de establecimiento es relativamente alto<br />
(aproximadamente un segundo en red telefónica clásica o décimas en red digital<br />
pero aun así es mucho).<br />
La transmisión de ordenadores es muy impulsiva, a veces se transmite mucho<br />
y otras veces muy poco (ej. navegar por internet).<br />
El establecimiento permanente es caro, telefónica te cobra por t iempo<br />
porque estas ocupando un recurso aunque no transmitas. Lo óptimo es utilizar<br />
5
solo la red cuando estas transmitiendo pero en este tipo de red esto no es<br />
posible.<br />
Cuando hay congestión en la red el servicio se degrada de forma irregular,<br />
o tienes servicio o no tienes, o llamas o comunicas. Es mejor que el servicio se<br />
degrade de forma equitativa.<br />
Ejemplos de este tipo red es la red telefónica o la red RDSI.<br />
RED DE CONMUTACIÓN DE MENSAJES<br />
Pensados para transmitir datos en la que los<br />
nodos de conmutación son ordenadores que<br />
disponen de memoria.<br />
Cuando un equipo quiere transmitir se lo manda a su nodo de conmutación,<br />
le añade una cabecera al mensaje indicando que el destinatario es la máquina B.<br />
El no de conmutación cuando lo recibe lo almacena, examina la dirección de<br />
destino y reenvia el mensaje al siguiente nodo de conmutación hasta que llega a<br />
B.<br />
Son redes de almacenamiento y reenvio<br />
A 1 2 3 B<br />
B<br />
I<br />
B<br />
I<br />
B<br />
nodo de<br />
conmutación<br />
No hay establecimiento de circuito, se pone el<br />
destino en la cabecera. Cuando llega al nodo, se<br />
almacena, se decide el siguiente nodo y se reenvía.<br />
I: retardo de duración variable. Puede que el<br />
nodo de conmutación este libre y lo procese, pero si<br />
est saturado los almacena y los ira sirviendo por<br />
turnos. Solo se transmite un mensaje a la vez.<br />
Ventaja: Cuanto mas aumenta la carga aumenta el retardo para todos pero se<br />
mantiene el servicio.<br />
Inconveniente: Si no definimos un tamaño máximo de mensaje no es viable. Se<br />
satura el espacio de almacenamiento del nodo y no se puede enviar o que provoque<br />
un retardo. Hay que acotar el tamaño de mensaje porque el retardo se va<br />
propagando en cada nodo. Si se supera el tamaño hay que fragmentar el mensaje en<br />
paquetes.<br />
RED DE CONMUTACIÓN DE PAQUETES<br />
I<br />
B<br />
Hay un tamaño máximo de mensaje si se supera se fragmenta en paquetes. Según<br />
como se envíen los paquetes tenemos RCP por datagramas o por circuitos<br />
virtuales.<br />
- Datagramas: cada fragmento posee una cabecera indicando el destino y un<br />
número de secuencia (que trozo es del mensaje original) y cada paquete se<br />
envía por separado de forma independiente.<br />
Inconvenientes:<br />
Cada fragmento tendrá la dirección de destino, luego para cada paquete, la<br />
red debe ver la dirección y decidir hacia donde enviarlo. Mensaje divido en<br />
6
mil -> mil decisiones. Lo que da problema al implementarlo para alta<br />
velocidad.<br />
En la red de conmutación puede haber distintos caminos entre dos nodos -><br />
los paquetes pueden ir por distintos caminos según el estado de la red (unos<br />
por uno y otros por otro) lo que obliga a que el receptor almacene todos los<br />
fragmentos para después ordenarlos, lo que implica capacidad de procesamiento<br />
y memoria en el receptor. Si queremos que el terminal receptor sea muy<br />
sencillo no vale.<br />
Ventaja:<br />
Es una tecnología muy sencilla. Ej. de red -> Internet, las redes que se<br />
basan en protocolo IP.<br />
- Circuitos virtuales: se crea un circuito por el que irán todos lo paquetes<br />
por lo que llegarán ordenados.<br />
Se comienzan a enviar<br />
cuando llega el primer<br />
paquete -> mas rápido<br />
que conmutación por<br />
paquetes normal<br />
A<br />
1<br />
2<br />
retardo variable.<br />
Mira cabecera y<br />
actúa depende de<br />
congestión de red<br />
Se busca que la decisión de encaminamiento se tome una única vez. Esto se<br />
consigue realizando la comunicación en tres fases.<br />
- Establecimiento del circuito virtual. Se manda un paquete especial a la red<br />
que indica que se quiere establecer el circuito virtual con otro equipo. A<br />
esta petición la red contesta asignando el identificador de circuito virtual<br />
y el nodo decide hacia donde se enviarán anotando en la tabla de<br />
encaminamiento que circuito virtual se corresponde con que nodo. Este otro<br />
nodo hace el mismo proceso y en su tabla se hace lo mismo. Una vez<br />
establecido el C.V. se le indica al origen que puede enviar datos. El<br />
establecimiento será bidireccional.<br />
- Comunicación. En los paquetes se añade una cabecera donde aparece el C.V. al<br />
que pertenece. Así se evita tomar la decisión de encaminamiento varias veces.<br />
Si se cae un nodo se vuelve a establecer el C.V. Se denomina circuito virtual<br />
porque el circuito físicamente no existe. En la conmutación de circuitos esto<br />
se reservaba físicamente. Ahora sino transmitimos no consumimos.<br />
- Desmantelación del circuito virtual.<br />
Es eficiente si trabajamos en redes de alta velocidad y se mandan muchos<br />
paquetes (con pocos mejor datagramas).<br />
Otra ventaja es que el identificador es mas pequeño que la dirección por lo<br />
que la cabecera es menor que los datagramas.<br />
Ej. de conmutación de circuitos virtuales: X25, Frame Relay (paquete max de<br />
1600 bytes), ATM (tamaño fijo de paquete de 53 bytes).<br />
Si se utiliza conmutación de circuitos virtuales y con tamaño de paquete<br />
pequeño y fijo -> conmutación de célula.<br />
Al desmantelar el C.V. se libera este, se borra en cada nodo la entrada de la<br />
tabla de encaminamiento.<br />
B<br />
A<br />
B<br />
7
Establecimiento<br />
de C.V.<br />
Liberación de<br />
C.V.<br />
La ganancia frente a datagramas se<br />
encuentra en el tiempo de decisión<br />
de encaminamiento que es mucho<br />
menor (*)<br />
Tarificación<br />
En red de conmutación de circuitos nos cobran por el tiempo que este<br />
establecido el circuito.<br />
En red de conmutación de paquetes por datagramas nos cobrarán por tráfico,<br />
que es cuando utilizamos recursos.<br />
En red de conmutación de C.V. cobran por tiempo que está establecido el<br />
circuito y por tráfico, (se cobra por tiempo para evitar que usuarios habrán<br />
circuitos y no los cierren).<br />
Clasificación de redes según su extensión:<br />
- Redes locales (LAN).<br />
- Redes metropolitanas (MAN).<br />
- Redes Extensas (WAN).<br />
*<br />
LAN: desde unos pocos ordenadores hasta un conjunto de edificios conectados<br />
entre sí.<br />
MAN: desde distancia algo mayor hasta una ciudad y su entorno.<br />
WAN: cubre una región. país, continente o toda la tierra.<br />
Los protocolos son distintos según el tamaño de la red. Las redes MAN<br />
están cayendo en desuso.<br />
Ahora se habla de redes “de sobremesa” (DAN) redes de tamaño de<br />
centímetros de alta velocidad que une un procesador con periféricos.<br />
Clasificación de redes según su explotación:<br />
- Redes privadas.<br />
- Redes públicas.<br />
Red privada: La posee una organización para darse servicio a si misma.<br />
Red pública: Propiedad de una organización que cobra su uso a otras empresas.<br />
Hay distintos protocolos según sea la red pública o privada, ya que en una red<br />
pública uno se debe ocupar de cosas que en una privada no, por ejemplo<br />
tarificación. La seguridad, en una red pública lo que emite un usuario solo debe<br />
leerlo el destinatario. Últimamente hay una tendencia a asociar LAN con privada<br />
y WAN con pública.<br />
8
Protocolos y arquitectura de protocolos<br />
Dada una red, habrá varios computadores y dispositivos, también habrá<br />
usuarios que la quieran utilizar, será necesario ponerse de acuerdo en el<br />
lenguaje (que se va a decir, como se va a decir y cuando se va a decir).<br />
Protocolo de comunicaciones: conjunto de reglas mutuamente aceptadas que<br />
rigen el diálogo entre los equipos de una red.<br />
El protocolo se compondrá de:<br />
- Sintaxis: formato de mensaje, que tipo de mensaje.<br />
- Semántica: significado de cada mensaje.<br />
- Temporización: cuando se pueden mandar los mensajes y las respuestas a estos.<br />
El orden y la secuencia de estos mensajes.<br />
Para realizar el protocolo debemos dividir el problema en subcapas para<br />
que sean más fáciles de atacar. Agrupando las funciones análogas. A esto se le<br />
denomina ataque estructurado. Esto lo hace la arquitectura del protocolo de<br />
comnicaciones, que descompone el problema de la comunicación de ordenadores en<br />
una serie de subproblemas (niveles o capas).<br />
Las arquitecturas mas importantes son OSI y TCP/IP<br />
9
Modelo de referencia OSI<br />
1977 ISO (Organización internacional de estandarización) crea un comité para<br />
definir una arquitectura de protocolo que pueda servir de referencia universal.<br />
A esta la denomina: Modelo de arquitectura de referencia de interconexión de<br />
sistemas abiertos (MARISA) o modelo de arquitectura de referencia OSI.<br />
Se publica en 1984 el ISO7498 que define la descomposición del problema de<br />
la comunicación en unos niveles.<br />
7. Aplicación<br />
6. Presentación<br />
5. Sesión<br />
4. Transporte<br />
3. Red<br />
2. Enlace<br />
<strong>1.</strong> Físico<br />
El objetivo de ISO era definir los 7 niveles y en cada nivel<br />
desarrollar normas.<br />
En esto fracasó, muchas no se han utilizado.<br />
El modelo de referencia OSI es jerárquico, cada nivel agrupa a un conjunto<br />
de funciones relacionadas y a su vez cada nivel hace uso de las contiguas para<br />
realizar sus funciones. Al dividir se buscaba que las funciones fuesen<br />
abordables y que el interfaz entre niveles fuese lo más sencillo posible. Está<br />
influenciado por la arquitectura SNA.<br />
Físico: es el único nivel que envía datos por la red, el resto hace uso<br />
del nivel inferior para dar un servicio a los superiores (este servicio es mas<br />
elaborado).<br />
Un nivel n hace uso de n-1 y ofrece servicio al n+<strong>1.</strong> Se dice que el nivel<br />
n hace uso del servicio n-1 y ofrece un servicio al nivel superior. El nivel n<br />
accede al nivel n-1 a través de un puntos de acceso al servicio. ( SAP Service<br />
Access Point), a su vez ofrece puntos de accesos al nivel superior, (estos<br />
puntos serán funciones). El conjunto de los puntos de acceso al servicio que<br />
ofrece un nivel, es el interfaz de ese nivel.<br />
Nivel Físico<br />
El mas bajo el único que utiliza el medio de transmisión para enviar y<br />
recibir datos. El servicio que ofrece es la transmisión y recepción de bits por<br />
un medio de transmisión. Para ello las normas de este nivel deben definir el<br />
medio de transmisión y sus conectores desde estos puntos de vista (mecánico,<br />
funcional, eléctrico y procedimental)<br />
- Mecánicamente: tamaño, forma, tipo de conector de cable.<br />
- Eléctricamente: las señales eléctricas, como vamos a representar el uno y el<br />
cero, la velocidad de la onda.<br />
- Funcionalmente: la utilidad de cada pin del conector, de cada hilo del medio<br />
de transmisión.<br />
- Procidementalmente: la secuencia necesaria (el orden) de las señales en el<br />
medio de transmisión.<br />
Ej. de normas de nivel físico: RS-232, V.*, ISDN, LAN.<br />
Nivel Enlace<br />
El servicio que ofrece es la transmisión-recepción fiable de tramas. Para<br />
ello realiza las siguientes funciones:<br />
- Control de errores (Detección/Corrección)<br />
- Delimitación de tramas.<br />
- Multiplexación.<br />
Control de errores<br />
En el medio habrá ruido por lo que en los bits que entrega el nivel físico<br />
puede haber errores. El control consiste en unos mecanismo para detectarlo e<br />
incluso corregirlos.<br />
Delimitación de tramas<br />
Consiste en distinguir las distintos mensajes que envía un ordenador<br />
(Trama = unidad de información a nivel de enlace. Paquete = unidad de<br />
10
información a nivel de red). Para delimitar, enmarcamos las información con bits<br />
de control, a esta información con bits de control se le llama frame (se tradujo<br />
como trama aunque es más correcto llamarlo marco).<br />
Multiplexación<br />
En redes de difusión hay un único medio para varios dispositivos, se debe<br />
compartir. Es necesario que se regule el acceso al medio, a esto se le denomina<br />
multiplexación del medio entre las estaciones.<br />
Protocolos de nivel de enlace: No tienen por que implementar todas las<br />
funciones.<br />
Ej. HDLC (común en enlaces punto a punto y redes conmutadas)<br />
SLIP<br />
PPP<br />
ISDN (red digital de servicios integrados) -> LAPB, LAPD<br />
LAN<br />
ISDN y LAN poseen funciones de nivel de enlace.<br />
Nivel de red<br />
Servicio: Transmisión y recepción de paquetes de extremo a extremo.<br />
Funciones:<br />
- Encaminamiento<br />
- Fragmentación y reensamblado.<br />
En una red de conmutación, el nivel físico cubre las<br />
conexiones entre los nodos y los nodos con equipos. El<br />
nivel de enlace permite que en cada salto no se produzcan<br />
errores.<br />
El nivel de red: se encarga de encontrar un camino de extremo a extremo. Por lo<br />
que este nivel en redes de punto a punto y en las de difusión prácticamente no<br />
es necesario, es en las de conmutación donde si es necesario.<br />
Encaminamiento<br />
Encaminar los paquetes de información para llegar a través de la red del<br />
origen al destino. Será necesario en las redes de conmutación y cuando haya<br />
distintas redes conectadas (router).<br />
Esto se consigue uniendo mediante equipos conectados punto a punto las<br />
distintas redes. Se necesitará un protocolo de nivel de red para encaminar de<br />
una red a otra.<br />
Fragmentación/reensamblado<br />
En todas las redes se establece un tamaño máximo de transmisión y<br />
normalmente el mensaje es mayor. El nivel de red fragmentará el mensaje para<br />
enviarlo, y en el destino reagruparlos para entregar el mensaje completo al<br />
nivel superior.<br />
Ej. de protocolos X.25, ATM, Frame Relay, IP.<br />
Nivel de transporte<br />
Servicio: Intercambio fiable de mensajes extremo a extremo entre<br />
aplicaciones.<br />
Funciones:<br />
- Control de pérdidas/duplicados.<br />
- Calidad de servicio.<br />
- Multiplexación de aplicaciones.<br />
Control de perdidas/duplicados<br />
Sabemos que lo que llega no lleva errores, pero se pueden perder paquetes<br />
por congestión en la red. Puede darse que a un nodo le lleguen paquetes por<br />
11
varios sitios que deben enviarse hacia un mismo nodo, por lo que se puede<br />
saturar la memoria del nodo de tal forma que algunos paquetes hay que<br />
desecharlos, el nivel de transporte se encargará de estos paquetes perdidos.<br />
Calidad de servicio<br />
El usuario impone unos requisitos por ejemplo retardo, aplicaciones como<br />
voz y vídeo tendrán estos requisitos. Estos requisitos se tendrán en cuenta en<br />
el nivel de transporte.<br />
Multiplexación de aplicaciones<br />
Si un usuario quiere tener varias aplicaciones simultáneas entre dos<br />
equipos de la red.<br />
Eso se consigue gracias a la multiplexación de<br />
aplicaciones que distingue que tráfico corresponde a<br />
cada aplicación.<br />
Ej. de protocolos: UDP (multiplexación de aplicaciones), TCP<br />
(multiplexación y recuperación debido a perdida), RTP (calidad de servicio).<br />
Nivel de sesión<br />
Servicio: Intercambio organizado de información.<br />
Función: Sincronización de diálogo entre los extremos.<br />
Hay aplicaciones en las que en todo momento ambos extremos deben estar<br />
totalmente seguros de en que punto de la comunicación se encuentran. Ej. en cada<br />
momento sólo uno puede trasnmitir, cuando ambos extremos deban estar perfectmane<br />
seguros de en que punto de la comunicación se encuentran. Ej. cajero automático<br />
y servidor (puede ser que el servidor diga que ya te lo ha dado y que después no<br />
te lo haya dado).<br />
Para esto es necesario que se intercambien muchos mensajes, para saber el<br />
estado de los dos. Generalmente se mete esta función dentro de la aplicación.<br />
Nivel de presentación<br />
Funciones:<br />
- Representación común de la información.<br />
- Comprensión.<br />
- Cifrado.<br />
Servicio: Intercambio de datos en formato uniforme.<br />
Representación de la información<br />
Los dos equipos que se comunican pueden utilizar formatos distintos para<br />
representar la información y al comunicarnos no sabemos el tipo de la otra<br />
máquina. Ej. ASCII, EBCDIC.<br />
La capa de presentación se encarga de esto.<br />
Ej. XDR (usado en TCP/IP).<br />
ASN.1 (es una norma ISO).<br />
Comprensión<br />
Tiene que ser el mismo algoritmo en los dos extremos.<br />
Cifrado<br />
Que la información sea accesible solo por el destinatario, esto se<br />
consigue gracias al cifrado.<br />
Nivel de aplicación<br />
No son las aplicaciones, estas están por encima. Este nivel es un conjunto<br />
