Comunicaciones de datos. transmisión de datos

Redes de Ordenadores Curso 2001-2002
4º Ingenieria Superior Informática Campus Ourense- Universidad de Vigo
Tema 1 1
TEMA 1
COMUNICACIONES DE DATOS. TRANSMISIÓN DE DATOS
1.1. Modelo simplificado de comunicaciones
Objetivo: intercambiar información entre dos entidades.
Modelo en bloques.
Fig 1.1
• Fuente
o Genera los datos a ser transmitidos.
• Transmisor
o Convierte los datos en señales capaces de ser transmitidas.
• Sistema de transmisión
o Transmite los datos.
• Receptor
o Convierte la señal recibida en datos.
• Destino
o Toma y procesa los datos del receptor.
1.1.1 Tareas clave en sistemas de comunicación.
• Utilización del sistema de transmisión
• Implementación de la Interfaz
• Generación de la señal
• Sincronización
• Gestión del intercambio
• Detección y corrección de errores
• Control de flujo
• Direccionamiento y encaminamiento

Tema 1 2
• Recuperación
• Formato de mensajes
• Seguridad
• Gestión de red.
1.2. Comunicaciones de Datos
• Centrado en datos digitales, los datos generados por las computadoras.
Fig 1.2
• )()( tstr ≠ ==> )()(' tgtg ≠ --> errores.
1.2.1 Comunicación de datos a través de redes. Networking
• Las comunicaciones punto a punto no son usualmente prácticas
o Los equipos están muy alejados
o Cada equipo necesita conectarse con todo el resto.
• La solución es una red de comunicaciones.
Fig. 1.3

Tema 1 3
1.2.1.1 Redes de Área Amplia (WAN)
• Área geográfica grande
• Cruzando derechos públicos de paso
• La transmisión se encamina a través de nodos internos
• Varias tecnologías
o Conmutación de Circuitos
o Conmutación de paquetes
o Frame Relay
o ATM
o Otras
1.2.1.1.1. Conmutación de Circuitos
• Caminos de comunicación establecidos durante la duración de la conversación
• Red Telefónica
1.2.1.1.2. Conmutación de paquetes.
• Datos recibidos no necesariamente ordenados
• Los paquetes pasan de un nodo a otro desde la fuente al destino
• Usados para comunicaciones terminal a computador y computador a computador
1.2.1.1.2.1 Frame Relay (Retransmisión de tramas).
o Los sistemas de conmutación de paquetes tienen grandes sobrecargas
para compensar errores.
o Los sistemas modernos son mas fiables
o Los errores suelen ser detectados en el destino
o La mayoría de la sobrecarga para control de errores es eliminada.
1.2.1.1.2.2. ATM (Asynchronous Transfer Mode)
o Evolución del Frame Relay
o Pequeña sobrecarga para corrección de errores
o Tamaño fijo del paquete. Celda.
o De 10Mbps varios Gbps.
o Evolución de la técnica de conmutación de paquetes usando tasas de
datos constante.
1.2.1.1.3. RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). “Conmutación de canales”.
• RDSI o ISDN
• Diseñada para reemplazar los sistemas de telecomunicación públicos.
• Orientada a la conmutación de circuitos.
• Amplia variedad de servicios
• Totalmente digital
• Aprovechan la infraestructura de par trenzado
• División del ancho de banda en canales, “multiplexación por división en el
tiempo”.
o B: digital de 64 kbps para voz o datos
o D: digital de 16 kbps para señalización.
• Combinación de canales:

Tema 1 4
o 2B+D básico
o 30B+D primario
1.2.1.1.6. XDSL
• Varias tecnologías con el fin de mejorar la capacidad del “bucle de abonado”.
• HDSL, caro, 1’5 Mbps
• VDSL, en experimentación, depende de la distancia (300 m à 55Mbps
bidireccional).
1.2.1.1.6.1. ADSL
o Linea de Abonado Digital Asimétrica
o Diferentes velocidades de subida y de bajada
o Comercialmente 3 modalidades
§ Básica: 128 kbps -- 256 kbps
§ Media: 128 – 512 kbps
§ Alta: 300 kbps – 2 Mbps
o Modulación por división de frecuencias
§ 25 kHz inferiores voz – Mantiene la RTC.
§ Resto se lo reparten los datos de subida y de bajada
1.2.1.2. Redes de Área Local (LAN).
• Cobertura pequeña
o Edificios o pequeños campus
• Normalmente propiedad de la misma organización que los dispositivos
conectados a ella
• Tasas de datos muy altas.
• Normalmente redes basadas en sistemas de difusión.
• Ahora están siendo introducidos algunos sistemas conmutados y ATM. Gigabit
Ethernet.
• Pueden llevar tecnologías muy complejas, Gigabit Ethernet, LANE, VLAN.
• Existen también en forma inalámbrica, WLAN.
1.3 Transmisión de Datos
• El éxito del sistema de transmisión de datos depende de la calidad de la señal y
del canal
• Dos tipos de señales
o Analógica: no se puede eliminar el ruido.
o Digital: se puede eliminar el ruido. Se elimina la dependencia de la
calidad de señal. Queda solo la calidad del canal. Se tiende a señales
digitales.
1.3.1. Notación:
• Transmisor
• Receptor
• Medio: entorno por el cual se propaga la onda electromagnética o señal
electromagnética.
o Medios guiados
§ Par trenzado, fibra óptica, coaxial

