Redes

COMUNICACIONES Y
REDES INFORMÁTICAS
Pequeña visión general de las redes informáticas así como
la transmisión de datos

|Desarrollo De Productos Electrónicos |

Desarrollo De Productos Electrónicos_______________________________________________

Sergio Cabeza Barrantes 2


Tabla de contenido
PARTE I: GENERAL........................................................................................................................6
1.1 ¿Qué Es Una Red Informática?...........................................................................................6
1.2 Configuración De La Línea..................................................................................................7
1.3 Modos De Transmisión ......................................................................................................8
1.4 Diseño Físico: Topologías De Red.......................................................................................8
1.4.1 Topología en anillo......................................................................................................8
1.4.2 Topología en bus.........................................................................................................9
1.4.3 Topologia en malla......................................................................................................9
1.4.4 Topología en estrella.................................................................................................10
1.4.5 Topología en árbol.....................................................................................................10
1.4.6 Topología celular.......................................................................................................11
1.4.7 Topología híbrida.......................................................................................................12
1.5 Medios De Transmisión....................................................................................................12
1.5.1 Par trenzado..............................................................................................................12
1.5.2 Cable Coaxial.............................................................................................................13
1.5.3 Fibra Óptica...............................................................................................................13
1.5.4 Transmisión Inalámbrica............................................................................................14
1.6 Protocolos........................................................................................................................14
1.6.1 Modelo OSI................................................................................................................15
1.6.2 Arquitectura TCP/IP...................................................................................................17
1.7 Red Área Local y Red De Área Amplia...............................................................................17
1.7.1 Red de área local.......................................................................................................18
1.7.2 Red de área amplia ...................................................................................................18
1.8 Modem.............................................................................................................................19
PARTE II: COMUNICACIÓN DE DATOS........................................................................................20
1.9 Señal Analógica Simple.....................................................................................................20
1.10 Señal analógica compuesta............................................................................................21
1.11 Señal digital....................................................................................................................22
1.11.1 Teorema de Nyquist................................................................................................23
1.11.2 Teorema de Shannon-Hartley..................................................................................24



PARTE III: CODIFICACION DE DATOS...........................................................................................25
1.12 Modulación: Datos Digitales, Señales Analógicas ..........................................................25
1.12.1 ASK-Modulación por desplazamiento de amplitud..................................................26
1.12.2 FSK-Modulación por desplazamiento de frecuencia................................................27
1.12.3 PSK-Modulación por desplazamiento de fase..........................................................28
1.12.4 QAM-Modulación en amplitud de cuadratura.........................................................29
1.13 Codificación: Datos Digitales, Señales Digitales..............................................................30
1.13.1 Codificación unipolar...............................................................................................30
1.13.2 Codificación polar....................................................................................................31
1.13.3 Codificación Bipolar.................................................................................................34
1.14 Digitalización: Datos Analógicos, Señales Digitales.........................................................37
REFERENCIAS..............................................................................................................................38
1.15 Páginas WEB...................................................................................................................38
1.16 Libros..............................................................................................................................38
1.17 Portada...........................................................................................................................39



PARTE I: GENERAL

1.1 ¿Qué Es Una Red Informática?
Una red de ordenadores o red informática es un conjunto de procedimientos,
programas informáticos y conexiones físicas que se establece cuando dos o más ordenadores
son conectados entre sí. Mediante esta interconexión, dichos equipos pueden enviar y recibir
datos de otros terminales, así como compartir ficheros o impresoras. Para ello, se debe
establecer un método por el cual, los datos deben recibirse sin sufrir ninguna modificación
desde que fueron enviados. De la misma manera, se deberá establecer diferentes reglas y
normas, llamadas protocolos, entre ordenadores para establecer idénticos procedimientos de
conexión, comunicación y transferencia de datos entre los ordenadores que manejan
lenguajes distintos es decir, que los ordenadores en que estén en red con protocolos
diferentes nunca podrían establecer una comunicación. Para ello, deberán tener el mismo
lenguaje. El proceso de comunicación entre equipos se esquematiza de la siguiente forma:

Esquema general del sistema de comunicación

En las conexiones entre ordenadores se pueden diferenciar varios componentes. Las
conexiones físicas o el hardware de red entre equipos, mediante el cual se establece los
materiales que unen los ordenadores, por ejemplo el tipo de conectores a usar, los cables
transmisores u otro medio de transmisión. Por otra parte, existen las conexiones lógicas o el
software de red por el cual, diferentes programas decretan las normas a seguir para el envío y
recibimiento de información. Por último, cabe destacar los medios de transmisión que
transportan las señales, ya que deberán ser de unas especificaciones necesarias para poder
transmitir toda la información sin ninguna pérdida.