de funciones o servicios de uso común para varias o muchas aplicaciones. Este<br />
nivel es muy complejo.<br />
Ej. Transferencia de ficheros, utilizado por muchas aplicaciones, como<br />
FTP, HTTP, mail.<br />
WEB<br />
FTP<br />
TELNET<br />
12
El modelo OSI de transporte para abajo es bastante correcto, pero de<br />
transporte (sesión, presentación, aplicación) para arriba se suele englobar en<br />
las aplicaciones.<br />
Transmisión de la información en OSI<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
RH<br />
TH<br />
SH<br />
PH<br />
AH<br />
Datos<br />
LH LT<br />
Paquete<br />
Trama<br />
PDU: Protocol Data Unit,<br />
cada nivel va a recibir<br />
un bloque del nivel<br />
superior y le va a añadir<br />
una cabecera y a ese<br />
conjunto se le va llamar<br />
la PDU de nivel n, que<br />
pasará al siguiente<br />
nivel.<br />
H Header<br />
T Tail<br />
La cabecera que se añade son bytes de control, se añade una cabecera en<br />
todos los niveles.<br />
El nivel de enlace también suele añadir una cola. A nivel físico no se<br />
añade nada.<br />
Generalmente el nivel de red cogerá la PDU del nivel de transporte y<br />
tendrá fragmentar los datos y añadir a cada uno la cabecera.<br />
13
Arquitectura de protocolos TCP/IP<br />
Esta arquitectura no se hizo teniendo en cuenta o habiendo definido una<br />
arquitectura y ha sido a principio de los 80 cuando se ha propuesto una<br />
arquitectura en la que encajan los protocolos TCP/IP.<br />
Así el auge de Internet y TCP/IP ahogó los protocolos que OSI comenzó a<br />
plantear.<br />
La arquitectura TCP/IP como esta hecha a posteriori puede ser que se<br />
defina mas o menos variada en la distinta bibliografía:<br />
Se diseño para una red que en realidad está formada por distintas redes<br />
que pueden ser de distintas tecnologías (de ahí inter-red). A esas redes se les<br />
llama subredes.<br />
Para conectar estas distintas redes nos encontramos con encaminadores o<br />
routers (a veces gateway). Estos van a actuar como unos nodos de conmutación<br />
(paquetesdatagramas), con la particularidad de estar conectados a más de una<br />
red normalmente distintas.<br />
En Internet (o en cualquier inter-red) el problema de la comunicación<br />
entre dos equipos, se divide en cuatro capas:<br />
Subred: da las funciones necesarias para intercambiarse datos de la misma<br />
subred.<br />
Así tenemos solucionado el problema de la comunicación entre dos equipos<br />
en la misma subred.<br />
Inter-red: se encarga de las comunicaciones extremo a extremo, es decir<br />
entre dos máquinas que probablemente estén conectadas en dos subredes distintas.<br />
Para ello tiene que encontrar un camino para llegar de un extremo a otro.<br />
Transporte: misma función que en nivel OSI. Los datos puede que lleguen<br />
desordenados o que se pierdan en algún punto de la red. Este nivel se encarga de<br />
que lleguen ordenados y todos y otras funciones de calidad de servicio.<br />
Aplicación: A diferencia de OSI aquí si son las aplicaciones que hacen los<br />
usuarios.<br />
Elementos dentro de esta arquitectura<br />
APLICACION<br />
TRANSPORTE<br />
INTERRED<br />
SUBRED1<br />
A<br />
APL<br />
Transp.<br />
Interred<br />
SUBRED<br />
SUBRED<br />
A R1 R2<br />
decide por donde tiene que llegar a B<br />
INTERRED<br />
SUBRED1 SUBRED2<br />
APL<br />
Transp.<br />
Interred<br />
Acceso a<br />
SUBRED<br />
Física<br />
SUBRED<br />
INTERNET<br />
SUBRED2 SUBRED3<br />
implementa protocolo de subred1, subred2 porque<br />
tiene una parte en cada red<br />
B<br />
SUBRED<br />
RTC<br />
Red telefónica conmutada<br />
B<br />
APLICACION<br />
TRANSPORTE<br />
INTERNET<br />
SUBRED3<br />
14
Transporte y aplicación se comunican de extremo a extremo.<br />
Como quedan los datos al meterle cabeceras.<br />
Un puerto a nivel de transporte es un número<br />
que identifica que aplicación esta enviando los<br />
datos y cual tiene que recibirlos.<br />
A los datos mas cabecera a nivel de transporte se le llama segmento, que<br />
se pasa al nivel de internet que añade otra cabecera que incluye las direcciones<br />
IP origen y destino (A y B).<br />
A este conjunto se le llama paquetes o datagramas.<br />
El paquete se pasa a la subred que se encapsula con una cola y una<br />
cabecera formando una trama.<br />
En la cabecera se ponen las direcciones de la subred origen y destino de<br />
cada salto.<br />
Comparación OSI y TCP/IP<br />
En OSI los siete niveles son igual de grandes (sesión y presentación mas<br />
pequeños).<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Cabecera: tiene<br />
los puertos<br />
origen y destino<br />
La capa de subred engloba físico, enlace y parte de<br />
red de OSI la otra parte de red de OSI sería interred.<br />
Transmite extremo a extremo entre cada par de equipos<br />
conectados.<br />
En TCP/IP se distingue entre quien hace el extremo a<br />
extremo en la misma subred y quien hace el extremo a<br />
extremo entre subredes distintas (interred). Si están en la<br />
misma subred se encarga el nivel de subred, cuando en OSI<br />
siempre es el de red.<br />
El nivel de transporte es practicamente igual en OSI<br />
que en TCP/IP. El nivel de aplicación en TCP/IP es mas alto<br />
que en OSI porque engloba las aplicaciones finales y en OSI no.<br />
Los protocolos que se definen dentro de esta arquitectura están a partir<br />
del nivel dos, por debajo se utilizan redes ya existentes Ej. red telefónica mas<br />
modem, ethernet, frame relay, X.25.<br />
Protocolos y niveles en los que están<br />
APL<br />
TRANSPORTE<br />
INTENET<br />
SUBRED<br />
APL<br />
Transp.<br />
Interred<br />
SUBRED<br />
http<br />
ftp vozIP<br />
TCP<br />
IP<br />
LAN RTC Frame X.25<br />
modem Relay<br />
PPP<br />
UDP RTP<br />
ICMP<br />
transmisión voz sobre IP<br />
Por encima tenemos IP en todos los casos, tambien se situa ICMP que es un<br />
protocolo de control.<br />
Por encima esta transporte: TCP y UDP (puede llevar encima RTP).<br />
Por encima esta la aplicación: http, ftp, SMTP, SNM y NFS (sobre UDP).<br />
ORGANISMOS DE NORMALIZACIÓN<br />
Para que los fabricantes hagan equipos que cooperen entre ellos.<br />
Tipos de normas:<br />
- “DE FACTO”: se dan más en informática, no han sido elaboradas según un plan<br />
sino que provienen de un producto de un fabricante que se convierte en un<br />
estandar de facto. Ej. bus IDE.<br />
- “DE JORE”: elaboradas por un organismo de normalización autorizado.<br />
Los organismos son de dos tipos:<br />
- establecidos mediante tratados internacionales, ej. ITU, ISO.<br />
- org. con carácter voluntario sin animo de lucro formadas por asociaciones de<br />
empresa y usuarios con interés en un sector, ej. IEEE, IAB.<br />
Datos<br />
15
ITU: Organización internacional de comunicaciones.<br />
Creado en 1865 establecido tras un tratado internacional. Origen en Europa<br />
para normalizar el funcionamiento del telégrafo, después del teléfono. Integrado<br />
en las naciones unidas desde 1946, lo forman las administraciones.<br />
Las normas que desarrolla se llaman recomendaciones porque no obligan a<br />
cumplirlas. El nombre suele ser ITU-T o ITU-R.<br />
ITU-R: radiocomunicaciones (antenas, transmisión por radio).<br />
ITU-T: telecomunicaciones. (Hasta el 1989 CCITT Comité consultivo de telegrafía<br />
y telecomunicaciones).<br />
Ej. ITU-T I.106. X.25, G.730, V.42(modem), RDSI, Frame Relay son conjuntos de<br />
normas.<br />
letra número<br />
ISO: Organización internacional de estandarización.<br />
Formada por las organizaciones de normalización nacionales de un gran<br />
número de países. Ej: normalización de tornillos. En España AENOR, en Alemania<br />
DIN.<br />
Esta estructurada en comités técnicos que se encargan de las distintas<br />
áreas. El TC97 es el relacionado con los ordenadores, comunicación etc.<br />
Las normas se hacen por unanimidad, por eso son muy lentos, o dejan<br />
componentes opcionales.<br />
Son importantes en redes públicas pero no en privadas.<br />
IEEE: Instituto de Ingenieros Eléctricos.<br />
Organización profesional mas grande del mundo. Facilita la investigación<br />
mediante la edición de revistas donde se publican conocimientos y se celebran<br />
congresos.<br />
Comités de estandarización muy importantes en redes de área local.<br />
IAB: Internet Activities Comité<br />
Creada en 1983 por el departamento de defensa americano.<br />
Objetivo: Supervisar la estandarización de los protocolos de internet.<br />
Dividido en:<br />
- IETF (Internet Engeneering Task Force).<br />
- IRTF (Internet Research Task Force).<br />
Pasó a ser llamado IS (Internet Society) formado por empresas y usuarios<br />
interesados en internet. Se desarrollan normas llamadas RFC (Petición de<br />
comentarios, Request for Comment).<br />
16
2. NIVEL FÍSICO<br />
Transmisión de datos<br />
<strong>1.</strong> Conceptos<br />
Medio de transmisión<br />
Guiados: la señal se encauza dentro de un cable.<br />
No guiados: no es necesario un cable, se trasmite por el<br />
vacío.<br />
Tenemos un enlace directo entre dos máquinas cuando las señales se<br />
transmiten directamente de emisor a receptor sin pasar por ningún dispositivo<br />
intermedio que no sea un amplificador o repetidor ( ), que amplían la<br />
magnitud de la señal.<br />
Un enlace directo es punto a punto si son únicamente dos las máquinas que<br />
comparten ese medio y multipunto si el medio es compartido por varias máquinas.<br />
Un enlace es simplex si las señales solo se pueden transmitir en un único<br />
sentido (receptor, emisor). Ej. televisión, hay una emisora y muchas receptoras.<br />
Half-duplex cuando se pueden transmitir en ambos sentidos pero no<br />
simultáneamente.<br />
Full-duplex (o duplex) si ambas estaciones (todas) pueden transmitir y<br />
recibir simultáneamente.<br />
Señal representación electromagnética de la información que transmite una<br />
estación. Se puede representar como una función que varia en el tiempo S(t).<br />
Pueden ser:<br />
- Señales continuas: si su intensidad (amplitud, voltaje) varia<br />
lentamente/suavemente con el tiempo sin discontinuidades.<br />
- Señal discontinuas o discreta: la intensidad se mantiene constante<br />
durante un tiempo para cambiar bruscamente a otro valor y asi<br />
sucesivamente.<br />
S(t)<br />
t<br />
t<br />
- Señales periódicas: consiste en un patrón de una determinada duración T<br />
que se repite a lo largo del tiempo una y otra vez.<br />
T: periodo de la señal s(t)=s(t+T) ∀ t.<br />
Un caso especial de señales periódicas es la onda seno que es periódica,<br />
continua y se caracteriza por tres parámetros: amplitud (valor máximo de voltaje<br />
que toma le señal), frecuencia (1/T T=Periodo medido en Herzios, representa el<br />
número de ciclos por segundo que hay en la señal, ciclos periódicos) y fase<br />
(valor en el instante inicial.<br />
s(t)= A * sen (2 Π*f*t+φ)<br />
A<br />
A= Amplitud<br />
f= frecuencia<br />
t= tiempo<br />
φ=fase<br />
-A<br />
17
Longitud de onda: distancia que recorre en el medio de transmisión la señal en<br />
el tiempo que dura un periodo. Se representa con λ(lambda)=T*v<br />
v = velocidad del medio de transmisión (es impuesta) luego es constante, en el<br />
vacío v=8*10 8 m/s.<br />
En otros medios (fibra, metal,...) v=0’70 * 8*10 8 m/s 0’80*8*10 8 m/s<br />
La longitud de onda es la distancia en metros que recorre en el medio de<br />
transmisión la señal en el tiempo de un periodo λ.<br />
f=1/T<br />
λ*f=v<br />
La importancia es que se puede demostrar que toda señal se puede<br />
descomponer en suma de ondas sinuosidales (un número finito o infinito de<br />
ondas).<br />
Para averiguar que componentes sinuosidales forman parte de la señal se<br />
utiliza la TRANSFORMADA DE FOURIER. Estas nos permite S(t) S(f).<br />
Diríamos entonces que S(f) es la transformada de Fourier de S(t), e indica<br />
las componentes sinuosidales de la señal.<br />
Transformada inversa<br />
Transforma de fourier<br />
Transformada directa<br />
Se dice que S(f) representa las componentes en frecuencia de S(t). La<br />
transformada de Fourier descompone en sinuosidales con fase 0 (cero). La<br />
transformada de Fourier S(f) es lo que se llama el espectro de una señal.<br />
En general el espectro de una señal se puede clasificar en cuatro tipos:<br />
(I)<br />
(II)<br />
T<br />
A<br />
S(<br />
f )<br />
λ<br />
-A<br />
∫ ∞<br />
− j 2πf<br />
= S(<br />
t)<br />
e dt<br />
−∞<br />
∫ ∞<br />
−∞<br />
j2π ft<br />
S(<br />
t)<br />
= S(<br />
f ) e df<br />
S(t)<br />
S(f)<br />
S(f)<br />
t<br />
Aplicamos<br />
T. Fourier<br />
S(f)<br />
A<br />
Suma de un número finito de ondas senoidales.<br />
Suma de un número infinito de ondas senoidales.<br />
F<br />
Representa una<br />
señal seno de<br />
amplitud A,<br />
frecuencia F y<br />
fase 0<br />
Representa infinitas ondas<br />
sinuosidales con una frecuencia y<br />
una amplitud. Si cogemos esas<br />
infinitas señales seno y las<br />
sumamos obtenemos S(t)<br />
f<br />
18
(III)<br />
(IV)<br />
Suma de un infinitas frecuencias, pero porque<br />
están infinitamente juntas, es decir infinitas<br />
frecuencias desde f1 a f2.<br />
Infinitas frecuencias que se extienden al<br />
infinito. Prácticamente a cualquier frecuencia tienen<br />
un componente.<br />
La suma de todas las componentes tiene que ser finita. Aunque haya<br />
infinitas componentes su amplitud irá disminuyendo de manera que la suma sea<br />
finita.<br />
En un espectro podemos siempre localizar la frecuencia mas baja y la mas<br />
alta (a veces infinito). A la distancia entre estas dos frecuencias se le llama<br />
ANCHO DE BANDA (BW - Band Width) de la señal<br />
f1<br />
Tipos (I), (III) BW es finito.<br />
Tipos (II), (IV) BW es infinito.<br />
Aunque hasta el infinito puede llegar, va disminuyendo, así que se llama<br />
ANCHO DE BANDA EFECTIVO hasta lo que encierra el 80% de la señal.<br />
80%<br />
BW<br />
BW efectivo<br />
S(f)<br />
S(f)<br />
S(f)<br />
f2<br />
El sentido del ancho de banda efectivo es el siguiente:<br />
Si tenemos dos espectros<br />
Al ser el BW la resta de frecuencias se mide también en Hz. Podemos<br />
encontrar dos tipos de valores del espectro para frecuencia cero. El valor de la<br />
señal para S(0) se llama componente continua.<br />
S(f)=0<br />
S(f)<br />
S(f)0<br />
S(0)<br />
Las transformadas<br />
inversas de las<br />
componentes son tan<br />
parecidas que en muchos<br />
casos se pueden<br />
considerar idénticas<br />
S(f)<br />
f f<br />
19
El significado es: El significado es:<br />
El valor medio de la señal es 0 El valor medio de la señal es S(0)<br />
El comportamiento de los medios de transmisión es distinto según la<br />
frecuencia, por eso es importante el estudio del espectro de la señal.<br />
Imaginemos un medio de transmisión por el que mandamos dos señales con la misma<br />
amplitud y distintas frecuencias.<br />
A<br />
S1(t)<br />
Ocurren dos cosas;<br />
La atenuación (las señales van perdiendo potencia al viajar por el medio,<br />
va disminuyendo su amplitud), es distinta según la frecuencia de la señal.<br />
Llegarán:<br />
A’<br />
S’1(t)<br />
S(t)<br />
f1<br />
t<br />
S(0)<br />
La velocidad de propagación de señales en el medio también cambia con la<br />
frecuencia.<br />
S1(t)<br />
S2(t)<br />
Si yo transmito la suma de las dos señales, obtengo a la salida la suma de<br />
la señal, pero serán muy diferentes, para esto sirve el análisis de fourier.<br />
La variación de la velocidad es menos importante, así que vamos a<br />
dedicarnos a las variaciones en la atenuación.<br />
Se define la RESPUESTA EN FRECUENCIA (o comportamiento en frecuencia) para<br />
un medio de transmisión como la atenuación que va a introducir en las distintas<br />
componentes en frecuencia.<br />
Amplitud<br />
normalizada<br />
(f1 mayor)<br />
1<br />
0.5<br />
0.2<br />
V1<br />
V2<br />
A<br />
S2(t)<br />
A’<br />
S’2(t)<br />
f3 f1 f2 f4<br />
S(t)<br />
t<br />
f2<br />
Lo que dice es si f1 y f2<br />
tienen la misma amplitud<br />
de entrada y normalizamos<br />
por la frecuencia de<br />
amplitud 1 (la máxima) el<br />
resto de frecuencias<br />
tienen una amplitud x * la<br />
amplitud de f1<br />
20
Puedo meter a la entrada una señal de la amplitud que quiera, que mientras<br />
sea de frecuencia f4 no va a llegar (o lo que es lo mismo, su amplitud será 0).<br />
El ANCHO DE BANDA del medio de transmisión es la diferencia entre la<br />
frecuencia más alta y más baja que pueden pasar por ese medio de transmisión.<br />
Todos los medios de transmisión tienen un ancho de banda finito.<br />
Un medio de transmisión ideal tendría una respuesta en frecu encia.<br />
La respuesta de un medio de transmisión real es mas:<br />
Si por un medio de transmisión con una respuesta<br />
Transmitimos una señal con un espectro como<br />
La salida va a tener el espectro<br />
1<br />
1<br />
f1 A<br />
f2 A<br />
f3 A<br />
1<br />
Respuesta en frecuencia<br />
f1 f2<br />
ancho de banda<br />
f1 f2<br />
f1 f2<br />
f1 f3 f2 f4<br />