Tema 1 5
o Medios no guiados
§ Aire, agua, vacio
• Enlace directo: sin dispositivos intermedios, sólo amplificadores y repetidores.
Sin encaminamiento. Telefonía en sí no es enlace directo, está hecha a base de
enlaces directos en algunos tramos.
• Punto a punto
o Enlace directo
o Solo dos dispositivos comparten el enlace
• Multipunto: medio compartido. LAN.
• Simplex: una única dirección. TV.
• Half Duplex: solo una dirección al mismo tiempo. Radioaficionados.
• Full Duplex: ambas direcciones al mismo tiempo. Teléfono.
1.3.2. Frecuencia, espectro y ancho de banda
1.3.2.1. Conceptos en el dominio del tiempo
• Señal continua: varía suavemente en el tiempo
• Señal discreta: cambia entre niveles constantes
Fig. 1.4
• Señal periodica: el modelo se repite en el tiempo
• Señal aperiodica: no se repite en el tiempo

Tema 1 6
Fig. 1.5
• Onda senoidal:
o Amplitud de pico (A): máximo valor de la señal. Voltios.
o Frecuencia (f): razón a la cual se repite. Hz.
o Período=tiempo de una repetición (T) = 1/f
o Fase (Φ ) : posición relativa en el tiempo.
o Expresión general.
§ )/(2)()2()( segradftAsenftAsents πωθωθπ =⇒+=+=
o Longitud de onda:
§ Distancia ocupada en un ciclo
§ Distancia entre dos puntos de igual fase en dos ciclos
consecutivos.
§ Asumiendo una velocidad de señal v ==>
smc
vf
vT
/10*3 8
=
=
=
λ
λ

Tema 1 7
Fig. 1.6
1.3.2.2.Conceptos en el dominio de la frecuencia
• Las señales están compuestas normalmente de muchas frecuencias
• Las componentes son ondas senoidales
• Se puede demostrar (análisis de Fourier) que cualquier señal está compuesta de
ondas senoidales. Los efectos y fenómenos que suceden a las señales al
transmitirse, se pueden expresar en el dominio de la frecuencia; esto es muy
cómodo y mas intuitivo e ilustrativo.
o Señal periódica:
[ ]∑
∞
=
++=
1
00
0
)2()2cos(
2
)(
n
nn tfsenBtnfA
A
tx ππ
donde f0 es la frecuencia fundamental
o Señal no periódica:
∫
∫
∞
∞−
−
∞
∞−
=
=
dtetxfX
dfefXtx
ftj
ftj
π
π
2
2
)()(
)()(

Tema 1 8
Fig. 1.7
• Espectro y ancho de banda
o Espectro: rango de frecuencias de una señal.
o Ancho de banda absoluto: ancho del espectro
o Ancho de banda efectivo: banda mas estrecha de frecuencias que
concentran la mitad de la energía
• Componente contínua: componente de frecuencia cero.

Tema 1 9
Fig. 1.8 Espectros de la suma, y del pulso.
Fig. 1.9 Señal con componente contínua

Tema 1 10
• Velocidad de transmisión y ancho de banda
o Cualquier sistema de transmisión tiene un limitado ancho de banda
o Esto limita la velocidad de transmisión que soporta
o Teorema de Nyquist. “El número máximo de baudios (simbolos/seg)
que se puede transmitir a través de un canal, no puede ser superior que el
doble su ancho de banda”.
Para un canal sin ruido de ancho de banda finito.
)/(log2 2 segbitsMWC =
C=Velocidad máxima de transmisión
W= Ancho de banda
M=Número de estados posibles
1.3.3. Transmisión de datos analógicos y digitales
• Datos: Entidad que contiene significado
• Señales: Representación eléctrica o electromagnética de los datos
• Transmisión: comunicación de datos por propagación y procesado de señales
1.3.3.1. Datos
• Analógicos
o Valores contínuos dentro de algún intervalo
o Sonido, vídeo, etc
Fig. 1.10 Espectro acústico