Para conectar diferentes ordenadores en una red informática, es necesario determinar
una arquitectura de red, mediante la cual se combina los dos tipos de conexiones anteriores, la
física y la lógica. Cuando utilizamos una red informática pública para enviar y recibir datos, ya



sea entre dos ordenadores (por ejemplo un correo electrónico) o para navegar en una página
web la llamaremos “Internet”. Sin embargo “Intranet” también utiliza los mismos protocolos
que Internet, pero con la diferencia que en este caso se trata de una red privada de
ordenadores. Por último, “Extranet” la podríamos definir como una red semiprivada que utiliza
los protocolos de internet, una infraestructura pública, pero se comunica de forma segura
mediante una organización de equipos o servidores.

1.2 Configuración De La Línea
La configuración de la línea es la antesala a las topologías. En ella establecemos
habilitamos el tipo de enlace físico que se establece cuando comunicamos dos o más
dispositivos entre sí. Existen dos tipos de configuración de la línea:

• Punto a punto. Se establece cuando existe un enlace únicamente para dos
terminales donde el canal queda reservado para la transmisión de
información entre ambos terminales.

Configuración Punto a punto

• Multipunto. A diferencia del Punto a Punto, el multipunto varios
dispositivos compartes el canal. Por lo que este no queda espacialmente
reservado, si no que la capacidad del canal se reparte entre los equipos.

Configuración Multipunto



1.3 Modos De Transmisión
Al crear una red informática entre dos dispositivos, deberemos saber cómo es el modo
de transmisión, es decir a la dirección del flujo o intercambio de información (señales tanto
analógica como digitales) a través de un medio de transmisión o canal. Entonces, la línea de
transmisión se podrá dividir en tres clases:

• Simplex. En este caso, el flujo de información será unidireccional, es decir,
los datos solo irán en una sola dirección a través del medio de transmisión,
y por tanto, hay solo un emisor y un receptor.(un carril de un solo sentido)

• Half-dúplex o semidúplex. A diferencia del anterior, en el caso del
semidúplex el emisor también es receptor, al igual que el receptor es
emisor. Pero con un pequeño inconveniente, uno de los dos terminales
podrá enviar o recibir datos, pero no podrá realizar las dos acciones al
mismo tiempo. Cuando uno envía, el otro solo puede recibir, y viceversa.
(Un carril de dos sentidos)

• Full-dúplex o dúplex. En este caso, se resuelve el problema anterior, ya
que los dos terminales pueden emitir y recibir simultáneamente. Para
solucionarlo, se deberá disponer de dos medios de transmisiones
diferentes separados, o simplemente dividir la capacidad de un solo canal
para poder transmitir en los dos sentido. (Dos carriles de dos sentidos)

1.4 Diseño Físico: Topologías De Red
Cuando estamos hablando de las topologías de las redes telemáticas, nos referimos a
la forma física en que está formada por los componentes s estas redes, es decir, a la
interconexión entre los ordenadores y equipos que formas las redes informáticas.

En función de cómo estén conectados los ordenadores o equipos en una red,
podremos distinguir varias topologías:

1.4.1 Topología en anillo
Este tipo de topología, la red consta de varios equipos unidos entre sí formando un
bucle cerrado o anillo.



Este tipo de red se le llama emisora,
es decir, la información enviada por un
ordenador es leída por otro ordenador
adyacente, que examinará la dirección de la
información. Si la dirección del paquete de
información coincide con el destinatario, este
último copiará los datos. Cuando esta
información es leída por este segundo nodo Topología en anillo
(ordenador) y no coincide la dirección, el equipo
volverá a mandar la información para que circule por el anillo, para que un tercer ordenador
haga el mismo procedimiento, y así sucesivamente hasta que el paquete llegue a su destino.

1.4.2 Topología en bus
La topología en bus consiste en la conexión de varios equipos a un medio de
transmisión conocido como bus de datos lineal. En este caso, también se trata de una red
emisora, ya que todos los ordenadores son receptores cuando un nodo envía un paquete de
datos en ambas direcciones, los demás nodos examinaran si la dirección del paquete coincide
con la dirección del destinatario. Hasta el momento que lo haya detectado, el nodo emisor
sigue enviando información para solucionar posible interferencias si existe otro nodo que
emita otra información simultáneamente. El nodo finamente comprobara posteriormente la
correcta transmisión de la información. La información viaja a gran velocidad a través del bus y
finaliza en extremos de dicho bus.