Bastante distinto a la entrada.<br />
f1 B<br />
f2 0.5 B<br />
f3 0.2 B<br />
NOTA: formas de la respuesta en frecuencia:<br />
f<br />
f<br />
f1 f3 f2<br />
Si tenemos un medio de transmisión ideal, sólo podemos transmitir señales<br />
medios atmosféricos medios metálicos<br />
que tengan que tengan su espectro entre f1 y f2 o al menos el ancho de banda<br />
equivalente se encuentre entre f1 y f2.<br />
1<br />
1<br />
f<br />
f<br />
f1 f3 f2 f4<br />
21
En un medio de transmisión real se considera que para transmitir una señal<br />
con ancho de banda W, el ancho de banda del medio debe ser > 2W.<br />
El ancho de banda de una señal digital (de datos) depende de la técnica de<br />
codificación de una señal y de la velocidad de transmisión.<br />
Velocidad de transmisión: bits por segundo que transmitimos.<br />
Velocidad de transmisión velocidad de propagación<br />
Velocidad a la que yo Velocidad a la que viajan los<br />
“meto” los bits por bits por el medio.<br />
un extremo No podemos influir en ella es una<br />
constante de la naturaleza.<br />
La velocidad de transmisión va a depender del ancho de banda del medio de<br />
transmisión<br />
BWmedio velocidad BWseñal<br />
depende de depende de<br />
TRANSMISIÓN DE DATOS ANALÓGICOS Y DIGITALES<br />
Los términos analógicos y digitales los podemos referir a tres cosas:<br />
- datos.<br />
- señal.<br />
- transmisión.<br />
DATOS: la información puede ser analógica o digital. Los datos analógicos<br />
son aquellos que pueden tomar cualquier valor en un intervalo concreto.<br />
Ej: voz, imágenes.<br />
Los datos digitales toman solo ciertos valores discretos.<br />
Ej: texto ascii, números naturales.<br />
SEÑAL: una señal es analógica cuando es continua, cuando su amplitud varia<br />
de forma continua. Es digital cuando es discreta.<br />
transformación<br />
voz ->(teléfono)-> Datos analógicos señal analógica Ej. teléfono<br />
video-> (CODEC)-> 01011 Dato analógico señal digital Ej. muestreo de<br />
voz, digitalización<br />
codificador-decodificador de vídeo<br />
1110 ->(MODEM) -> Dato digital señal analógica Ej. modem<br />
01110 ->(TR-DG) -> Dato digital señal digital<br />
transmisor digital<br />
f1 f2<br />
2W<br />
TRANSMISIÓN: La transmisión es analógica cuando la señal se propaga desde el<br />
origen al destino a base de amplificadores. Se dice que es digital cuando se<br />
propaga a base de repetidores.<br />
El inconveniente de los amplificadores es que no distingue las<br />
perturbaciones o el ruido y amplifica tanto la señal como el ruido.<br />
El repetidor sólo retransmite valores digitales. El repetidor decide lo<br />
que le está llegando y regenera la señal, con la misma amplitud que la original.<br />
REPETIDOR<br />
22
El inconveniente es que es más complejo y más caro (aunque ahora ya no).<br />
La ventaja es que podemos meter tantos repetidores como queramos. La tendencia<br />
hoy en día es utilizar transmisión digital. En el 2009 van a terminar las<br />
transmisiones de TV analógica. Además las señales digitales ocupan menos ancho<br />
de banda.<br />
La ATENUACIÓN es la perdida de energía que sufre la señal a medida que<br />
viaja por el medio. En los medios metálicos como los cables:<br />
Si(t)<br />
Pi(wattios)<br />
Son dos los motivos que producen la atenuación en los cables metálicos:<br />
a)Efecto calor: choque de electrones, se traduce en un calentamiento del cable.<br />
b)Radiación electromagnética: los cables son como antenas, parte de la señal se<br />
radia al exterior. Lo interesante es que no se radie al exterior o que se radie<br />
lo menos posible, pero siempre se radia algo.<br />
(dB):<br />
A<br />
= 10 log<br />
Calor<br />
Radiación<br />
electromagnética<br />
Sean Pi (Potencia de entrada) y P0 (Potencia de salida), la atenuación es<br />
P<br />
P<br />
i<br />
0<br />
En un medio ideal: P0 = Pi lo que quiere decir que no se perdería nada de<br />
señal:<br />
P<br />
A = 10log<br />
P<br />
(<br />
i<br />
0<br />
P=<br />
i P<br />
=<br />
0<br />
)<br />
10log1=<br />
0<br />
No hay atenuación.<br />
En el peor caso P0 = 0 es decir, no llega la señal:<br />
( = 0)<br />
= 10 log<br />
P P 0<br />
i<br />
A = 10 log ∞ = ∞ La atenuación es ∞.<br />
P 0<br />
S0(t)<br />
P0(wattios)<br />
La atenuación se mide en dB porque en los medios guiados (cables), la<br />
atenuación en dB es directamente proporcional a la longitud del cable. (En<br />
unidades logarítmicas, no en unidades absolutas).<br />
P0=100w<br />
A<br />
10 log 10/100<br />
B<br />
P=50,5W<br />
10 log 10/100<br />
P=1W<br />
Se caen los mismos dB en A que en B<br />
A-> 10 log 10/100 = 10 log 10 -1<br />
B-> 10 log 1/10 = 10 log 10 -1<br />
La atenuación depende de la frecuencia. No todas las frecuencias sufren la<br />
misma atenuación en el mismo medio.<br />
23
DISTORSIÓN DEL RETARDO<br />
La velocidad de propagación de las señales por un medio varía ligeramente<br />
con la frecuencia. La distinta velocidad es mas apreciable en los medios<br />
metálicos. Está causada porque la velocidad de propagación de las señales en un<br />
medio varía con la frecuencia.<br />
El RUIDO es cualquier emisión no deseada que se inserta entre el emisor y<br />
el receptor.<br />
El ruido:<br />
- térmico<br />
- intermodulación<br />
- diafonía<br />
- impulsivo<br />
El térmico o ruido blanco o gaussiano proviene de la agitación de las moléculas<br />
del medio de transmisión debido a la temperatura. Si no hay señal de entrada, a<br />
la salida se observa el ruido térmico de una potencia N(W): N=k*T*BW,<br />
k=(constante de Boltzman = <strong>1.</strong>3803*10 -23 J/K) T=(temperatura en ºKelvin) BW=(Ancho<br />
de Banda en Hz).<br />
La intermodulación se debe a no linealidades intermedias o del medio de<br />
transmisión.<br />
Si a la entrada del medio tengo f1 a la salida tendré f<strong>1.</strong> Pero si a la<br />
entrada meto f1 y f2 a la salida tendré:<br />
-<br />
f1<br />
- f2<br />
- f1+f2<br />
- f1-f2<br />
sufren mayor<br />
atenuación<br />
S(t)<br />
sufren igual<br />
atenuación<br />
EMISOR RECEPTOR (suma de<br />
la señal original<br />
con el ruido)<br />
24
Y cada vez más atenuada los múltiplos n*( f 1+ f2), n*( f1- f2) es a lo que<br />
se llama ruido de intermodulación.<br />
f1 -><br />
f2 -><br />
La diafonía se debe al acoplamiento eléctrico entre medios de transmisión<br />
cercanos, de manera que parte de la señal que viaja por un medio pasa como ruido<br />
al otro medio. En inglés: cross-talk.<br />
S1(t)-><br />
S2(t)-><br />
Ruido<br />
-> f1 f2 f1+f2 f1-f2 n(f1+f2) n(f1-f2)<br />
Si están cerca parte de S 1 pasa a S2 como ruido y viceversa. S1(t) llega<br />
atenuada al destino pero S2 no y llega bien. Es lo que oímos por ejemplo en los<br />
teléfonos.<br />
Los tres tipos de ruido vistos (térmico, intermodulación y diafonía) son<br />
ruidos continuos.<br />
El ruido impulsivo tiene carácter regular, consiste en un pulso (un pico)<br />
de corta duración que se introduce en el medio de transmisión y que tiene una<br />
amplitud relativamente grande.<br />
Las causas de los ruidos pueden ser:<br />
- tormentas: medios de transmisión externos, produce un pico en el cable.<br />
- tubos fluorescentes: si hay cerca un cable se transmite el pico del tubo<br />
al cable.<br />
- chispazo: un chispazo de un cable se traduce también en un pico.<br />
De todas las perturbaciones, todas excepto la última son dañinas para la<br />
transmisión analógica porque todas ellos se traducen en que entra señal con una<br />
forma y se convierte en otra señal en la que no podemos decir que parte es señal<br />
y cual ruido.<br />
Para la transmisión digital no son tan problemáticas porque si<br />
transmitimos señal discreta aunque se nos degrade se distingue la señal del<br />
ruido.<br />
La señal del ruido no afecta porque la amplitud es relativamente pequeña.<br />
En la transmisión digital es al revés el peor ruido que se presenta es el<br />
impulsivo porque tiene una amplitud mayor y duración corta (no distinguimos 0 de<br />
1). Señal analógica si se produce pico no pasa nada, como por ejemplo el<br />
teléfono.<br />
La tendencia es ir a por transmisión digital y el impulsivo lo vamos a<br />
tratar con medios de detección y corrección de errores. El resto de los ruidos<br />
casi no afectan.<br />
25
Capacidad de un canal<br />
Los medios de transmisión tendrán un ancho de banda en el que se van a<br />
introducir perturbaciones. Lo que se determina es cuál es el régimen binario<br />
máximo (bits/segundo) que podemos transmitir por ese medio.<br />
El ancho de banda puede estar limitado por varias causas:<br />
Físicas: el régimen binario es lo se que permite meter por es ancho de<br />
banda.<br />
El ancho de banda del vacío es el espectro<br />
radioeléctrico, es grandísimo de kHz a THz.<br />
No se puede transmitir libremente por todo el<br />
ancho de banda, sólo en lo que se llaman canales.<br />
Ej: canal para radio, canal para TV.<br />
Así se divide el BW entre diversas aplicaciones.<br />
La limitación se debe a causas económicas, no físicas. La misma restricción se<br />
00<br />
01<br />
10<br />
11<br />
KHz<br />
01 00 01 11 11 10 01<br />
TV móviles satélite<br />
da también en los cables.<br />
Tanto si el medio de transmisión es nuestro como si tenemos un canal,<br />
vamos a disponer de un ancho de banda limitado para nuestra aplicación.<br />
La cuestión será cuantos bits/segundo se pueden transmitir. Va a haber<br />
cuatro factores relacionados con esto:<br />
- Capacidad: bits/s que se pueden transmitir, es decir, ancho de banda del<br />
canal de transmisión BW [Hz].<br />
- Ruido: potencia de ruido N [w].<br />
- Tasa de errores (Pe) o probabilidad de error que vamos a tolerar: nº bits<br />
que estamos dispuestos a recibir mal.<br />
Fijados tres de ellos el cuarto viene impuesto.<br />
La rama de telecomunicaciones que estudia la relación de estos cuatro<br />
elementos se llama Teoría de la Información (mitad siglo, años 40, 50).<br />
Suponemos un canal sin ruido.<br />
Ancho de banda BW[Hz]<br />
Sin ruido<br />
Se realiza una codificación a 2 niveles:<br />
- transmitir 0: un nivel de voltaje<br />
sólo 2 niveles<br />
- transmitir 1: otro nivel<br />
En un sistema así NYAVIST demostró que la capacidad máxima (bits/s) es<br />
2BW: C=2*BW<br />
100 kHz -> transmito 2Kbits/s<br />
Se puede transmitir mas con una codificación multinivel:<br />
ej M=4<br />
radio<br />
THz<br />
26
3 bits M=8<br />
4 bits M=16 M- niveles de tensión de la señal.<br />
Utilizando multinivel, la capacidad C=2*BW*log2M.<br />
Aunque BW sea limitado podemos transmitir tantos bits/s como queramos<br />
aumentando el número de niveles (M).<br />
Esto no es tan sencillo, nos encontramos un problema.<br />
Si necesitamos <strong>1.</strong>000.000 de niveles necesitamos <strong>1.</strong>000.000 niveles de<br />
tensión. Por cable no es posible, no puede ser más de 10 niveles de tensión.<br />
Tenemos que tener un voltaje razonable para que funcione (10v), por lo que<br />
la distancia entre niveles se reduce para que haya una cantidad de niveles<br />
grande. Idealmente funciona, pero cuando aparecen los ruidos se pueden llegar a<br />
confundir niveles.<br />
Relación Señal/Ruido<br />
A la salida de un canal, nos dice cuanto es el cociente entre la potencia<br />
de la señal y el ruido. Se mide en watios.<br />
S<br />
N<br />
[ w]<br />
[ w]<br />
atenuación S S ( ) =<br />
10log<br />
N dB N<br />
Para un sistema así en 1948 Shannon demostró que:<br />
C[bits/s]=BW*log2(1+S/N)->se conoce como límite de Shannon<br />
Indica la capacidad máxima para que la transmisión se produzca sin<br />
errores.<br />
Ej. línea telefónica BW=3100Hz<br />
(S/N)dB=30dB=10log(S/N) => log(S/N)=3 => 10 log 1000, quiere decir que la<br />
señal es 1000 veces superior al ruido.<br />
C=3100log2(1+1000)=30984 bits/s<br />
El límite de Shannon sólo dice el máximo que podemos transmitir sin error,<br />
pero no indica como llegar a ese máximo.<br />
¿Qué se puede hacer para aumentar el régimen binario?<br />
- Aumentar: BW, S<br />
- Disminuir: N<br />
Pero esto no es tan sencillo:<br />
- el ruido depende de causas externas.<br />
- al aumentar BW se produce un efecto lateral N=K*BW*T, es decir al<br />
aumentar BW aumentamos N.<br />
- si se aumenta S entran factores no lineales que hace que aumente el<br />
ruido de intermodulación.<br />
27
Medios de transmisión<br />
Medios de transmisión<br />
PAR TRENZADO<br />
Es el medio mas barato y mas usado:<br />
Dos hilos de cobre envueltos<br />
cada uno por un aislante. Es un<br />
hilo sólido, no son “pelillos”,<br />
envuelto por un aislante que puede<br />
ser polietileno. Van trenzados o<br />
enrollados uno a otro,<br />
empaquetando conjuntamente varios<br />
de estos cables y envolviendolos en otro aislante. Generalmente son 4 pares:<br />
Par trenzado sin apantallar (UTP).<br />
La función del par trenzado es que se radie<br />
aislante<br />
menos energía al exterior y que se capte menos<br />
energía del exterior. Cuanto mas trenzado mejor es<br />
el cable.<br />
- menos atenuación<br />
- menos ruido<br />
El objetivo del enrollamiento es reducir la radiación electromegnética y<br />
por tanto la atenuación y el ruido.<br />
Otro tipo de par trenzado es el par trenzado apantallado (STP).<br />
Cada para va envuelto por una malla petálica. El<br />
conjunto va envuelto por una malla metálica y encima un<br />
aislante.<br />
aislante<br />
Cobre<br />
Guiados<br />
No Guiados<br />
Aislante<br />
Par trenzado<br />
Coaxial<br />
Fibra óptica<br />
Microondas<br />
Radio<br />
Infrarrojo<br />
Las mallas metálicas se conectan a 0 voltios (masa, tierra) con lo que<br />
conseguimos un efecto de Jaula de Faraday (los campos electromagnéticos no<br />
atraviesan una superfice a potencial constante),<br />
Reduce mucho más el paso de radiaciones electromagnéticas. Si no se<br />
conectan las mallas a masa no hacemos nada. Es un cable más caro y más difícil<br />
de manejar, pero tiene mejores características en cuanto a atenuación, ruido y<br />
BW.<br />
El conector que se utiliza es RJ-45 -> tiene 8 pines.<br />
El del teléfono es RJ-1<strong>1.</strong><br />
El conector para el STP es RJ45 también, pero con un recubrimiento<br />
metálico, para que se pueda conectar este recubrimiento a cero voltios, para que<br />
funcione la jaula de Faraday.<br />
No todos los cables UTP y STP van a ser de igual calidad (atenuación,<br />
ruido, distorsión de retardo) va a depender del trenzado, cuanto más trenzado<br />
esté mejor es el cable.<br />
Es difícil hacer un trenzado en el que se consuma igual longitud de un<br />
hilo que del otro.<br />
La EIA (Electronic Industries Association) ha definido categorías de cable<br />
de par trenzado.<br />
28
En 1991 elaboró una norma; EIA/TIA-568 que define como tienen que ser los<br />
cables de un edificio de oficinas. También se conoce como la norma de Sistema de<br />
Cableado Estructurado.<br />
2<br />
2<br />
2<br />
1<br />
2<br />
2 2<br />
2<br />
2<br />
(1) Debe haber una “sala principal de equipo”<br />
normalmente en la planta baja. Aquí llegarán todas las líneas<br />
procedentes del exterior.<br />
(2) En cada planta debe haber “repartidores de planta”<br />
(uno ó varios) dependiendo de lo grande que sea. Tiene que<br />
haber los suficientes como para que desde cualquier punto de<br />
la planta haya al menos uno a menos de 100 m. Normalmente los<br />
arquitectos los ponen al lado de las escaleras.<br />
(3) En cada puesto de cada usuario deberá haber una<br />
roseta, que consiste en al menos dos tomas de red (uno para<br />
voz, uno para datos).<br />
Los cables deben estar tendidos:<br />
1º) Desde la sala principal de equipos a cada repetidor (o armarios de<br />
planta). A esto se le llama cableado troncal o vertical. Para este cable se<br />
recomienda utilizar fibra óptica de hasta 2Km de longitud.<br />
2º) De cada repartidor de cable saldrá un par de cable a cada roseta. A<br />
este cableado se le llama cableado horizontal. Debe medir como máximo 100m. Se<br />
recomienda para este cableado para trenzado sin apantallar (UTP).<br />
Categorías de cable<br />
UTP Categoría 3 -> BW = 16 MHZ ≈ 10 Mbits/s<br />
UTP Categoría 5 -> BW = 100 MHZ ≈ 100-155 Mbits/s<br />
Hubo categoría 1, categoría 2 y categoría 4 (20 MHz de BW). Actualmente la<br />
diferencia de precio es tan pequeña que se pone categoría 5.<br />
STP tipo 1 -> BW = 300 MHz<br />
(Z) Impedancia característica de un cable-resistencia que tiene un cable de<br />
longitud ∞ a frecuencia infinita.<br />
Para corriente continua si aumentamos la longitud del cable, la<br />
resistencia que representa ese cable aumenta, pero si vamos aumentando la<br />
frecuencia esta R no aumenta a ∞ sino hasta un valor.<br />
Se puede demostrar que si un cable tiene una Impedancia característica de<br />
100 Ω y transmito una señal Si(t) por dicho cable y en el otro extremo pongo una<br />
resistencia de 100 Ω la señal que llega es máxima.<br />
Si(t)<br />
UTP-3<br />
16<br />
UTP-5<br />
100<br />
STP-1<br />
300<br />