Tema 1 11
• Digitales
o Valores discretos
o Texto, enteros
1.3.3.2. Señales
• Forma por la cual son propagados los datos
• Señales analógicas
o Varían continuamente
o Varios medios: cable, fibra óptica, vacío
o BW voz: 100Hz à 7kHz
o BW teléfono: 300Hz à 3400Hz
o BW vídeo: 4MHz
• Señales digitales: usan dos componentes contínuas
1.3.3.3.Datos y Señales
• Normalmente se usan señales digitales para datos digitales y señales analógicas
para datos analógicos
• Datos digitales sobre señal analógica: módem
• Datos analógicos sobre señales digitales: CD audio.
Fig. 1.11

Tema 1 12
1.3.3.4.Transmisión Analógica
• Señal analógica transmitida independientemente del contenido
• Pueden ser datos analógicos o digitales
• Atenuación con la distancia
• Uso de amplificadores para mejorar la señal, pero también se amplifica el ruido
1.3.3.5.Transmisión digital
• Dependiente del contenido
• La integridad está en peligro por: ruido, atenuación, etc
• Se usan repetidores, no acumulan ruido.
• El repetidor:
o Recibe la señal à extrae el patrón de bits à Retransmite.
• La atenuación es eliminada
• El ruido no es amplificado.
• Ventajas:
o Tecnología digital: bajo costo de las tecnologías LSI/VLSI (Integración a
gran escala/ integración a muy gran escala.
o Integridad de los datos: mayores distancias sobre líneas de mas baja
calidad.
o Utilización de la capacidad
§ Enlaces de gran ancho de banda mas económicos
§ Gran facilidad de multiplexado con técnicas digitales.
o Seguridad y privacidad: encriptado
o Integración: Se pueden tratar datos analógicos y digitales de igual forma.
1.3.3.6.Perturbaciones en la transmisión
• La señal recibida puede diferir de la señal transmitida
• Señal analógica: degradación de la calidad de la señal
• Señal digital: bits erroneos
• Causas:
o Atenuación y distorsión de la atenuación:
§ La amplitud de la señal cae con la distancia:
atransmitid
recibida
P
P
dBAtenuación 10log10)( =
§ Depende del medio
§ La amplitud de la señal recibida:
• Debe ser suficiente para ser detectada
• Debe ser suficientemente mayor que el ruido para
recuperar los datos sin errores.
§ La atenuación es una función creciente con la frecuencia. (Efecto
pelicular).
o Distorsión de retardo
§ Solo en medios guiados
§ La velocidad de propagación depende de la frecuencia.

Tema 1 13
§ La señal recibida está distorsionada debido al retardo variable que
sufren sus componentes
§ Espectro del medio no homogéneo.
o Ruido
§ Señales adicionales insertadas entre transmisor y receptor.
§ Ruido térmico:
• Debido a la agitación térmica de los electrones
• Uniformemente distribuido
• Ruido blanco.
§ Ruido de intermodulación:
• Señales que son la suma y la diferencia de las frecuencias
originales.
§ Diafonía o Crosstalk
• Una señal de una línea se introduce en otra
§ Ruido impulsivo
• Pulsos irregulares o chasquidos
• Interferencia electromagnética externa; (líneas de alta
tensión).
• Corta duración, gran amplitud.
1.3.3.7.Capacidad de canal
• Velocidad de transmisión
o Velocidad a la cual los datos pueden ser transmitidos
o Bits/seg
• Ancho de Banda
o Limitado por el transmisor y el medio.
o Ciclos por segundo o Hz.
o Nyquist:
)/(log2 2 segbitsMWC =
C=Velocidad máxima de transmisión
W= Ancho de banda
M=Número de estados posibles
o Shannon
ruido
señal
dB
P
P
N
S
10log10)( = à segbits
N
S
WC /)1(log 2 +=
• Ejemplo: señal de voz
o BW: 300 à 3400 Hz BW=3100Hz
o S/N= 30dB
o Shannon: C=30894 bps
o Nyquist: M=16 símbolos como máximo.
Bibliografía:
Capítulos 1 y 3: W. Stallings “Comunicaciones y Redes de Computadores”.

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