Topología en bus

1.4.3 Topologia en malla
En la topología en malla, los nodos estas conectados a todos y cada uno de los otros
nodos en una red informática. De esta manera, podemos permitirnos mandar datos de un
equipo a otro sin necesidad de pasar por ningún otro equipo, o por medio de diferentes



caminos. Si fallase un camino, los
datos podrían viajar por otro. De esta
forma, la topología de malla se
convierte en un sistema seguro para
enviar datos sin algún camino
pudiera sufrir daños.

Topología en malla

1.4.4 Topología en estrella
La topología en estrella consiste en la conexión de los nodos a un nodo central, punto
de conexión entre nodos, router no concentrador. Es decir los nodos radian desde un punto
central, el router. Este último tiene
como función transmitir la información
que manda alguno de los nudos y
redirecciona la información hacia el
equipo correspondiente, salvo que el
punto central funcione como un bus
normal, y la información se transmitirá
hacia todos los nodos conectados. Topología en estrella

1.4.5 Topología en árbol
La topología en árbol se puede entender como una derivada de la anterior, la
topología de estrella, o una generalización de la topología en bus. Si lo tomamos como lo
segundo, podremos decir que esta topología se caracteriza por ser un bus abierto ramificado
que comienza en un punto central, el headend (como en la topología en estrella, al que
llamábamos router). Adicionalmente, estas ramas pueden volver a ramificarse dando lugar a
una estructura en árbol. El modo de transmisión de información, será igual que en la topología



en estrella. Existe un problema derivado de
la topología en bus ya que si dos
ordenadores intentan transmitir a la vez,
tendrán el mismo problema en esta
topología en esa misma situación. Para
solucionar este problema, en este
caso se mandaran tramas de
información, las cuales llevan un identificador en la cabecera donde se incluye el destino de
dicha trama.

Topología en árbol

1.4.6 Topología celular
La topología celular está referida a redes inalámbricas que utilizan diferentes
protocolos de transmisión. Los nodos (inalámbricos) se conectan a un nodo central base para
recibir de él la información. Para cada nodo se establecerá un canal correspondiente para su
conexión y posteriormente la transmisión de la información.

Topología celular



1.4.7 Topología híbrida
En este tipo de topología se aplicará todas las combinaciones posibles de las topologías
anteriores.

Topología híbrida
1.5 Medios De Transmisión
Los medios de transmisión de datos son los soportes físicos por el cual se apoya las
redes informáticas para enviar datos e información y poder comunicarse desde el emisor al
receptor. Estos medios se pueden clasificar según su naturaleza en guiados o no guiados. Los
medios de transmisión guiados son aquellos en los que la información se transmite mediante
una señal a través de un cable físico por el que se propaga dicha señal, por lo que será el
propio cable el que limite la calidad de la transmisión. Cabe destacar para los guiados, los
medios más utilizados como el par trenzado, el cable coaxial y la fibra óptica. Los medios de
transmisión no guiados son aquellos en los que las señales se transmiten a través de una red
inalámbrica o antena, como por ejemplo la radiodifusión, las microondas o infrarrojos. A
cambio de los medios guiados, los medios no guiados no proporcionan un direccionamiento de
la señal, como es el en caso de los cables o fibra óptica.

1.5.1 Par trenzado
El par trenzado consiste en dos cables de cobre aislados independientemente uno por
uno embutidos así mismo en un aislante. Dos cables en paralelo forman un antena y por tanto
ser capaces de captar interferencias, ruidos o perturbaciones en la señal transmitida, debido a
esto, se los cables entrecruzan.

Este tipo de cable resulta muy económico, y por tanto es el medio de transmisión más
utilizado.



En este tipo de transmisión se pueden dar varios tipos, uno de ellos es el UTP. Los UTP
son los más simples ya que no tienen pantalla aislante entre los cables y el aislante exterior.
Otro tipo es el STP, los cuales son pares trenzados apantallados individualmente, u otra forma
de decirlo, los cables de cobre se apantallan por individual antes de abrigarlos con el aislante
exterior. Este tipo son los que sufren menos perturbaciones de ruido y perturbaciones
exteriores. Por último, tendremos los FTP o pares trenzados apantallados, es decir, los cables
de cobre se apantallan conjuntamente antes del aislante.

Este tipo de cables se utilizan tanto para transmitir datos analógicos como datos
digitales, pero a corta distancia respecto a los otros medios.

1.5.2 Cable Coaxial
Otro medio de transmisión es el cable coaxial. A diferencia del par trenzado, este
medio de transmisión, aunque también utiliza dos cables, estos están distribuidos de diferente
forma. En el interior del cable existe un cable de cobre rodeado por un aislante eléctrico.
Enrollado sobre este aislante se encuentra el segundo cable, pero en forma de malla o
cubierta. Sobre esta malla se abriga con el aislante exterior.