f(MHz)<br />
100 Ω<br />
Los cables que se utilizan en redes suelen ser 100 Ω, en STP 50 Ω. Las<br />
tarjetas de red deben tener una impedencia característica equivalente a la del<br />
cable.<br />
Aplicaciones del par trenzado:<br />
- bucle telefónico (al menos desde la central a nuestro punto de<br />
conexión).<br />
S0(t)<br />
29
COAXIAL<br />
- RDSI (ISDN).<br />
- LAN (a 100m de distancia se consiguen aprox. entre 10 y 155 Mbtis).<br />
- Bucles de abonados digitales (xDSL) hasta 2 Km con velocidades de hasta<br />
4 Mbit.<br />
Consiste en un conductos cilíndrico envuelto por un aislante macizo, a su<br />
vez envuelto por otro conductor y al final otra capa de aislante.<br />
Aislante (polietileno)<br />
Ventajas: buenas características (atenuación, BW).<br />
Inconveniente: es bastante rígido.<br />
Es mejor cuanto más diámetro tiene, pero también será más rígido.<br />
Se utiliza mucho para distribución de TV (cable de antenas de TV).<br />
Para el de las antenas se utiliza CATV-75 Ω.<br />
También en LAN:<br />
- RG-11 1cm ∅ Z=50Ω.<br />
- RG-58 0,5cm ∅ Z=50Ω.<br />
Debido a la diferente Z no se puede utilizar el de TV para LAN ni<br />
viceversa.<br />
El conector que se utiliza es BNC.<br />
El BW está por encima de 400MHz.<br />
FIBRA OPTICA<br />
Esta hecho de cristal (silicio). Consiste en un cilindro de silice en el<br />
que se pueden distinguir tres zonas:<br />
zona externa: envoltura<br />
zona intermedia: cubierta<br />
zona central: núcleo<br />
Conductores (cobre)<br />
Transmite luz, esta luz viaja sólo por la zona central.<br />
- envoltura: sirve para protegerlo de la humedad, flexiones extremas,<br />
etc.<br />
- la cubierta y el núcleo están hechos de sílice pero ligeramente<br />
modificado, de manera que el índice de refracción va a ser diferente.<br />
En el aire el índice de refracción es aprox. uno en el agua es mayor que<br />
uno. Por esto cuando se mira la superficie del agua muy cerca lo que se ve es<br />
como un espejo.<br />
En la fibra el índice de refracción es mayor en el núcleo que en la<br />
cubierta, de manera que el rayo dentro del núcleo viaja rebotando continuamente<br />
en la cubierta.<br />
Diamétros del núcleo son 2,10 μ y 62,5 μ<br />
Coaxial dos conductores con<br />
el mismo eje<br />
S(t)<br />
nuevamente la<br />
Jaula de Faraday<br />
125 μ<br />
30
TIPOS DE FIBRA<br />
Peor Salto índice<br />
Indice gradual<br />
Mejor Monomodo<br />
La respuesta en frecuencia de la fibra está:<br />
Aplicaciones:<br />
Telefonía: 50.000 canales telefónicos a distancia de miles de km, repetidores<br />
cada 20-40 Km.<br />
1º fibra óptica submarina del mundo: Telefónica de España desde la península a<br />
Canarias con un solo repetidor en el camino, aunque por cuestiones de demasiado<br />
consumo se sustituyó por varios.<br />
- redes locales de alta velocidad: varios Gbits/s.<br />
- redes de datos.<br />
- led<br />
- láser para llegar más lejos<br />
Conectores<br />
10 14<br />
10 15<br />
ST -><br />
SC -><br />
La fibra óptica es cara no sólo por la dificultad de construir el cable<br />
sino por el conector, que tiene que estar alineado perfectamente con la fibra.<br />
Medios de transmisión no guiados<br />
Hz<br />
Inhalámbrica (no guiada). Se hace a través de antenas a través del vacío o<br />
atmósfera.<br />
omnidireccional<br />
Se puede hacer de dos tipos<br />
direccional<br />
- Omnidireccional: se propaga en todas las direcciones, el inconveniente<br />
es que las señal se atenúa mas rápidamente.<br />
- Direccional: cuando se concentra la energía de transmisión en una<br />
determinada dirección por lo que la antena emisora y receptora deben<br />
estar alineadas para que se produzca la comunicación.<br />
En general es preferible la direccional, en telefonía no (una estación de<br />
telefonía móvil será omnidireccional), la direccional solo es posible a altas<br />
frecuencias, para direccional bien hace falta tener una antena de la longitud de<br />
onda (a frecuencia alta la longitud de onda es mas pequeña). A baja frecuencia<br />
utilizaremos ominidireccional.<br />
Los rangos de frecuencias mas frecuentes para transmisión inalámbrica:<br />
- microondas: (2GHz-40GHz) para hacerla direccionales (I) μONDAS.<br />
- ondas de radio (30MHz-1GHz) son omnidireccionales (II).<br />
- infrarrojo (3*10 11 Hz- 2*10 14 Hz) son direccionales(III).<br />
2GHz 30MHz<br />
40GHz<br />
1GHz<br />
3*10 11<br />
2*10 14<br />
31
(I) Se utilizan en enlaces terrestres y satélites, en terrestre tienen que<br />
estar perfectamente ajustadas las antenas origen y destino la antena es<br />
parabólica, es como las satélite o cilíndrica.<br />
La distancia está limitada. Y depende de la<br />
altura.<br />
d ( Km)<br />
=<br />
7.<br />
14*<br />
4 * h(<br />
m)<br />
3<br />
h= altura cuanto más alta mas distancia.<br />
Se puede tener entre 12 Mbit/seg y 200 Mbit/seg.<br />
4-6 GHz-> larga distancia.<br />
20 GHz -> corta distancia.<br />
12 Ghz -> TV<br />
Las conexiones a satélite son μONDAS sólo que apuntamos al satélite,<br />
son del mismo tamaño (<strong>1.</strong>5 m de diámetro). El satélite apunta a una zona<br />
geográfica de la Tierra.<br />
Antiguamente el enlace de subida estaba en 4GHz (ahora 12 GHz) y el de<br />
bajada a 6GHz (ahora 14GHz), hace falta licencia.<br />
(II) Red aloha, es omnidireccional.<br />
(III) Infrarrojo. Mandos a distancia, direccional a diferencia de μONDAS no<br />
atraviesan paredes. Se utilizan en redes locales, no hace falta pedir<br />
licencia.<br />
32
Codificación de datos<br />
DATOS DIGITALES -> SEÑAL DIGITAL<br />
Consiste en pasar de una secuencia de 0’s y 1’s a una señal discreta.<br />
01011100<br />
datos digitales señal discreta<br />
La forma más sencilla que ya conocemos es pasar de 0 a +5v y 1 a –5v.<br />
Vamos a usar otros algoritmos de codificación un poco más complejos con el<br />
objetivo de:<br />
- disminuir el BW que utilizamos.<br />
- facilitar la sincronización. Si mantenemos mucho tiempo el mismo nivel de<br />
tensión tenemos que estar muy seguros de la fiabilidad de los extremos para<br />
sincronizarse y no contar algún valor más de la cuenta:<br />
+5<br />
-5<br />
Datos<br />
Analógicos<br />
Digitales<br />
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1<br />
- mayor inmunidad frente al ruido<br />
- coste/complejidad del algoritmo<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
Analógicos<br />
Señales Transmisión<br />
Digitales<br />
Analógicos<br />
Digitales<br />
En vez de 14 se pueden leer 13 o 15.<br />
0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1<br />
(1) NRZ (NRZ-L) NON-RETURN TO ZERO LEVEL<br />
Asigna al cero un nivel de tensión y al uno otro nivel de tensión. Se<br />
puede asignar al cero el nivel alto y al uno el nivel bajo o viceversa. Vamos a<br />
elegir el convenio:<br />
0 Nivel alto<br />
1 Nivel bajo<br />
Ventajas: es lo más sencillo que hay.<br />
Inconvenientes: tiene problemas de sincronización (sincronismo), puesto<br />
que si tenemos una secuencia larga de 0’s o 1’s se dificulta al receptor saber<br />
cuántos bits tiene la cadena.<br />
33
Si no tenemos el mismo número de ceros que unos, la señal tiene componente<br />
continua, es decir, la media es distinta de cero. Esto da problemas con muchos<br />
medios de transmisión que normalmente atenúan mucho más la señal continua. Se<br />
utiliza muchísimo por su sencillez.<br />
(2) NRZ-I NRZ-INVERT ON ONES.<br />
No se asigna un valor fijo al cero y otro al uno, lo que se hace es que<br />
cuando hay:<br />
0 No se invierte o se cambia la tensión<br />
1 Invierte la tensión<br />
Hay que definir el valor de partida. Por ejemplo tomamos nivel bajo de<br />
partida. Características similares al NRZ.<br />
Con secuencias de unos largas tiene las ventaja de que no pierde el<br />
sincronismo, aunque sigue teniendo el problema para secuencias largas de 0’s.<br />
(3) MANCHESTER<br />
Asignaciones:<br />
0<br />
1<br />
Lo que se pretende es mejorar el sincronismo.<br />
(4) MANCHETER DIFERENCIAL<br />
Siempre hay transición en el centro del intervalo y cuando tenemos un<br />
cero, además hay transición al principio del intervalo. Similar por tanto al<br />
Manchester. Es al Manchester lo que el NRZ-I al NRZ.<br />
No tiene ninguna ventaja especial sobre el Manchester,<br />
Ventajas sobre el NRZ del Manchester y Manchester Diferencial: facilita el<br />
sincronismo, siempre hay al menos una transición en el centro de cada bit.<br />
Siempre tiene nivel medio cero, no va a tener ninguna componente continua.<br />
Inconveniente:<br />
Va a consumir más ancho de banda, se ve porque cambia mucho -> tiene mas<br />
frecuencia -> ocupa mas ancho de banda.<br />
También se ve si lo comparamos con NRZ:<br />
mandar un 0 con Manchester es como mandar 01 con NRZ.<br />
mandar un 1 con Manchester es como mandar 10 con NRZ.<br />
Transmitir un bit con Manchester es como transmitir dos con NRZ. Por eso<br />
se dice que la codificación Manchester es 1B2B ( de un bit a 2 bits), es decir,<br />
codifica un bit con dos bits, sin utilizar las dos combinaciones donde se repite<br />
el mismo bit (00 y 11).<br />
Generalizando hay codificaciones xByB que ayudan a evitar los problemas de<br />
sincronismo:<br />
4B5B FDDI -> transforma 4 bits en 5 bits.<br />
5B6B Fast Ethernet -> transforma 5 bits en 6 bits.<br />
Y el resultado lo transmiten con NRZ.<br />
Ejemplo 4B5B<br />
0000 00100<br />
0001 00110<br />
2 4 ->.... ..... +<br />
0<br />
Nivel bajo -> -<br />
34
(5) PSEUDOTERNARIO<br />
Codificación<br />
1 -> 0v<br />
0 -> alterna + y –<br />
(6) AMI ALTERNATE MARK INVERTION<br />
0 -> 0v<br />
1 -> alterna + y –<br />
Ventajas<br />
- varía suavemente, así que consume menos ancho de banda que el Manchester.<br />
- va tener valor medio cero, porque va alternando.<br />
Inconvenientes<br />
- si tenemos un cadena larga de ceros (AMI) o unos (PSEUDOTERNARIO), va a<br />
mantener mucho tiempo un cero y va a tener problemas de sincronismo. Para<br />
resolver estos problemas hay un par de variantes una europea y otra<br />
americana.<br />
La codificación AMI ha sido muy utilizada en algunas redes públicas como<br />
por ejemplo RDSI. Variantes para solucionarlo:<br />
B8ZS -> USA<br />
HDB3 -> EUROPA, JAPON<br />
AMI<br />
B8ZS<br />
HDB3<br />
1 1 0 0 0<br />
Nº impar de unos<br />
(o desde el principio)<br />
0<br />
B8ZS: BIPOLAR WITH 8-ZEROS SUBSTITUTION<br />
si el anterior es + => 000+-0-+<br />
Cuando tenemos ocho ceros<br />
si el anterior es - => 000-+0+-<br />
0<br />
0<br />
0 1 1 0 0 0 0 0 1 0<br />
El receptor sabe cuando es una sustitución y cuando es uno porque los unos<br />
se alternan y tocaría lo contrario de lo que se encuentra. Esto se denomina<br />
violación de código: tiene que venir un nivel – 0 un 0 y viene un +, o tiene que<br />
venir un + o un 0 y viene un -.<br />
HDB3 (HIGH-DENSITY BIPOLAR 3 ZEROS)<br />
En cuanto se encuentran cuatro ceros se van a sustituir:<br />
si el nº de unos desde la última sustitución IMPAR => 000anterior<br />
fue -<br />
si el nº de unos desde la última sustitución PAR => +00+<br />
Si hay cuatro ceros<br />
si el nº de unos desde la última sustitución IMPAR => 000+<br />
anterior fue +<br />
si el nº de unos desde la última sustitución PAR => -00-<br />
Consideramos 0 un número par.<br />
Las sustituciones se reconocen también por las violaciones de código.<br />
HDB3 -> se utiliza en redes de “litu”<br />
0<br />
35
DENSIDAD ESPECTRAL POTENCIA<br />
Formas de onda de las codificaciones anteriores o DENSIDAD ESPECTRAL DE<br />
POTENCIA.<br />
NRZ,<br />
NRZ-1<br />
NRZ y NRZ-1 tienen valor en 0 porque tienen componente continua<br />
MANCHESTER necesita mas ancho de banda porque cuando envía un 0 envía 0<strong>1.</strong><br />
AMI es mas sensible al ruido. Al tener mas niveles están mas juntos luego es mas<br />
fácil que se confundan.<br />
Si quiero transmitir un Mbit/s:<br />
- NRZ, NRZ-I -> 1 MHz<br />
- AMI, PSEUDOT... -> 1 MHz<br />
- MANCHESTER -> 2 MHZ<br />
DATOS DIGITALES -> SEÑAL ANALÓGICA<br />
Ejemplo: uso de modems.<br />
10110011<strong>1.</strong>.. MODEM<br />
DIGITAL ANALOGICA<br />
Hay tres tipos de codificación.<br />
- Desplazamiento de amplitud (ASK: Amplitude shift Keyne)<br />
S(t)<br />
ANI, HDB3,<br />
PSEUDOTERNARIO,<br />
B8ZS<br />
1 A*sen(2*π*f*t)<br />
0 0<br />
MANCHESTER,<br />
MANCHESTER<br />
DIFERENCIAL<br />
0.5 1 MHz<br />
Ancho de banda<br />
2<br />
0 1 0 1<br />
- Desplazamiento de frecuencia (FSK: Frecuency shift Keyne)<br />
1 A*sen(2*π*f1*t)<br />
A<br />
S(t)<br />
0 A*sen(2*π*f0*t)<br />
-A<br />
A<br />
-A<br />
frecuencia<br />
=<br />
R<br />
frecuencia(<br />
Hz)<br />
Régimenbinario(<br />
bits s)<br />
forma del espectro<br />
de la señal<br />
0 1 0 1<br />
36
- Desplazamiento de fase (PSK: Phase shift Keyne)<br />
1 A*sen(2*π*f*t)<br />
A<br />
S(t)<br />
0 A*sen(2*π*f*t+π)<br />
Desplazada en el tiempo π radianes -A<br />
se transmite la misma con misma<br />
frecuencia y amplitud, solo cambia la fase.<br />
Se suele utilizar una combinación de los 3 sistemas, las normas V.*,<br />
V.22 1200 bits/s<br />
v.22 bis 2400 bits/s<br />
v.32 9600 bits/s<br />
v.32 bis 14.400 bits/s<br />
v.34 28.800 bits/s<br />
v.90 56.600 bits/s<br />
DATOS ANALÓGICOS -> SEÑAL DIGITALES<br />
Lo primero que se hace con los datos analógicos es pasarlos a datos<br />
digitales, y luego se transmiten como señal digital.<br />
Datos analógicos Datos digitales Señales digitales<br />
Ej: voz, audio, ..00111000...<br />
vídeo, imágenes<br />
Este proceso se llama DIGITALIZACIÓN, pasar de datos analógicos a datos<br />
digitales. Hay muchos algoritmos de digitalización:<br />
vídeo ...01110...<br />
MPEG<br />
audio ...01110...<br />
MP3<br />
El paso de voz a bits va a ser el único que se va a comentar.<br />
Desde hace ya tiempo la voz se transmite digitalmente desde la central<br />
nuestra a la central destino. El sistema que se usa en la RT para pasar de voz a<br />
bit se denomina MODULACIÓN POR IMPULSOS CODIFICADOS (MIC – PCM : PULSE CODE<br />
MODULATION).<br />
Consiste en transformar un canal telefónico (canal de voz) en una<br />
secuencia de bits, mediante dos procesos:<br />
- muestro<br />
- cuantificación<br />
Al hablar provocamos una onda de presión, que se transforma en una onda de<br />
tensión mediante una membrana, proporcional a la onda que provocamos al hablar.<br />
Se realiza un muestreo del valor de tensión n veces por segundo:<br />
M<br />
n<br />
1 seg<br />
1 0 1 0<br />
Salto, cambio de bit<br />
Se tienen M niveles de tensión, y lo que se hace es aproximar cada uno al<br />
valor más cercano, esto es lo que se llama cuantificar. Lo que se manda en<br />
realidad es el nivel al que se ha aproximado la muestra, de manera que en<br />
recepción, tenemos muestras a partir de las cuales recomponemos las señal:<br />
Lógicamente cuantas más muestras se tomen y más niveles se tengan más se<br />
parecerá la señal a la señal original.<br />
37
Para la voz es suficiente generalmente con 8.000 muestras por segundo.<br />
Para el número de niveles hay que tener en cuenta que:<br />
- Los niveles no son equidistantes ya que el oido humano percibe mucho mejor<br />
las pequeñas diferencias de amplitud a niveles bajos y para amplitudes muy<br />
grandes no se hace bien esa distinción. Entonces se usan niveles más<br />
separados para amplitudes grandes y más juntos para las pequeñas.<br />
- Cuantos y que valores. Cambia del sistema europeo al americano. En Europa<br />
esta la ley A que dice que hay 256 niveles -> 8 bits. En USA utilizan la ley<br />
μ que tiene 128 niveles -> 7 bits. Esto implica que en Europa la calidad es<br />
ligeramente superior.<br />
En el sistema europeo un canal de voz ocupa digitalizado:<br />
8 bits/muestra * 8000 muestras/s =64 kbits/s.<br />
En el americano 7*8000=56 kbits/s.<br />
En los CD’s se muestrea 44.000 veces por seg, y se utilizan 256 bits<br />
En redes de datos nos encontramos estos valores:<br />
Ej. acceso básico RDSI= 2 canales B (2 canales básicos)=2*64=128 bits/s<br />
En la RT se empaquetan 32 canales, dando lugar a 2Mbits/s que son los<br />
canales EI.<br />
DATOS ANALÓGICOS -> SEÑAL ANALÓGICA<br />
amplitud<br />
Puede ser modulación de fase<br />
frecuencia<br />
AM - La modulación de amplitud consiste en: S(t)=A*X(t)*sen(2*π*f*t)<br />
Onda media de la radio señal resultado señal original de datos<br />
Modulación de fase S(t)=sen (2*π*f*t+A*x(t))<br />
FM – Modulación de frecuencia: S(t)=sen(2*π*f*t+A*f*x(t))<br />
radio<br />
38
Interfaces de capa física<br />
TRANSMISIÓN ASÍNCRONA Y SÍNCRONA<br />
Cuando dos equipos se intercambian datos es fundamental que exista además<br />
una temporización entre emisor y receptor, esto es, que los dos estén de acuerdo<br />
en cuando empieza y termina cada bit, y cuanto dura cada uno.<br />
Suponemos por ejemplo que estamos usando NRZ (0 nivel alto y 1 nivel<br />
bajo), que transmitimos 1 Mbps (1 bit cada μseg).<br />
TRANSMISOR<br />
El receptor lee en el medio de cada intervalo con un intervalo fijo de<br />
1μs. Lo ideal es leer la señal en el centro del bit.<br />
Si hay un error del 1% entre el reloj del transmisor y el receptor, cada<br />
100μseg uno ha contado 100μs y el otro 99. A los 50 bit el muestro del receptor<br />
se hará al final del intervalo, cuando esta transitando.<br />
La solución no es buscar un reloj de mayor precisión, sino usar la Tx<br />
sincrona y la Tx asíncrona.<br />
Tx ASÍNCRONA<br />
Es la más antigua. Si con tan solo 50 bits con un 1% vamos a perder la<br />
sincronización, transmitiremos siempre grupos pequeños de bits. La Tx se hace<br />
carácter a carácter donde un carácter es un grupo de bits (entre 5 y 8).<br />
P. ej. ASCII 7 bit y EBCDIC 8 bit.<br />
Ese grupo de bit es lo suficientemente pequeño para que no se pierda la<br />
comunicación con una pequeña de desincronización. Cuando no hay nada que<br />
transmitir se transmite una Señal de Reposo que se corresponde con un 1 binario.<br />
Cuando hay que transmitir algo se transmite lo primero bit de comienzo (un<br />
0), a continuación el carácter codificado con NRZ, a continuación un bit de<br />
paridad que es un 1 o un 0 dependiendo del nº de 1’s del carácter. Si la paridad<br />
es par pondremos un nº tal que haga par el nº de 1’s, y si la paridad es impar<br />
se pone un nº para que el total de 1’s sea impar. A continuación está un<br />
elemento de parada, que se corresponde con el valor de un 1 pero su duración<br />
puede ser de 1 bit, 1,5 bits o 2 bits.<br />
Si tenemos más que transmitir, después del elemento de parada volvemos a<br />
empezar por el bit de comienzo, el carácter ...<br />
REPOSO<br />
RED<br />
1μs<br />
1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1<br />
muestreo<br />
BIT<br />
Comien<br />
zo<br />
CARACTER ASCII<br />
50bit<br />
BIT<br />
PARI<br />
DAD<br />
ELEM<br />
PARADA<br />
BIT<br />
Comien<br />
zo CARACTER ASCII<br />
Ventajas de la tx asíncrona:<br />
- es muy sencilla<br />
- es muy poco exigente en cuanto a la sincronización, se toleran diferencias de<br />
reloj de hasta el 20 %<br />
Inconveniente<br />
- es poco eficiente. Por cada 7 bits que queremos transmitir en total<br />
transmitimos 11 (1 comienzo + 1 paridad + 2 parada + 7 carácter).<br />
39
TRASNMISIÓN SÍNCRONA<br />
Se dice que la Tx es síncrona cuando el receptor va a poder recuperar el<br />
sincronismo del transmisor.<br />
En los códigos ternarios como mucho se transmitían 3 bits sin transición,<br />
y esto hacía posible transmitir cadenas muy largas.<br />
Ej. En NRZ, cuando no cambia de estado el receptor no puede saber cuando esta<br />
transmitiendo el emisor porque no hay transiciones. En Manchester, hay<br />
transiciones mas a menudo lo que permite que el receptor resincronice su reloj<br />
por lo que pueden transmitir cadenas de cualquier longitud incluso variable.<br />
Desventaja<br />
Saber cuando terminan unos datos y comienzan los siguientes, por lo que la<br />
información se encapsula en tramas.<br />
TRAMA<br />
Comienzo de trama detección de errores<br />
indica cual es el origen y destino<br />
Esto entra dentro del nivel de enlace.<br />
Ejemplos: HDLC, los campos nunca exceden los 100 bit, en HDLC son 48 mientras<br />
que los datos pueden ser 1000’s de bits.<br />
La eficiencia es mucho mayor que en asíncrona.<br />
INTERFACES<br />
Llamamos interfaz a la especificación de las características mecánicas,<br />
eléctricas, funcionales y de procedimiento de la conexión.<br />
DTE<br />
- mecánicas: tamaño del conector, dimensiones, número de pines, forma, diámetro<br />
de pines, distancia entre pines.<br />
- eléctricas: que codificación se usa NRZ, Manchester, NRZ-I, que niveles de<br />
tensión (ej, nivel alto +5 voltios,...), régimen binario (bits/seg),<br />
distancia máxima de conexión.<br />
- funcionales: que señal llena cada pin del conector.<br />
- procedimiento: en que orden se intercambian las señales por ese interfaz.<br />
Cuando el equipo no se conecta directamente a la red, sino que utiliza<br />
equipo intermedio entonces tendremos dos interfaces. La ventaja de utilizar<br />
equipo intermedio es que tenemos un puerto/interfaz que nos sirve para<br />
conectarnos a cualquier red.<br />
Según que equipo intermedio utilizamos (modem,ADLS,RDSI).<br />
Al equpo transmisor/receptor de datos se le llama DTE (Data Terminal<br />
Equipment).<br />
Al interfaz al que se conecta el DTE se le llama DCE (modem,..).<br />
DTE<br />
Preambulo Control Datos Control Preambulo<br />
DCE<br />
RED<br />
MECANICAS<br />
ELECTRICAS<br />
FUNCIONALES<br />
DE PROCEDIMIENTO<br />
RED<br />
A veces el DTE y DCE están integrados.<br />
40
RS-232 (ahora se llama EIA-232-E) Asociación de Industrias eléctricas<br />
Americanas.<br />
Es el puerto serie, especifica características mecánicas, eléctricas,<br />
funcionales y de procedimiento<br />
- mecánicas ISO-2110<br />
- eléctricas ITU-T V.28<br />
- funcionales y procedimiento ITU-T V.24<br />
Cada una de estas normas no es lo mismo que RS232, el conjunto si.<br />
Es un conector de 25 pines (13 arriba y 12 abajo), también los hay de 9,<br />
se conecta a un cable de 25 hilos.<br />
Especificaciones eléctricas: se utiliza NRZ (0 nivel alto, 1 nivel bajo;<br />
0-> +3 v, 1 -> -3 v). Puede alcanzar 15 de distancia a 20 kbits/s.<br />
Especificaciones funcionales: Cada uno de esos pines se especifica que<br />
señal va a llevar.<br />
4 pines -> señal de datos.<br />
1 para transmitir.<br />
1 para recibir.<br />
2 secundarios.<br />
3 pines -> información de sincronísmo.<br />
1 DTE manda reloj a DCE.<br />
1 DCE manda reloj a DTE.<br />
1 Secundario.<br />
1 pin -> tierra<br />
17 pines -> Control.<br />
(1) MODEM DE DISTANCIA LIMITADA<br />
Sirven para conectar dos ordenadores entre sí a través de un ca ble.<br />
DTE<br />
RS-232<br />
MODEM<br />
revisión de la norma<br />
DCE DCE DTE<br />
Estos modem solo usan 7 pines de los 25 posibles:<br />
- Señal de tiera (GND) PIN 7<br />
- Transmisión Datos (TxD) PIN 2 DTE -> DCE<br />
- Recepción Datos (RxD) PIN 3 DTE DCE<br />
CONTROL<br />
- Preparado para enviar (CTS)<br />
- DCE Preparado (DSR)<br />
PIN 5<br />
PIN 6<br />
DTE
(2) MODEM TELEFÓNICO<br />
DTE<br />
RTC<br />
DCE DCE DTE<br />
Aquí de los 25 pines sólo se usan 9, que son lo 7 de antes más otros 2 que son:<br />
- DTE Preparado (DTR)<br />
- Indicación de llamada (RI)<br />
Cuando está listo para transmitir el ordenador se lo indica al modem con una<br />
señal DTR, y el modem contesta con DSR. En el lado opuesto igual.<br />
El ordenador manda al modem por la línea TxD unos comandos. Esto no se<br />
reenvía por la línea telefónica sino que sirven para configurar el modem.<br />
ATD T xxxxxxxxxx Ej de un comando HAYES<br />
P<br />
El modem hace una llamada de teléfono al nº de teléfono que le indicamos.<br />
El ordenador acepta esa llamada enviando un RTS, y empieza una fase de<br />
negociación, (negocian la velocidad). Cuando ya han negociado la velocidad, pone<br />
la señal CD y la señal CTS, para indicar que ya puede transmitir. El que empieza<br />
transmitiendo es el ordenador remoto poniéndolo en el pin TxD.<br />
En el otro extremo aparece por el pin de RxD.<br />
Cuando ha terminado de transmitir y espera un respuesta, pone a OFF RTS, y<br />
como respuesta también se quita la señal CD. Ahora que no hay recepción de señal<br />
puede el otro extremo transmitir.<br />
DTE<br />
DTR<br />
TxD<br />
RTS<br />
TxD<br />
RTSOFF<br />
DTSOFF<br />
DTR<br />
RTC<br />
DCE DCE DTE<br />
DSR<br />
CD<br />
RxD<br />
CDOFF<br />
CTS<br />
CTSOFF<br />
CD<br />
RxD<br />
DSROFF<br />
DSR<br />
LLAMADA<br />
DSR<br />
RI<br />
CTS<br />
CDOFF<br />
CDON<br />
RxD<br />
CDOFF<br />
CTS<br />
Disponible para realizar<br />
otra conexión u otra<br />
llamada<br />
DTR<br />
RTS<br />
TxD<br />
RTSOFF<br />
RTS<br />
TxD<br />
42
(3) MODEM NULO<br />
ORIGEN<br />
DTE<br />
La tx la podemos realizar como si hubiese un modem intermedio, conectándolo<br />
de la siguiente forma:<br />
TIERRA<br />
TxD<br />
RxD<br />
RTS<br />
CTS<br />
CD<br />
DSR<br />
DTR<br />
RI<br />
DESTINO<br />
DTE<br />
TIERRA<br />
TxD<br />
RxD<br />
RTS<br />
CTS<br />
CD<br />
DSR<br />
DTR<br />
RI<br />
43
3. NIVEL DE ENLACE<br />
Control de Enlace<br />
Funciones del nivel de enlace<br />
Hasta ahora hemos visto el nivel físico. El servicio que da el nivel<br />
físico es la transmisión no fiable de bits.<br />
Lo que va a proporcionar el nivel de enlace es un servicio de transmisión<br />
de bloques de bits (TRAMAS) de forma segura, sin errores.<br />
Las funciones que va a realizar este nivel de enlace son:<br />
• FUNCIÓN DE ENTRAMADO o sincronización de tramas.<br />
Consiste en detectar donde está en un flujo de bits el comienzo y fin de<br />
cada trama.<br />
• CONTROL DE FLUJO<br />
A veces la estación receptora no es capaz de procesar los datos que recibe<br />
tan rápido como los emite la transmisora. Esto es así porque la receptora al<br />
recibir una trama normalmente tiene que hacerle un procesamiento<br />
(normalmente pasarlo a un nivel Sw superior), si las capas superiores no<br />
procesan los datos suficientemente rápido, las tramas se van acumulando en<br />
una cola hasta que se desborda la cola. Para evitar esto el receptor puede<br />
frenar la transmisión.<br />
• CONTROL DE ERRORES<br />
Se pueden producir errores debido a las perturbaciones. El nivel de enlace<br />
va a tener que detectar si se ha producido un error y corregirlo.<br />
• GESTIÓN DE ENLACE<br />
Es una función que no siempre está presente. A veces el enlace no es<br />
permanente, cuando quiere transmitirse información debe establecerse el<br />
enlace y cuando se termina se libera el enlace. Así se puede incluir el<br />
control para el inicio, mantenimiento y cierre del enlace.<br />
• CONTROL DE ACCESO AL MEDIO COMPARTIDO<br />
Tampoco está siempre presente, pero es necesario en redes de difusión o<br />
multipunto. En estas redes hace falta regular el uso de este medio, hay que<br />
regular quien tiene el turno en cada momento para transmitir.<br />
• DIRECCIONAMIENTO<br />
Tiene sentido mayormente en enlaces multipunto. Hay que averiguar de quien<br />
viene la transmisión.<br />
Las cuatro primeras funciones tienen sentido en todos los enlaces y dentro<br />
del modelo de OSI se las engloba en lo que se llama control del enlace lógico:<br />
LLC (Logical Link Control).<br />
Las dos últimas funciones tienen sentido en redes de difusión o<br />
compartidas y se las engloba en lo que se llama control de acceso al medio: MAC<br />
(Medium Access Control)<br />
NIVEL ENLACE<br />
NIVEL FÍSICO<br />
LLC<br />
MAC<br />
Necesario en todos los enlaces<br />
Sólo es necesario en un medio compartido<br />
Hay un protocolo concreto llamado LLC, que se verá en este tema.<br />
ENTRAMADO<br />
Esta función la realiza el adaptador (tarjeta) de red. Vamos a ver cuatro<br />
métodos de entramado que nos dan una idea de cómo lo hacen.<br />
<strong>1.</strong> Cuenta de caracteres<br />
Consiste en que un campo de la trama no diga cuantos bits, bytes o<br />
caracteres forman la trama.<br />
Este campo nos dice cuanto mide esta trama<br />
44
Cuestiones:<br />
En primer lugar tenemos que saber donde comienza la primera trama.<br />
El mayor problema es que haya un error en un bit de campo de nº de<br />
bits, bytes o caracteres, que provocará una desincronización de trama.<br />
Esto hace que este método no se utilice por si solo.<br />
2. Protocolos orientados a carácter<br />
Se considera la trama como compuesta por un conjunto de caracteres<br />
de un determinado juego de caracteres.<br />
Estos protocolos se basan en transmisión asíncrona. Algunos de estos<br />
protocolos son<br />
BSC (de IBM) utilizando codificación EBCDIC.<br />
SLC – ASCII<br />
Se utilizan ciertos caracteres de código para indicar el comienzo y<br />
el fin de la trama.<br />
Ej. ASCII:<br />
7 bits 128 caracteres<br />
había (caracteres imprimibles y caracteres de control (del 0<br />
al 31 aprox).<br />
Dentro de los caracteres de control hay 3 caracteres:<br />
DLE – Data Link Escape<br />
STX – Start of Text<br />
ETX – End of Text<br />
Para marcar el inicio de una trama se enviaban 2 caracteres:<br />
DLE STX<br />
Para marcar el final de una trama se mandan<br />
DLE ETX<br />
Puede ocurrir que lleguen los 2 caracteres anteriores en la trama,<br />
para eso se utiliza el “Relleno de caracteres” (CHARACTER STUFFING).<br />
Esto consiste en que cada vez que recibamos DLE lo duplicamos.<br />
DLE<br />
DLE DLE<br />
En recepción:<br />
DLE STX<br />
DLE ETX<br />
DLE DLE<br />
inicio trama<br />
fin trama<br />
<br />
DLE<br />
DLE * ¡ERROR!<br />
El inconveniente es que esta muy ligada al juego de caracteres que se<br />
utilice.<br />
3. Protocolos orientados a bit<br />
Están pensados para transmisión síncrona: no transmitimos orientados a<br />
caracteres.<br />
Lo que hace es indicar en un flujo de bits donde comienza y donde<br />
termina la trama con ayuda de un patrón.<br />
UN INDICADOR (MUY COMÚN) 01111110<br />
Donde encontremos este patrón significa que termina y comienza una<br />
trama.<br />
Para evitar el problema de que aparezca ese patrón usamos Bit<br />
Stuffing, cada vez que tenemos un cero seguido de 5 unos lo que hacemos es<br />
insertar un cero.<br />
En recepción si recibimos un cero seguido de 5 unos y lo que viene es<br />
un cero se tira, si es un uno (uno + cero) es un indicador. Si recibo un<br />
11 es un error.<br />
Protocolos que utilizan este tipo de mecanismo: HDLC, SDLC, LAPB, PPP.<br />
4. Violación de código<br />
Vamos a utilizar códigos del nivel físico no válidos para marcar el<br />
comienzo y final de la trama.<br />
45
Ej.<br />
Manchester 1B2B<br />
transmitir 0 01<br />
transmitir 1 10<br />
2 códigos no válidos de Manchester serían.<br />
00 J<br />
11 K<br />
J y K se llaman violaciones de código ya que son códigos no válidos en<br />
la codificación Manchester.<br />
Ej.<br />
4B5B (en el que a cada combinación de 4 bits se le asigna una<br />
combinación de 5 bits).<br />
Tendremos 2 4 = 16 combinaciones de 4 bits y 2 5 = 32 de 5 bits.<br />
Las 16 combinaciones de 5 bits sin utilizar serán códigos no válidos,<br />
se podrán utilizar para violaciones de códigos.<br />
Ej. de redes donde se utiliza este método: Token Ring, FDDI utiliza<br />
4B5B.<br />
Ventaja:<br />
No hay que hacer relleno porque utilizamos códigos no válidos.<br />
Muchas redes utilizan una combinación de estos métodos, como por ej. un<br />
entramado orientado a carácter y además llevan un byte en el que dicen el<br />
nº de bytes. Así tenemos redundancia:<br />
DLE STX ETX DLE<br />
Es frecuente utilizar cuenta de caracteres y además otro método de<br />
entramado.<br />
CONTROL DE FLUJO<br />
Consiste en que el transmisor no envíe tramas más rápido de lo que el<br />
receptor es capaz de procesar.<br />
PHY<br />
Buffer<br />
MAC LLC<br />
N<br />
CPU<br />
memoria<br />
prcipal<br />
Cuando la trama ha sido<br />
extraída se va almacenando en un<br />
buffer. Cuando se tiene en el<br />
buffer se lanza una interrupción<br />
al procesador.<br />
Una por cada trama. Esta<br />
interrupción será atendida por<br />
una rutina de aceptación de<br />
interrupción que copia la trama a memoria para procesarla y liberar el buffer.<br />
La memoria de la tarjeta es pequeña (unos pocos Ks) y sólo caben unas 10 o<br />
20 tramas. Lo que interesa es que se procesen las tramas. Cuando el buffer está<br />
lleno tira las siguientes tramas.<br />
El control de flujo tiene que tener algún mecanismo para frenar al<br />
transmisor. Lo que pretende es evitar que se llene el buffer de la tarjeta y que<br />
tenga que tirar las tramas.<br />
Parada y espera<br />
a) sin errores<br />
EMISOR RECEPTOR<br />
(1) Emisor envía<br />
(4) Llega ACK<br />
(5) Enviar<br />
siguiente trama<br />
ACK<br />
(2) Recibe (buffer)<br />
(3) Se libera el buffer<br />
Envía confirmación ACK<br />
46
) Si hay problemas en la transmisión<br />
T<br />
E R<br />
Transcurrido T, si el emisor no recibe ACK, retransmite la trama T, tiene<br />
que ser suficientemente grande para dar tiempo a enviar el ACK.<br />
c)Si hay problemas en la transmisión del asentimiento<br />
T<br />
No llega <br />
La solución es la misma, un temporizador.<br />
Ha llegado corrupta o no ha llegado<br />
No manda ACK<br />
E R<br />
BUFFER<br />
d)el receptor está muy cargado y pasa un tiempo grande hasta que se puede<br />
liberar el buffer y mandar el ACK, saltando el timeout en el emisor.<br />
T<br />
ACK<br />
3<br />
E R<br />
ACK<br />
En los dos últimos casos la trama llega duplicada. Para controlar que<br />
trama está duplicada en la cabecera de la trama se incluye un BIT<br />
1<br />
BUFFER<br />
2<br />
tarda en liberarlo<br />
47
ALTERNANTE que lo que hace es ir cambiando un bit de 0 a 1 en tramas<br />
consecutivas, también ocurre así en los ACK’s.<br />
caso b) caso c)<br />
T<br />
E R E R<br />
TRAMA 1<br />
ACK 1<br />
TRAMA 0<br />
TRAMA 0<br />
ACK 0<br />
Ya he enviado la trama<br />
1, así que este es de<br />
antes lo tiro<br />
T<br />
T<br />
caso d)<br />
E R<br />
TRAMA 0<br />
TRAMA 0<br />
ACK 0<br />
TRAMA 1<br />
ACK 1<br />
TRAMA 0<br />
ACK 0<br />
TRAMA 0<br />
ACK 0<br />
TRAMA 0<br />
ACK 0<br />
TRAMA 1<br />
¿Otra vez 0? <br />
DUPLICADO lo tiro<br />
DUPLICADO lo tiro<br />
El principal inconveniente de parada y espera es que se pierde mucho<br />
tiempo en esperar el ACK.<br />
48
Con un análisis de prestaciones vamos a ver que porcentaje de tiempo<br />
se esta transmitiendo.<br />
supongamos que tenemos<br />
TTX = tiempo de transmisión<br />
TPROP = tiempo de propagación<br />
(igual en los dos<br />
sentidos si todo es<br />
simétrico <br />
normalmente)<br />
TPROCTRAMA = tiempo para generar<br />
el asentimiento (esto es<br />
lanzar INT + vaciar<br />
buffer ...)<br />
TACK = tiempo de transmisión<br />
del ACK<br />
TPROCACK = tiempo en procesar<br />
la trama<br />
TTRAMA = desde que comienzo a<br />
transmitir una trama<br />
hasta que se puede<br />
transmitir la siguiente<br />
TTRAMA = TTX + TPROP + TPROCTRAMA + TACK + TPROP + TPROCACK<br />
Salvo que se indique lo contrario supondremos los tiempos de<br />
procesamiento despreciables frente a los demás tiempos, ya que es mucho<br />
menor. La trama de asentimiento es muy pequeña y en principio también se<br />
desprecia, salvo que se indique otra cosa. Así obtendremos:<br />
TTRAMA = TTX + 2TPROP<br />
Se transmite un<br />
régimen binario R<br />
(bits/s) se<br />
transmiten tramas<br />
de L bits<br />
TTX<br />
TPROP<br />
TTRAMA<br />
TPROCACK<br />
Vamos a definir el “FACTOR a” de un enlace como a = TPROP / TTX<br />
T<br />
a =<br />
T<br />
PROP<br />
TX<br />
d v d * R<br />
= =<br />
L R L * v<br />
TTRAMA = TTX + 2TPROP<br />
La eficiencia va a venir dada por lo que se llama la utilización: U,<br />
tiempo (en porcentaje) que realmente estamos transmitiendo:<br />
T<br />
U =<br />
T<br />
TX<br />
TRAMA<br />
=<br />
T<br />
TX<br />
La utilización será mejor cuanto más cerca de cero este “a”. Cuando<br />
U=1, tenemos una utilización del 100%.<br />
d<br />
Para que sea lo mejor posible R<br />
L<br />
d = distancia (m)<br />
v = velocidad de propagación<br />
(m/s) ≈ cercana a la v. de la luz<br />
L<br />
b<br />
i<br />
t<br />
s<br />
TTX<br />
1 1<br />
= =<br />
+ 2 T T<br />
PROP<br />
PROP 1+<br />
2a<br />
1+<br />
2<br />
T<br />
TX<br />
no podemos hacer<br />
nada con v<br />
TPROCTRAMA<br />
TACK<br />
TPROP<br />
Se utilizará en redes<br />
pequeñas con regímenes<br />
binarios pequeños y<br />
tramas grandes<br />
49
Si esto no se cumple parada y espera va a ser ineficiente.<br />
Aunque el régimen sea R (bits/s), debido a los tiempos de propagación,<br />
se tiene la sensación de transmitir menos en realidad, eso es lo que se<br />
llama CAUDAL EFICAZ (Régimen binario medio que consigue el usuario).<br />
C<br />
ef<br />
L(<br />
bit)<br />
=<br />
T<br />
TRAMA<br />
Se puede demostrar que Cef = R*U<br />
Ventana deslizante<br />
Si d*R es grande, pasa mucho tiempo entre que se transmite y se<br />
recibe el ACK.<br />
La idea de la ventana deslizante es mandar más de una trama antes de<br />
esperar el ACK. Para ello se necesita un buffer de varias tramas tanto en<br />
el receptor como en el transmisor (en este último para almacenar tramas<br />
transmitidas de las que no se ha recibido confirmación).<br />
El buffer donde se almacenan las tramas se llama VENTANA y se habla<br />
de ventana de transmisión y ventana de recepción.<br />
VENTANA DE TRANSMISIÓN: Donde se copian las tramas que se han<br />
enviado a la espera de recibir confirmación.<br />
VENTANA DE RECEPCIÓN: Donde se guardan las tramas que se reciben<br />
hasta pasarlas al nivel superior y enviar el ACK.<br />
En este tipo de control de flujo tiene que acordar (E y R) el tamaño<br />
de ventana que será igual para los 2 (W). Esto significa que no se puede<br />
enviar más de w tramas hasta que no se reciba confirmación.<br />
W = 8<br />
Funcionamiento<br />
Representación del buffer de ventana: Buffer circular<br />
1<br />
7 2<br />
6<br />
8<br />
3<br />
7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5<br />
5 4<br />
En el emisor cada trama que se transmite se guarda en el buffer y se<br />
transmite indicando en un campo que se llama Nº de secuencia de<br />
transmisión, la posición de buffer que ocupa.<br />
Cuando llega un asentimiento se libera esa posición.<br />
El transmisor guarda un puntero al último asentimiento recibido. Y<br />
guarda otro puntero a la última trama enviada.<br />
El número máximo de tramas que puede haber entre ambos punteros es<br />
W. Si ya hay una distancia de 8 no se puede transmitir una nueva trama.<br />
50
También hay un temporizador para cada trama, de manera que si no se recibe<br />
el ACK de la trama se retransmite.<br />
W = 8<br />
En el receptor vamos almacenando cada trama en un buffer. Hay un<br />
puntero a la última trama transmitida y otro a la última recibida.<br />
Igualmente la diferencia entre ambas debe ser
Inicialmente podemos transmitir sin necesidad de asentimiento las<br />
primeras 7 tramas al igual que el receptor puede recibirlas. Supongamos<br />
que el emisor envía varias tramas ej(3). Sin recibir mas confirmaciones<br />
solo podrá enviar las 3-4-5-6 porque puede enviar 7 máximo sin<br />
confirmación. El receptor ha recibido las 3 primeras tramas pero no ha<br />
enviado la confirmación. No ha porque confirmar todas las tramas, si se<br />
confirma una se confirman las anteriores. Si queremos confirmar que hemos<br />
recibido las tres primeras tramas lo que mandamos al receptor es un RRX<br />
(Receiver Ready x nº de secuencia siguiente al confirmado) en este caso<br />
sería RR3. Cuando ha enviado la confirmación de las tres primeras la<br />
ventana de recepción se amplia a 7 de nuevo. Lo mismo ocurre cuando llega<br />
la confirmación al emisor, se amplia de nuevo su ventana. Supongamos ahora<br />
que envía 4 tramas.<br />
Mientras no reciba confirmación no podrá enviar más del puntero <strong>1.</strong><br />
Ahora enviamos el asentimiento de la trama 3. Por lo que aumenta en 1 la<br />
ventana de recepción. Supongamos que la 4,5,6 llegan pero se quedan en el<br />
buffer y no las hemos entregado al nivel superior y hemos enviado el<br />
asentimiento.<br />
Un posible problema es que el receptor no devuelva el asentimiento y<br />
pase mucho tiempo con lo que el receptor reenviará la trama. Para evitar<br />
esto hay otro mensaje RNRx Receiver not Ready. Cuando se manda un RNRx le<br />
decimos al emisor que hemos recibido las tramas y que están en el buffer.<br />
Este mensaje no tienen ningún efecto en las ventanas de emisión y<br />
recepción.<br />
Pasado un tiempo cuando las tramas 4,5,6 sean liberadas habría que<br />
enviar un RRx para que vuelva a ampliar su ventana.<br />
El emisor y receptor son a su vez receptor y emisor, por ellos<br />
muchos protocolos “ahorran” en tramas hacia los dos lados, teniendo<br />
cabeceras del estilo:<br />
E<br />
n<br />
n<br />
N(S) N(R)<br />
I0,0<br />
I1,0<br />
I2,0<br />
I0,3<br />
I1,3<br />
I2,3<br />
I3,3<br />
R<br />
N(S) - nº de secuencia de<br />
información<br />
N(R) – nº de secuencia de<br />
recepción<br />
I0,0 -> Te envío la 0 y espero la 0<br />
I1,0 -> Te envío la 1 y espero la 0<br />
....<br />
I0,3 -> Te envío la 0 y espero la 3.<br />
Es como llevar un RRX en la trama de información,<br />
así en un trama se envían juntas las de Información y la<br />
de Asentimiento.<br />
Estas tramas coexisten con las de asentimiento por<br />
si no se quiere enviar información.<br />
52
T<br />
¿Por qué W ≤ 2 n –1 ?<br />
Ej n=3 Supongamos que W=2 n<br />
5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2<br />
(1) RR0<br />
Recibido (2)Envío todas las tramas<br />
(3)Recibido RR0 ¿pero es el de antes o el de ahora?<br />
El tamaño 2 n da lugar a ambigüedad porque nos podemos<br />
confundir con los asentimientos.<br />
Análisis de prestaciones<br />
TTX<br />
TPROP<br />
TPROC ACK<br />
La diferencia entre parada y espera y ventana deslizante es que<br />
podemos enviar w tramas antes de recibir confirmación.<br />
2 casos:<br />
(1) La ventana es suficientemente grande como para que llegue el ACK de la<br />
primera trama, esto se denomina ENVÍO CONTINUO.<br />
(2) La ventana no es suficientemente grande para recibir el primer ACK<br />
cuando se ha enviado la última trama. Hay que quedarse un tiempo<br />
esperando a que llegue el asentimiento. Esto se llama ENVÍO NO<br />
CONTINUO.<br />
ENVÍO CONTINUO: W*TTX ≥ T<br />
T = TTX + TPROP + TPROCTRAMA + TACK + TPROP + TPROPACK<br />
T ≈ TTX + 2*TPROP<br />
a= TPROP / TTX<br />
Parada y espera<br />
W * TTX ≥ TTX + 2*TPROP<br />
W ≥ 1 + 2*a<br />
W ≥ 1 + 2*a U = 1<br />
Análisis de prestaciones: en envío continuo la utilización es U=1, es<br />
decir el 100%.<br />
ENVÍO NO CONTINUO:<br />
W < 1 + 2*a <br />
0<br />
TPROC TRAMA<br />
TPROP ACK<br />
W * T<br />
U =<br />
T<br />
TX<br />
0<br />
w<br />
W * T<br />
=<br />
T + 2T<br />
TX<br />
TX<br />
TTX<br />
TTX<br />
0<br />
PROP<br />
W<br />
=<br />
1+<br />
2a<br />
Ventana deslizante<br />
53
1<br />
CONTROL DE ERRORES<br />
Se encarga de detectar cuando hay errores en los bits que forman una trama<br />
y recuperarse de esos errores. Para recuperarse, se puede hacer de dos maneras,<br />
corrigiendo los errores o tirando la trama y pidiendo retransmisión.<br />
Corregir errores FEC -> Forward Error Control<br />
Pedir retransmisión ARQ -> Automatic Repeat Request<br />
Códigos de protección frente a errores<br />
En el emisor se van a recibir datos del nivel superior (Red) que hay que<br />
transmitir (Ej. IP -> Datagrama IP). Entonces se le añade una cabecera, donde<br />
irán números de secuencia, dirección origen y destino, etc. Además se añade una<br />
cola en la que irá el resultado de pasar una función a todo lo anterior<br />
(cabecera+información). Esto se denomina E: Código de protección contra errores.<br />
Emisor<br />
En el receptor al recibirlo se cogen la cabecera y los datos y se pasa la<br />
misma función, obteniendo así E’. Lo que se hace es compara E y E’.<br />
si son iguales todo ha ido bien y no hay errores.<br />
si son distintos dependerá del código la corrección o retransmisión.<br />
Receptor<br />
CAB DATOS E<br />
F(DATOS+CAB)=E<br />
CAB DATOS E<br />
F(DATOS+CAB)=E’<br />
Comparar<br />
Los códigos de protección de errores pueden fallar. Puede que no se<br />
detecte el error habiéndose producido o puede que se corrija mal. Cuantos más<br />
errores se quieran corregir, se necesitarán más bits para el código.<br />
Funcionamiento general de los códigos<br />
m CODIFICADOR t<br />
mensaje( de n<br />
bits)<br />
W<br />
CAB DATOS +<br />
palabra<br />
código<br />
E<br />
CAB DATOS E<br />
54
La palabra código tendrá más bits que el mensaje original. La diferencia<br />
de bits, será lo que se llama redundancia.<br />
En el codificador se asigna a cada mensaje una palabra distinta:<br />
Ej:<br />
m t<br />
00 00000<br />
01 01101<br />
10 10110<br />
11 11011<br />
Redundancia<br />
Iguales (coinciden)<br />
Dado un código se define la DISTANCIA del código (o DISTANCIA HAMMING)<br />
como el mínimo número de bits en que se diferencian dos palabras códigos de<br />
dicho código “d”:<br />
(No confundir distancia Hamming – código Hamming).<br />
Distancia Hamming del código anterior d=3.<br />
La importancia de la distancia de un código radica en que ahí se<br />
fundamentan sus propiedades de detección y corrección de errores.<br />
Detectar -> d-1 errores<br />
CODIGO DISTANCIA d Corregir -> (d-1)/2 errores (truncado)<br />
Detectar(x) y corregir(y) (x>y) -> d ≥ x+y+1<br />
Ej.<br />
si queremos un código que detecte 5 errores: código d ≥ 6<br />
si queremos un código que corrija 5 errores: código d ≥ 11<br />
si queremos detectar errores de hasta 6 bits y corregir de 3 bits o menos:<br />
código d ≥ 10<br />
CÓDIGOS DE PROTECCIÓN DE ERRORES<br />
m r<br />
Mensaje redundancia<br />
PALABRA CÓDIGO<br />
(1) PARIDAD<br />
Consiste en añadir a los mensajes de m bits un bit de paridad.<br />
Al final vamos a tener m+1 bits.<br />
Este bit de paridad va a ser:<br />
a) Paridad par.<br />
r va a valer 1 ó 0 de forma que en total haya un nº par de bits <strong>1.</strong><br />
b) Paridad impar.<br />
r va a valer 1 ó 0 para que haya un nº impar de bits <strong>1.</strong><br />
Se usa en protocolos asíncronos, sobre todos, aunque también en<br />
síncronos.<br />
P. ej. ASCII = 7 bits + 1 paridad<br />
1 0 1 1 0 1 1 -PAR: 1 -IMPAR: 0<br />
La mayor parte de los protocolos asíncronos usan paridad impar, y la mayor<br />
parte de los síncronos usan paridad par, aunque no hay ninguna razón para<br />
ello.<br />
La distancia de esta codificación es d=2 (si dos mensajes se diferencian<br />
en un bit se diferencia también en el bit de paridad, en total dos bits<br />
distintos).<br />
55
Si d=2 sólo se pueden usar para detectar un error y no se puede usar para<br />
corregir. m puede ser mayor o menor de 7.<br />
Con un mensaje muy grande, podemos fragmentarlo en trozos de m bits, y<br />
cada m bits meter un bit de paridad.<br />
La detección de errores en paridad es muy sencilla pero muy poco potente.<br />
(2) PARIDAD BLOQUE O MULTIDIMENSIONAL<br />
Tenemos un mensaje de varios bits, para enviar.<br />
PARIDAD<br />
VERTICAL<br />
1 0 1 1 0 1 0 0<br />
0 0 1 0 1 0 0 0<br />
1 0 0 1 1 0 1 0<br />
1 1 0 0 1 0 1 0<br />
1 0 0 1 1 0 1 0<br />
1 1 1 0 0 1 1 1<br />
0 0 0 1 1 0 0 0<br />
1 0 1 0 1 0 0 1<br />
Se puede dividir el bloque a enviar en trozos de 7 bits (p. ej),<br />
calculamos el bit de paridad para cada m (7) bits. Aplicamos, p. ej. paridad<br />
par.<br />
Después hacemos la paridad vertical.<br />
Transmitimos el bloque que nos queda. La paridad cruzada cumple la paridad<br />
tanto vertical como horizontal, y si no la cumple es que nos hemos<br />
equivocado.<br />
Un bloque no tiene por qué ser cuadrado, tener más filas que columnas,<br />
etc, y con el m que elijamos. Este código tiene d=4.<br />
d=4 porque si cambia un bit del mensaje cambian también el de paridad<br />
horizontal, vertical y cruzada.<br />
Como d=4 puede detectar hasta 3 errores.<br />
Se demuestra también que puede detectar 4 errores si no están juntos<br />
formando un cuadrado.<br />
Esta paridad del ejemplo es bidimensional, porque es en dos dimensiones,<br />
vertical y horizontal.<br />
También puede ser tridimensional y de n dimensiones.<br />
(3) CODIGO HAMMING<br />
Está pensado para la corrección de errores.<br />
Es un código basado en paridad, solo que por cada m bits del mensaje no va<br />
a añadir uno sino que va a añadir r bits de redundancia, de forma que se<br />
cumpla que:<br />
2 r ≥ m + r + 1 r será el MÍNIMO valor que cumpla esto.<br />
En el código Hamming no se colocan sino que los r bits se van<br />
intercalando usando las posiciones que son potencias de 2.<br />
La idea es que cada uno de esos r bits va a hacer la paridad de un<br />
subconjunto de los bits del mensaje. Cada bit del mensaje va a aparecer en la<br />
paridad de 2 ó mas de esos r bits.<br />
No va a haber 2 bits de esos m que aparezcan exactamente en los mismos r<br />
bits de paridad.<br />
Codificar mediante HAMMING<br />
1 0 1 1 0 0 1<br />
m = 7 r=3 8 ≥ 7 + 3 + 1 NO<br />
2 r m r<br />
≥ m + r + 1<br />
r=4 16 ≥ 7 + 4 + 1 SI r=4<br />
r = 4 es el nº de bits de redundancia<br />
x 1<br />
x 2<br />
2 0 2 1<br />
1 3<br />
x 4<br />
2 2<br />
0 5<br />
r<br />
1 6<br />
1 7<br />
x 8<br />
2 3<br />
0 9<br />
10<br />
0<br />
11<br />
1<br />
MENSAJE<br />
PARIDAD<br />
HORIZONTAL<br />
PARIDAD<br />
CRUZADA<br />
56
En la codificación Hamming cada posición que no es potencia de 2 se pone<br />
como potencia de 2.<br />
3 = 2 + 1<br />
5 = 4 + 1<br />
6 = 4 + 2<br />
7 = 4 + 2 + 1<br />
9 = 8 + 1<br />
10 = 8 + 2<br />
11 = 8 + 2 + 1<br />
Ahora vemos cada r en cuales aparece<br />
1 3, 5, 7, 9, 11<br />
2 3, 6, 7, 10, 11<br />
4 5, 6, 7<br />
8 9, 10, 11<br />
Con esto se consigue que cada r aparezca al menos en 2 conjuntos de bits,<br />
y que no haya dos bits que aparezcan exactamente en los mismos conjuntos de<br />
bits.<br />
Ahora calculamos la paridad de los conjuntos de bits de cada r<br />
PARIDAD<br />
1 3, 5, 7, 9, 11 1<br />
2 3, 6, 7, 10, 11 0<br />
4 5, 6, 7 0<br />
8 9, 10, 11 1<br />
1 1<br />
Vamos a ver como detecta errores el código Hamming.<br />
0 1<br />
0 2<br />
0 2<br />
1 3<br />
0 3<br />
0 4<br />
1 4<br />
r r r r<br />
3, 5, 7, 9, 11 paridad de<br />
0 1 0 0 1 = 0<br />
3 5 7 9 11 1<br />
0 5<br />
1 6<br />
1 7<br />
1 8<br />
0 9<br />
10<br />
0<br />
Si todos los bits de paridad son correctos, no hay errores, el mensaje<br />
está bien: Mensaje: 0 1 0 0 0 1 1<br />
0 1<br />
1 2<br />
1 3<br />
0 4<br />
r r r r<br />
3, 5, 7, 9, 11 paridad de<br />
1 0 1 0 1 = 1<br />
3 5 7 9 11 1 X<br />
0 5<br />
1 5<br />
0 6<br />
0 6<br />
1 7<br />
0 7<br />
0 8<br />
0 8<br />
0 9<br />
0 9<br />
10<br />
1<br />
Si esas 3 están mal ¿qué bit es el culpable?. 9,10,11 no pueden ser porque<br />
están en 8.<br />
El único que aparece en las tres el 7 (4+2+1).<br />
El 7 es el bit que tiene un error.<br />
Mensaje original: 1 0 0 0 0 1 1<br />
11<br />
1<br />
11<br />
1<br />
9, 10, 11 paridad de<br />
0 1 1 = 0<br />
9 10 11 8<br />
5, 6, 7 paridad de<br />
1 0 0 = 1<br />
5 6 7 4<br />
3, 6, 7, 10, 11 paridad de<br />
0 0 0 1 1 = 0<br />
3 6 7 10 11 2<br />
10<br />
1<br />
11<br />
1<br />
9, 10, 11 paridad de<br />
0 1 1 = 0<br />
9 10 11 8 V<br />
5, 6, 7 paridad de<br />
0 0 1 = 1<br />
5 6 7 4 X 3, 6, 7, 10, 11 paridad de<br />
1 0 1 1 1 = 0<br />
3 6 7 10 11 2 X<br />
57
¿Qué bit está erróneo?<br />
El 5,6,7 no pueden ser porque habría otra paridad mal, es el 4.<br />
Mensaje original: 0 0 0 1 0 1 0<br />
El Hamming solo corrige un error.<br />
OTRA FORMA DE HACER HAMMING<br />
m=7<br />
r=4<br />
Se cogen los bits del mensaje y se cogen las posiciones en las que hay<br />
bits a 1 (3, 6, 7, 11) y se escriben con tantos bits como bits de<br />
redundancia haya.<br />
3 0 0 1 1 4 bits porque r = 4<br />
6 0 1 1 0<br />
7 0 1 1 1<br />
11 1 0 1 1<br />
-------<br />
1 0 0 1<br />
Se suman sin acarreo y el resultado son los bits de redundancia.<br />
En el receptor se cogen las posiciones de los bits que valen 1 y se ponen<br />
en binario y se suman.<br />
Si el resultado es 0 entonces NO HAY ERRORES.<br />
Ej.<br />
4 = 0 1 0 0<br />
5 = 0 1 0 1<br />
10 = 1 0 1 0<br />
11 = 1 0 1 1<br />
-------<br />
0 0 0 0 No hay error<br />
Ej.<br />
1 1<br />
0 2<br />
0 3<br />
0 4<br />
r r r r<br />
3, 5, 7, 9, 11 paridad de<br />
0 0 1 0 0 = 1<br />
3 5 7 9 11 1 V<br />
0 1<br />
x 1<br />
1 2<br />
1 1<br />
0 1<br />
x 2<br />
1 3<br />
0 2<br />
0 2<br />
1 3<br />
0 4<br />
1 3<br />
0 3<br />
0 5<br />
x 4<br />
0 5<br />
0 4<br />
1 4<br />
0 6<br />
0 5<br />
0 6<br />
0 5<br />
1 5<br />
1 7<br />
1 6<br />
1 7<br />
1 6<br />
0 6<br />
1 8<br />
1 7<br />
0 8<br />
1 7<br />
0 7<br />
0 9<br />
x 8<br />
0 9<br />
10<br />
1<br />
11<br />
0<br />
9, 10, 11 paridad de<br />
0 1 0 = 1<br />
9 10 11 8 V<br />
5, 6, 7 paridad de<br />
0 0 1 = 1<br />
5 6 7 4 X 3, 6, 7, 10, 11 paridad de<br />
0 0 1 1 0 = 0<br />
3 6 7 10 11 2 V<br />
1 8<br />
0 8<br />
0 9<br />
10<br />
1<br />
0 9<br />
0 9<br />
10<br />
0<br />
11<br />
1<br />
10<br />
0<br />
10<br />
1<br />
11<br />
1<br />
11<br />
1<br />
11<br />
1<br />
MENSAJE<br />
MENSAJE<br />
MENSAJE<br />
MENSAJE<br />
2 = 0 0 1 0<br />
3 = 0 0 1 1<br />
7 = 0 1 1 1<br />
10 = 1 0 1 0<br />
11 = 1 0 1 1<br />
-------<br />
0 1 1 1 bit del error<br />
Hamming tiene d=3, por lo que permite corregir un error.<br />
Estos códigos con posibilidades correctoras se usan cuando es difícil o<br />
costoso pedir retransmisiones. Normalmente se detectan los errores y si<br />
existen errores se tira la trama y se pide su retransmisión.<br />
Esto se hace porque para que un código corrija muchos errores necesita<br />
mucha redundancia.<br />
58
(4) CRC (CODIGO DE REDUNDANCIA CICLICA)<br />
También se llaman códigos polinomio.<br />
Si tenemos un mensaje de m bits, le va añadir r bits de redundancia<br />
Esos bits de redundancia forman lo que se llama CRC o FCS (Frame Check<br />
Sequence), de forma que en total forman una trama T.<br />
Estos códigos se basan en un patrón de bits de r + 1 bits que llamamos P y<br />
que se llama polinomio Generador.<br />
En emisión r = (m*2 r )/p<br />
En recepción no hay error si T/P = 0<br />
p son r + 1 bits que forman un polinomio de grado r.<br />
Ej. P(x) = x 7 + x 4 + x 3 + 1<br />
P(X)= 1 * x 7 + 0 * x 6 + 0 * x 5 + 1 * x 4 + 1 * x 3 + 0 * x 2 + 0 * x 1 + 1 * x 0<br />
1 0 0 1 1 0 0 1<br />
Determinar el resultado de codificar 1 0 0 1 1 0 0 mediante CRC con un<br />
polinomio generador P(X) = x 3 + x 2 + 1<br />
P(X) = 1 1 0 1 (r + 1)<br />
r = 3 r = (m*2 r m r<br />
)/p<br />
m 2 r<br />
1 0 0 1 1 0 0 * 1 0 0 0 = 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0<br />
(m*2 r )/p -> 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 : 1 1 0 1 = 1 1 1 1 0 (Resto 0 0 0 1)<br />
El resto debe tener r bits<br />
m r<br />
1 0 0 1 1 0 0 0 0 1<br />
En la recepción se divide lo que se ha recibido (m+r) y lo divide por el<br />
polinomio. Si el resto es 0 no hay errores.<br />
Si el resto es distinto de 0 hay error pero no sabe localizarlo.<br />
PROPIEDADES<br />
- Todos los códigos CRC detectan todos los errores de un bit.<br />
- Si P(x) tiene al menos tres “1”, entonces detecta todos los dobles (dos<br />
errores).<br />
- Si P(x) / x+1 da de resto 0, detecta cualquier número impar de errores.<br />
- Además va a detectar todas la ráfagas de hasta r errores consecutivos.<br />
59
Mecanismos de corrección de errores (recuperación después de los errores)<br />
ARQ (Automatic Repeat Request)<br />
Técnica en la que se utilizarán códigos detectores de errores. De manera<br />
que cuando el receptor detecta un error, tira la trama y solicita<br />
retransmisión.<br />
Los mecanismos de ARQ están muy ligados al control de flujo que se<br />
utilice.<br />
- ARQ Parada y espera (Control de Flujo de paro y espera)<br />
- ARQ Rechazo simple También ARQ continuo<br />
- ARQ Rechazo selectivo (Control de Flujo de ventana deslizante)<br />
ARQ Parada y Espera (o ARQ simple)<br />
Se basa en el control de flujo de parada y espera. Usando además:<br />
- confirmaciones o asentimientos (ACK) cuando se recibe una trama<br />
correctamente.<br />
- temporizador (time out) al enviar la trama se inicializa un<br />
temporizador y cuando termina si no se ha recibido un ACK.<br />
- bit alternante: utiliza un bit de manera que en tramas consecutivas<br />
valdrá 0 y 1 sucesivamente.<br />
TIMER<br />
Si el asentimiento no<br />
llega o llega<br />
erróneo, al expirar<br />
el temporizador se<br />
mandará nuevamente la<br />
trama.<br />
E R<br />
I0<br />
ACK1<br />
ACK0<br />
I1<br />
ACK1<br />
ACK1<br />
I1<br />
I0<br />
I0<br />
el asentimiento lleva un<br />
bit alternante que tiene el<br />
valor de la siguiente trama<br />
que espera.<br />
Si la trama es errónea (o<br />
no llega) se tira, se<br />
volverá a enviar cuando<br />
acabe el timer.<br />
Al llevar el mismo bit<br />
alternante (en este caso<br />
con valor 0) se da cuenta<br />
que es una retransmisión,<br />
así que la tira y manda un<br />
ACK<br />
VENTAJA: es muy sencillo.<br />
INCONVENIENTE: pobres prestaciones. Se pierde mucho tiempo, sobre todo si el<br />
tiempo de propagación es grande, comparado con el de transmisión de la<br />
trama.<br />
ARQ Rechazo simple (o ARQ continuo) (o ARQ de vuelta atrás (N))<br />
Se basa en el control de flujo de ventana deslizante. Utilizará además:<br />
- Confirmaciones (o asentimientos): RR, RNR.<br />
- Confirmación negativa (o rechazo simple): REJ (Reject)<br />
- Temporizador<br />
- Números de secuencia<br />
- Bit “polling”: P (sondeo)<br />
60
El rechazo consiste en que cuando el receptor recibe una trama errónea<br />
(CRC corrupto o nº de secuencia mal), genera una confirmación negativa que<br />
es una trama Reject, o sea, un rechazo.<br />
Se llama rechazo simple porque indica al transmisor que tiene que<br />
retransmitir esa trama y todas las posteriores, es decir, rechaza desde la<br />
trama que está mal en adelante.<br />
Ej: supongamos N=3<br />
W≤2 N -1 W=2<br />
Nº secuencia del 0<br />
al 7<br />
Es recomendable que si<br />
es error de CRC se<br />
mande REJ (pero<br />
funciona igual con RR)<br />
Cuando se pierde la<br />
trama es igual si se<br />
manda RR o REJ<br />
TIMER<br />
Si se pierde RR0, no<br />
sabemos qué ha pasado.<br />
Para eso está el bit<br />
P, que normalmente va<br />
a cero. Se pone a 1<br />
para obligar al otro<br />
extremo a que nos<br />
mande su estado (puede<br />
ser para ambos emisor,<br />
receptor)<br />
E R<br />
RR2<br />
I0<br />
I1<br />
I2<br />
I3<br />
REJ2<br />
RR4<br />
RR4<br />
RR6<br />
RR0<br />
I2<br />
I3<br />
I5<br />
I4<br />
I5<br />
I6<br />
I7<br />
I4<br />
RR0<br />
P=1<br />
E R<br />
I0<br />
I2 sufre un error (mal<br />
CRC por ejemplo) se<br />
rechaza la 2 y tira<br />
las tramas siguientes<br />
El receptor esperaba<br />
la 4, pero llega la 5<br />
así que la tira y<br />
puede responder con<br />
RR4 o REJ4<br />
TIMER I1 En este caso no se ha<br />
perdido la confirmación si<br />
P=1 no nuestras tramas<br />
RR0<br />
I0<br />
I1<br />
61
No todos los protocolos usan el bit de polling, estos simplemente<br />
retransmiten las tramas.<br />
W≤2 N -1 es cierto usando rechazo simple<br />
Puede funcionar mandando un asentimiento después de cada trama o uno después<br />
de cada 2, ya que w=2, pero normalmente no se asiente trama a trama por<br />
(eficiencia).<br />
E R<br />
RR2<br />
RR4<br />
I0<br />
I1<br />
I2<br />
I3<br />
E R<br />
REJ1<br />
ARQ Rechazo selectivo (o ARQ continuo de rechazo selectivo)<br />
La diferencia con el anterior es que la confirmación negativa, en este<br />
caso se llama SREJ (rechazo selectivo = Selective Reject). Hace que cuando<br />
rechazas una trama, lo único que tienes que enviar es esa trama.<br />
Es as eficiente puesto que sólo se retransmiten las tramas defectuosas,<br />
pero obliga a más complejidad en el receptor.<br />
W=2<br />
VENTAJA: solo retransmite la trama rechazada.<br />
INCONVENIENTE: obliga al receptor a reordenar las tramas, antes de<br />
entregarlo al nivel superior. Esto es más complejo, porque estamos pensando<br />
en un control hardware.<br />
En la práctica lo que más se utiliza es rechazo simple.<br />
I0<br />
*<br />
I1<br />
E R<br />
RR1<br />
I0<br />
I1<br />
I2<br />
I3<br />
SREJ2<br />
RR4<br />
I2<br />
E R<br />
I0<br />
I1<br />
RR1<br />
RR2<br />
I3<br />
Esto implica que la 0 ha<br />
llegado bien porque estoy<br />
rechazando la 1<br />
I2<br />
Trama 0<br />
Trama 1<br />
Error de CRC<br />
Trama 3 -> no la<br />
tira, la guarda<br />
Trama 2<br />
* problema: puede<br />
volver a<br />
retransmitir I1<br />
62
Hay otro inconveniente: si no se utiliza el bit P es necesario tener un<br />
tamaño de ventana más pequeño, en concreto menor o igual que 2 (N-1) para que<br />
no haya problema de ambigüedades.<br />
Ej. N=3<br />
W=7<br />
E R<br />
Ej. N=3<br />
W=4<br />
I0<br />
I1<br />
I2<br />
I3<br />
I4<br />
TIMER I5 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7<br />
I6<br />
I0<br />
I1<br />
I2<br />
I3<br />
I4<br />
RR7<br />
E R<br />
I0<br />
I1<br />
I2<br />
I3<br />
Confunde las tramas y mandaría<br />
SREJ7 cuando el emisor ni siquiera<br />
la ha enviado<br />
TIMER 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2<br />
RR4<br />
I0<br />
I1<br />
I2<br />
I3<br />
No se pueden confundir, porque<br />
espero 4, 5, 6, 7, sabré que son<br />
duplicados<br />
PRESTACIONES ARQ<br />
P- Probabilidad de error de bit (en el medio de transmisión).<br />
Supondremos que P es independiente y uniformemente distribuida, es decir,<br />
igual para todos los bits. No depende de si el bit anterior es erróneo o no.<br />
Esta suposición no es valida, normalmente en una ráfaga, cuando hay ruido,<br />
es mas probable que pille a todos los bits que están mas próximos.<br />
PEB – Probabilidad de error en la trama (bloque)<br />
TRAMA= BLOQUE DE N BITS<br />
PEB = 1 – (1 – p) n<br />
Probabilidad de que la trama no tenga errores.<br />
Lógicamente cuanto mayor sea la trama o mayor sea la probabilidad de error<br />
de bit, mayor será la probabilidad de error del bloque.<br />
63
TPROP<br />
TPROP<br />
ARQ Parada y espera<br />
Para una trama sin problemas:<br />
TACK<br />
TTX<br />
E R<br />
T ≈ TTX +2TPROP<br />
TRAMA<br />
Vamos a calcular NT<br />
Nº TRANSMISIONES PROBABILIDAD<br />
1 1-PEB<br />
2 PEB (1 - PEB)<br />
3 PEB PEB (1 - PEB)<br />
. .<br />
. .<br />
. .<br />
i PEB i-1 (1 - PEB)<br />
NT = 1 (1 - PEB) + 2 PEB (1 - PEB) + 3 PEB PEB (1 - PEB)+...+<br />
i PEB i-1 (1 - PEB)=<br />
T<br />
TX<br />
T<br />
∑<br />
i 1<br />
∞<br />
=<br />
TTX<br />
+ 2T<br />
∞<br />
∑<br />
i=<br />
1<br />
x<br />
PROP<br />
i * P<br />
i−1<br />
i−1<br />
EB<br />
Si hay problemas:<br />
NT= nº medio de transmisiones que<br />
hay que hacer hasta que llega una<br />
trama sin errores<br />
T = NT (TTX +2TPROP)<br />
* ( 1<br />
−<br />
P<br />
1<br />
* i = 2<br />
( 1−<br />
x)<br />
N<br />
T<br />
=<br />
1−<br />
T<br />
1<br />
P<br />
EB<br />
EB<br />
) = ( 1<br />
−<br />
P<br />
EB<br />
)<br />
∞<br />
∑<br />
i=<br />
1<br />
Suponemos que el<br />
asentimiento es muy<br />
pequeño (mucho mas pequeño<br />
que la trama) por tanto<br />
vamos a despreciar la<br />
probabilidad de error en<br />
el asentimiento<br />
PEB – probabilidad de que<br />
haya error en un trama<br />
(1-PEB)- probabilidad de<br />
que no haya error<br />
i * P<br />
TX<br />
TX<br />
U = =<br />
=> U errores =<br />
T NT<br />
( TTX<br />
+ 2TPROP<br />
) paradayespera<br />
U<br />
ARQ<br />
PyE<br />
i−1<br />
EB<br />
U<br />
ideal<br />
paradayespera<br />
N<br />
T<br />
( 1−<br />
PEB<br />
)<br />
=<br />
1+<br />
2a<br />
=Utilización en el caso ideal (sin errores) = 1/1+2a<br />
64
Se puede demostrar que para los otros ARQ, la utilización con errores es<br />
también UERRORES=UIDEAL / NT, siendo UIDEAL la utilización calculada para ventana<br />
deslizante.<br />
NT en el rechazo selectivo es igual que en parada y espera 1/1-PEB<br />
NT en el rechazo simple es 1+2aPEB/1-PEB<br />
FEC (FORDWARD ERROR CONTROL)<br />
Técnicas que consisten en utilizar código de protección de errores que<br />
tienen propiedades correctoras. Así no es necesario pedir retransmisión.<br />
Se utilizarán cuando pedir una retransmisión sea demasiado “costoso”.<br />
Ejemplos.<br />
• caso en el que la comunicación sea en un solo sentido, como por ejemplo<br />
la TV.<br />
• cuando el retardo es muy largo, por ejemplo en comunicación por satélite<br />
si el retardo fuera 270ms, solicitar la retransmisión puede costar<br />
270+270 ms de retardo, más luego la vuelta. Hay aplicaciones que no<br />
soportarían esto.<br />
• Normalmente al transmitir audio y video en tiempo real.<br />
Si se pide transmisión no tiene sentido pedir retransmisión porque la<br />
muestra de audio o video puede ser obsoleta cuando llegue.<br />
Ej. códigos correctores: Hamming.<br />
Inconvenientes<br />
- Se necesita mucha redundancia, es decir, por ejemplo si para detectar<br />
errores en 1000 bits necesitamos 16 bits para corregirlos se necesitan<br />
50 bits.<br />
- La implementación de los algoritmos de códigos de corrección de errores<br />
son muy costosos, complicados.<br />
- Hay códigos que funcionan (mejor) cuando los errores son en ráfagas y<br />
otros dispersos, luego otro problema es que hay que decir que código<br />
utilizar.<br />
Ventajas<br />
- No se necesita canal retorno (para asentimientos, control de errores).<br />
- Tanto el caudal eficaz como el retardo son constantes. Esto quiere<br />
decir que como no hay tiempos de retransmisión de tramas erróneas, el<br />
tiempo se conoce de antemano.<br />
ARQ PyE E R<br />
E R<br />
ACK<br />
I<br />
Al final el régimen binario de la red o el caudal en una red con<br />
control de errores con ARQ no es constante. Con FEC como no se<br />
retransmiten se sabe el retardo con el que llega. Si hay errores se<br />
corregirán o se tirarán.<br />
Muchas veces se utilizan técnicas mixtas:<br />
FEC+FEC: los códigos de protección de errores están orientados a un<br />
determinado tipo de errores. FEC encadenados.<br />
ARQ+FEC: funciona en modo corrector, pero si en n tramas<br />
consecutivas el algoritmo tiene que corregir errores, asume que hay<br />
mucho ruido y se pone a funcionar para detectar. Aprovecha la propiedad<br />
de los códigos que pueden detectar (+) y corregir (-). Si se acaban los<br />
errores pasa otra vez al modo corrector. Se utiliza en algún punto de<br />
redes ATM (porque en fibra óptica hay pocos errores).<br />
65
Gestión del enlace (SLIP, PPP, HDLC)<br />
Una función que depende del protocolo, puede o no entrar en el nivel de<br />
enlace.<br />
Ahora vamos a ver ejemplos de protocolos de nivel de enlace: SLIP, PPP,<br />
HDLC.<br />
SLIP (Serial-Link IP)<br />
Protocolo Internet para línea serie.<br />
Esta pensado para mandar paquetes IP de un ordenador a otro directamente.<br />
SLIP solo realiza la función de entramado, pero no el resto de las<br />
funciones comentadas en este nivel.<br />
La función de entramado la realiza como un protocolo orientado a carácter<br />
(byte). Delimitador (0xC0)<br />
0xC0 PAQUETE IP 0xC0<br />
Si hay 2 ó más paquetes normalmente no se duplica el delimitador, pero se<br />
puede duplicar.<br />
Si en el paquete aparece dentro el delimitador se sustituye por OxDB,<br />
OxDC, y si aparece eso por otro, ...<br />
No se encarga de control de flujo, porque está pensado para IP y en este<br />
sentido TCP hace control de flujo extremo a extremo.<br />
Tampoco se corrigen errores, se deja a niveles superiores.<br />
Tampoco se gestiona el enlace (no se puede dar una IP y autenticarse, ni<br />
nada). Hay extensiones que si lo permiten.<br />
CSLIP Como SLIP pero comprimido.<br />
PPP (POINT TO POINT PROTOCOL)<br />
Pensado para comunicaciones punto a punto. No es un protocolo ligado a<br />
ningún nivel de red. Se puede mandar cualquier paquete sobre PPP.<br />
Es un protocolo orientado a bit, el delimitador de comienzo y de final<br />
van:<br />
01111110<br />
DATOS<br />
Puede ser IP u otra cosa<br />
01111110<br />
Esto tiene que ser un número entero de bytes (por eso<br />
se dice que es orientado a byte, también si aparece<br />
el patrón se hacen las sustituciones.<br />
Tiene 16 bits (en el campo de datos) para detectar errores. Incluye<br />
también gestión del enlace, cuando dos máquinas se empiezan a comunicar con PPP,<br />
primero:<br />
1º)LCP (Link Control Protocol): utilizan LCP para intercambiar unos<br />
mensajes para ponerse de acuerdo en:<br />
- protocolo que llevan (IP u otra cosa).<br />
- tipo de control de flujo que van a hacer.<br />
- si se van a mandar los datos comprimidos.<br />
2º)NCP (Network Control Protocol): depende del protocolo del nivel de red<br />
que lleven. En el caso de que sea IP, se encarga de la autenticación.<br />
También se asigna la dirección IP en esta fase.<br />
Una vez concluido el proceso se pueden mandar datos.<br />
HDLC (High-Level Data Link Control)<br />
Es un protocolo bastante antiguo, pero de el derivan muchos otros<br />
protocolos. Más que derivarse, HDLC tiene muchas opciones. Así hay protocolos<br />
que utilizan una variante de HDLC.<br />
Por ejemplo en ISDN se utilizan LAP-B (par los canales de voz o datos) y<br />
LAP-D (para control), son particularizaciones de HDLC.<br />
Otras particularizaciones son:<br />
X.25 HDLC<br />
Frame Relay LAP-F<br />
LAN LLC<br />
66
Es un protocolo orientado a bit. El formato de trama es:<br />
8bits 8/16bits ≥0bits 16bits<br />
01111110 CONTROL DATOS CRC 01111110<br />
Aquí se indica el tipo de trama:<br />
- Datos, RR, RNR, REJ, SREJ<br />
- Nº de secuencia<br />
- bit P (polling)<br />
HDLC también tiene gestión de enlace. Antes de transmitir se abre el<br />
enlace o lo que es lo mismo se negocia si va a usar ARQ de Parada y Espera,<br />
Rsimple, Rselectivo, entre otras cosas.<br />
67
Técnicas de acceso al medio compartido<br />
Reserva (TDM, FDM, WDM, CDM)<br />
Tenemos varias máquinas compartiendo un medio de transmisión (cable,<br />
radio, satélite).<br />
El primer método para la comunicación en un medio compartido que vamos a<br />
estudiar es la MULTIPLEXACIÓN.<br />
MULTIPLEXACIÓN<br />
Consiste en dividir de forma estática el medio de transmisión. Esta<br />
división se puede hacer de varias formas y según se haga hablaremos de:<br />
- Multiplexación por división en el tiempo (TDM).<br />
- Multiplexación por división en frecuencia (FDM).<br />
- Multiplexación por división en longitud de onda (WDM).<br />
- Multiplexación por división de código (CDM).<br />
Algunos libros añaden una A (de Access) a las siglas anteriores.<br />
• Multiplexación por división en el tiempo<br />
Cabecera<br />
Se asigna a cada estación un intervalo de tiempo para transmitir. Si<br />
observamos la red, veremos que circula una trama periódica, que tendrá unos bits<br />
para indicar el turno de quien tiene que trasmitir.<br />
1 2 3 ... 1<br />
En algunas redes hay una estación de cabecera que es la que genera la<br />
trama. Si no es así tienen que tener un reloj común para transmitir en el punto<br />
que les toca y no pisar otra trama.<br />
Cada estación solo puede transmitir durante su intervalo. De manera que si<br />
el régimen binario se la red es R bits/sg, cada estación tendrá un régimen<br />
binario de R/N bits/sg.<br />
El sistema TDM se usa desde hace mucho en la RT.<br />
EUROPA – 64 Kbits<br />
USA - 57 Kbits<br />
TDM<br />
Todas las conversaciones viajan por el mismo cable<br />
En Europa ha definido un sistema TDME1 de 2MBit/sg (2048 bits/s).<br />
1 2 3 ... 32 1<br />
8bits<br />
125 μs<br />
En esta trama se meten 32 canales de 64 Kbits/s<br />
32 * 64 = 2Mbits/s<br />
Cuando comenzamos una conversación, se asigna un canal (el primero que<br />
este libre) ej: 7. A partir de ahí se meten los bits de la conversación en los<br />
bits del canal (7).<br />
Las líneas alquiladas por telefónica suelen ser E1 y tienen 2 Mbits/s.<br />
En USA utilizan líneas T1->24 canales de 57Kbits/s, lo que supone<br />
1’5Mbits/s.<br />
68
Multiplexación por división en frecuencia<br />
Lo que se hace es dividir el ancho de banda, la frecuencia del medio de<br />
transmisión.<br />
1 2 .. n<br />
W<br />
R=2Wlog2N<br />
(ausencia de ruido)<br />
Se divide el ancho de banda en trozos y se asigna cada uno a una estación.<br />
De esta manera se fuerza a cada estación a transmitir en un rango de<br />
frecuencias, modulando su señal en frecuencias para que no se salga del rango.<br />
El ancho de cada estación será W/N. Así el régimen binario es también aquí R/N.<br />
Aquí si transmiten varias (o todas) las estaciones a la vez, pero por bandas de<br />
frecuencias distintas y a menor velocidad.<br />
En TDM se transmite sólo durante un tramo de tiempo, pero al régimen<br />
máximo, por eso en media sale un régimen de R/N. En TDF se transmite<br />
continuamente pero a R/N de velocidad, porque tiene una banda más estrecha.<br />
Se ha utilizado mucho en telefonía, pero se usa menos en redes digitales.<br />
Se hace por razón de eficiencia.<br />
Multiplexación por división en longitud de onda<br />
Es igual que FDM pero cuando nos referimos a frecuencias muy altas<br />
(velocidad de la luz).<br />
Consiste en mandar por la fibra óptica un chorro de luz de diferente<br />
frecuencia (o lo que es lo mismo, distinta λ). Más intuitivamente, es como<br />
mandar pulsos de luz de diferentes colores (el color depende de la frecuencia<br />
f=1/λ).<br />
En el destino se separa mediante un prisma los distintos colores.<br />
Multiplexación por división de código<br />
Se usan para transmitir en entornos con mucho ruido. Se utilizan en las<br />
redes de telefonía móvil CDM+FDM.<br />
En la siguiente generación de móviles se utilizarán CDM+TDM.<br />
VENTAJAS:<br />
Mecanismo sencillo. Cada usuario tiene asignado su ranura de tiempo o gama<br />
de frecuencias y transmite por ahí. Cada usuario tiene garantizado su régimen<br />
binario.<br />
INCONVENIENTES:<br />
Es poco flexible, cada usuario tiene de forma permanente esa parte del<br />
medio de transmisión. Es inconveniente para el tráfico de datos que es a<br />
ráfagas. Asignación demasiado estática.<br />
Contienda (ALOHA y CSMA)<br />
PROTOCOLO ALOHA<br />
Hay varias variantes de las que veremos dos.<br />
ALOHA PURO<br />
Se llaman sistemas de contienda porque los usuarios no tienen asignada una<br />
porción para cada uno, sino que tienen que competir por el uso de esa red.<br />
Aloha fue desarrollado durante los 50 en la universidad de Hawai. Está<br />
definido para redes de radio, pero también se usa en algunas de cable.<br />
Por ejemplo, en GSM se utiliza Aloha para el establecimiento de llamada.<br />
Cuando una estación quiere trasmitir simplemente trasmite. Si hay más de<br />
una estación que trasmita a la vez, se produce una colisión, esto significa que<br />
no se entenderá nada. No se escucha porque está pensado para redes muy grandes,<br />
69
con grandes retrasos (retardos), y podemos creer que el medio está libre cuando<br />
en realidad ya hay alguien que ha comenzado a trasmitir.<br />
Lo que hace es escuchar. Si recibe una colisión lo reintenta, pasado un<br />
tiempo aleatorio, así se evita que las dos estaciones vuelvan a colisionar.<br />
Para decidir que no ha habido colisión espera el retardo máximo de la red.<br />
Esto funciona bien si hay poco tráfico, pero si se trasmite mucho habrá<br />
muchas colisiones más retransmisiones más colisiones, entrando en un ciclo<br />
que empeora mucho la red.<br />
Comportamiento de una Red Aloha: Análisis de prestaciones<br />
Bajo las siguientes suposiciones:<br />
- Las tramas son de tamaño fijo: L.<br />
- Llamamos al régimen binario: R.<br />
- Tiempo de transmisión de una trama: T = L/R.<br />
- Se supone un número de usuarios grande (aproximado por ∞).<br />
- Llamamos S al número medio de tramas nuevas que la población quiere<br />
transmitir por tiempo de trama. TRÁFICO NUEVO OFRECIDO.<br />
- En total tendremos G: número medio total de tramas: nuevas +<br />
retransmisión que se transmiten por tiempo de trama. TRÁFICO TOTAL<br />
OFRECIDO.<br />
- TRÁFICO CURSADO total de tramas que se transmite sin colisión. Será S,<br />
porque al final siempre se transmitirá.<br />
- Cada trama nueva se retransmite hasta que se consiga transmitir sin<br />
colisión.<br />
- Si llamamos P0 a la probabilidad de que una trama no tenga colisión:<br />
P0=S/G S=P0*G.<br />
t0+t<br />
L<br />
t0<br />
L<br />
L<br />
Para que una trama que tansmita otro usuario no colisione con la mía,<br />
tiene que transmitirse antes o después. Si no es así, va a colisionar.<br />
t0-t<br />
L<br />
2t<br />
t0<br />
L<br />
t0+t<br />
L<br />
Es necesario que nadie comience a transmitir dentro del intervalo que<br />
ocupa 2t.<br />
Las estaciones generan tramas de forma totalmente aleatoria, sin memoria.<br />
De manera que se hace conforme a una distribución de Poisson<br />
K − N N = número medio de<br />
N * e<br />
P[<br />
K]<br />
= transmisiones en el<br />
K!<br />
intervalo τ (T)<br />
70
thau.<br />
Probabilidad de que haya K transmisiones en un espacio de ti empo τ (T)<br />
En este caso τ = 2t<br />
k = 0 P0 = e –2G<br />
N = 2G<br />
Sustituyendo el valor de P0 tendremos que la relación del tráfico cursado<br />
y el tráfico total ofrecido es<br />
S = G * e –2G<br />
S<br />
SMAX = 0,18<br />
GMAX = 0,5<br />
Si representamos S gráficamente:<br />
Significa que podemos como máximo tranmitir un 18% de la capacidad total<br />
de tráfico. Tráfico que tendrá colisiones hasta retransmitirse, habiendose<br />
retransmitido en medio 50%.<br />
Si tenemos 100Kbits, podremos transmitir como máximo 18 kbits, que para<br />
transmitirlo usaremos 50kbits.<br />
El número medio de intentos será:<br />
1º) Probabilidadd de transmitir exactamente en K intentos. (lo conseguimos<br />
al intento k-ésimo)<br />
P<br />
2º) Nº medio de transmisiones:<br />
E=1p1+2P2+3P3+........=<br />
K<br />
=<br />
( ) ( ) K −1<br />
−2G<br />
K −1<br />
−2G<br />
1−<br />
p * p = ( 1−<br />
e ) * e<br />
0<br />
sin colisión<br />
∑<br />
K 1<br />
∞<br />
=<br />
Kp<br />
nº colisiones<br />
k<br />
0<br />
G<br />
K = 0 porque “yo” no me encuentro<br />
entre los demás. En realidad hay una<br />
transmisión, la mía. Pero esto no<br />
afecta a la probabilidad del resto de<br />
usuarios.<br />
SMAX = 1/2e<br />
no colisión=éxito<br />
⇒<br />
E = e<br />
ALOHA RANURADO<br />
Todas las estaciones comparten un reloj. No van a transmitir cuando<br />
quieran, sino que cuando una estación va a transmitir se espera al siguiente<br />
instante múltiplo del tiempo de transmisión de trama.<br />
Esto quiere decir que solo se puede transmitir en los instantes:<br />
0,t,2t,3t,...,nt. t es bastante pequeño.<br />
quiero empezar a<br />
transmitir<br />
empiezo a<br />
transmitir<br />
0 t 2t 3t<br />
2G<br />
71
Ventaja:<br />
Reduce bastante las colisiones<br />
Ahora τ=t en lugar de 2t<br />
Eficiencia:<br />
En este caso τ = t<br />
k = 0 P0 = e –G S = G * e –G<br />
N = G E=e G<br />
Representando S gráficamente:<br />
S<br />
SMAX = 0,36<br />
t0-t<br />
van a<br />
colisionar<br />
con nosotros<br />
GMAX = 1<br />
t0 t0+t<br />
no van a<br />
colisionar<br />
con nosotros<br />
R=100Kbits/s<br />
36%=36Kbits/s – tráfico nuevo<br />
100%=100Kbits/s – utilización total<br />
G<br />
SMAX = 1/e<br />
CSMA: Carrier Sense Multiple Access<br />
Acceso múltiplo con detección de portadora.<br />
Variante de ALOHA, para redes no muy grandes, donde el retardo de<br />
propagación no sea tan grande.<br />
Red grande las distancias son tan largas que se puede recibir mucho<br />
después de haberlo enviado.<br />
Red pequeña Se puede empezar a recibir antes de haber terminado de<br />
enviar.<br />
En las redes CSMA se escucha, mientras haya alguien escuchando se espera y<br />
cuando no hay nadie es envía.<br />
Hay varias variantes de CSMA:<br />
- CSMA 1-PERSISTENTE<br />
Mientras el medio este ocupado se escucha hasta que quede libre, en<br />
cuanto es así se transmite.<br />
- CSMA NO-PERSISTENTE<br />
Se escucha el medio. Si está ocupado se espera un tiempo aleatorio<br />
hasta volver a intentar retransmisión (es decir, antes de volver a<br />
escuchar el medio).<br />
- CSMA P-PERSISTENTE<br />
0
En el no-persistente el retardo en general va a ser mayor, va a ser más<br />
lento, pero la probabilidad de colisiones es menor. Es más adecuado cuando la<br />
carga es más alta.<br />
Cuando hay una colisión, en cualquier variante se reintentará tras un<br />
tiempo aleatorio.<br />
NO PERSISTENTE t<br />
1 PERSISTENTE t<br />
CSMA-CD (Colission Detection)<br />
Si las distancias son muy pequeñas, solo puede haber colisiones en la<br />
primera parte de la trama.<br />
t=0<br />
t=Tp-ε<br />
A B<br />
TP<br />
t=2Tp<br />
Si B quiere transmitir un instante antes de tp, se pondrá a transmitir, en<br />
TP colisionan.<br />
La estación A no detectará la colisión hasta que no le vuelva la señal en<br />
t=2TP.<br />
Este es el peor tipo de colisión, o la colisión más tardía posible, se<br />
produce en t=Tp-ε (la estación A).<br />
Esto se utiliza en Ethernet:<br />
2’5 Km<br />
Tp - tiempo de propagación<br />
que hay entre 2 estaciones<br />
R=10Mbits/s<br />
Con el tipo de coaxial que se utiliza el retardo desde que la señal sale,<br />
llega al otro extremo y vuelve (casi 5Km) es 51’2μs.<br />
La velocidad de propagación es aproximadamente 100m/ μs<br />
Como el régimen binario es R=10Mbit/s=10bits/μs en el caos peor se han<br />
transmitido 51’2μs*10=512bits=64 bytes.<br />
El tamaño máximo de Ethernet MTU=1518bytes.<br />
Lo máximo que se puede transmitir para que se produzcan colisiones son<br />
64bytes. Cuando se ha transmitido más de 64bytes es seguro que no va a haber<br />
colisión.<br />
Al detectar la colisión se interrumpe la conexión y de ahí le viene CD.<br />
Además de tamaño máximo de trama hay tamaño mínimo de trama, que en el<br />
caso de Ethernet es 64 bytes. Se pone normalmente en el tiempo que tarde en ir y<br />
volver la transmisión 12*tiempo de propagación.<br />
El tamaño mínimo se impone para al acabar saber si se ha transmitido o no<br />
con éxito. Si el tamaño mínimo es 64 y al terminar no se recibe colisión se ha<br />
recibido bien en el destino o no hay colisión.<br />
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Inconveniente:<br />
Si cambiamos R de 10 a 100Mbits/s, el tamaño mínimo de la trama tendría<br />
que ser 640 bytes, si seguimos manteniendo la red de 2’5Km.<br />
En la práctica se ha cambiado la longitud de la red para adecuar el<br />
retardo al tamaño de trama de 64 bytes (porque no sería práctico 640 bytes),<br />
quedando en 250m.<br />
Estas técnicas se llaman de contienda porque hay colisiones. Otras<br />
técnicas donde no se produce colisión son las de paso de testigo.<br />
Selección (Paso de Testigo)<br />
Consiste en que para transmitir una estación tiene que haber recibido una<br />
trama especial que se llama testigo.<br />
Todas las estaciones saben cual es la siguiente. Solo se pueden enviar<br />
datos cuando se tiene el testigo.<br />
TESTIGO<br />
Cuando una estación quiere transmitir espera a que le llegue el testigo,<br />
una vez que lo tiene transmite y cuando ha terminado, pasa el testigo.<br />
Si una estación no quiere transmitir, cuando reciba el testigo lo pasa al<br />
siguiente estación.<br />
Una estación no puede tener el testigo indefinidamente, tiene un tiempo<br />
máximo, si cuando se le acaba tiene algo que transmitir tiene que esperar a que<br />
le vuelva.<br />
Si se cae la estación cuando tiene el testigo, tiene que haber una<br />
estación que sea de mantenimiento para vigilar esto, y si desaparece el testigo<br />
pone uno nuevo en circulación.<br />
Redes de Área Local<br />
Las principales redes de área local son:<br />
IEEE 802.3 (Ethernet)<br />
Topología en bus.<br />
Utiliza CSMA/CD (Más popular).<br />
Hay variantes a 10/100Mbits/s, 1Gbit/s y 10Gbit/s.<br />
Medios que condicionan variantes:<br />
También<br />
Coaxial<br />
Fibra óptica<br />
IEEE 802.5 (Token Ring)<br />
Topología en anillo.<br />
IBM Utiliza paso de testigo.<br />
4/16 Mbits/s.<br />
Par trenzado/Fibra óptica.<br />
10Base2cable de peor calidad-200m sin repetidor<br />
10Base5cable de mejor calidad-500m sin repetidor<br />
10BaseF2Km sin repetidores<br />
100BaseT y 100 BaseF<br />
GigabitEthernet 1Gbit/s<br />
Ahora en fibra, par trenzado aunque se esta<br />
estudiando una variante de TP<br />
10BaseT->Twisted Pair Par trenzado 100m sin repetidor<br />
FDDI<br />
Topología en Anillo.<br />
Paso de testigo.<br />
100Mbit/s.<br />
Fibra Óptica.<br />
(Apareció en 90-91 y ahora esta más de capa caida)<br />
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(Token Bus) 802.4<br />
General Motors Topología en bus<br />
Boeing Usa paso de testigo<br />
Se utiliza normalmente en fábricas para comunicar robots.<br />
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