La aplicación más utilizada de este tipo de medio es la transmisión de señales de
televisión hasta el domicilio y la telefonía a larga distancia. El cable coaxial resulta muy versátil
si se trata de enviar datos, ya que es un medio, que, por motivo de su apantallamiento, sufre
menos perturbaciones e interferencias que el par trenzado.

1.5.3 Fibra Óptica
La fibra óptica es un medio de transmisión por el cual la luz se propaga a través de un
cristal o plástico cilíndrico con un apantallado periférico reflector y posteriormente con el
aislante exterior. Se utiliza haces de luz para la transmisión de información binaria,
habitualmente la ausencia de luz se le asigna el valor cero y la presencia de esta el valor uno.

Dependiendo de la forma de transmitir los datos por la fibra óptica, se podrá
diferenciar:



• Monomodo: en este caso la luz se transmitirá de forma directa por la fibra,
es decir, en línea recta sin ningún tipo de ángulo de reflexión sobre el
apantallamiento.

• Multimodo: a diferencia del monomodo, la luz se transmite a través de la
fibra con un ángulo incidente sobre el apantallamiento reflector.

• Multimodo de índice gradual: en este caso, se produce el mismo proceso
que la forma multimodo, pero podremos variar gradualmente el índice de
refracción de la fibra, ya que esta aumenta o disminuye gradualmente el
índice del centro a los extremos de la fibra.

Este tipo de medio de transmisión se utiliza para la transmisión de una mayor cantidad
de información a una mayor distancia que los otros medios de transmisión, con una calidad de
transmisión excelente sin casi apenas perturbación ni interferencias, salvo cuando han de
empalmar dos fibras ópticas diferentes.

1.5.4 Transmisión Inalámbrica
Este tipo de transmisiones son las llamadas transmisiones inalámbricas. Se llevan a
cabo de antenas, es decir, no necesita ningún tipo de cables para la transmisión de datos. Estas
antenas irradian señales con una determinada frecuencia por el espacio (aire). La longitud de
onda (que se desarrollará en la Parte II) es la distancia que separa dos picos consecutivos de la
onda, es decir, la distancia que ocupa un ciclo de la onda. Dependiendo de la frecuencia de la
señal emitida, las señales se podrán diferenciar en ondas de radio, ondas infrarrojas o
microondas. Las ondas de radio tienen un rango de frecuencia entre 30MHz y 1GHz, son
capaces de atravesar edificios y recorrer largas distancias. Las ondas infrarrojas se utilizan
sobre todo para controles remotos y cortas distancias. Las ondas microondas están entre 1 y
10GHZ, no atraviesan bien los edificios y se utilizan para largas distancias.

1.6 Protocolos
Como explicamos en el punto 1.1 llamamos protocolo al conjunto de reglas e
instrucciones para que dos equipos diferentes tengan idénticos procedimientos de conexión,
comunicación y transferencia de datos entre los ordenadores que manejan lenguajes distintos.



Hay dos protocolos que son determinantes en el desarrollo de las comunicaciones. El
protocolo TCP/IP fue creado para servir de estructura la a comunicación mediante Internet,
pero el modelo que describe y estructura toda la arquitectura es el modelo OSI.

Seguidamente describiremos la arquitectura TCP/IP y el modelo OSI.

1.6.1 Modelo OSI
El modelo OSI es un modelo orientativo y descriptivo creado por la ISO (Organización
Internacional para la Estandarización) para intentar definir las arquitecturas de conexión entre
las diferentes redes existentes mediante diversas capas o niveles estructuradas
jerárquicamente. Cada capa o nivel realiza una función específica, la cual implementara una
función sobre la información sin tener en cuenta el resto de niveles, sobre la información a
enviar o recibir. Sobre cada capa existen otras dos adyacentes a ella, una superior y otra
inferior, las cuales ofrecen servicios a esta intermedia. La capa superior ofrece servicios a la
inferior, y esta última los utiliza de la superior.

El último propósito del modelo OSI es el intercambio de datos entre equipos. Para ello,
la información debe pasar, con anterioridad a ser transmitida, por los diferentes niveles para
que se le puedan añadir datos de control en la cabecera de la información a enviar. Estos datos
de control únicamente serán leídos e interpretados por los niveles homónimos en el equipo
receptor de la información, por lo que los niveles inferiores a este, no serán capaces de
interpretar la información y por tanto no podrán leerla. Para que exista el lenguaje entre los
niveles homónimos, deberán tener el mismo protocolo. Al conjunto de protocolo que utiliza el
modelo OSI se le llamará pila de protocolos.

El modelo OSI se divide en los siguientes niveles:

• Nivel físico: el nivel físico es aquel que se encarga de la transmisión y la
conexión del equipo con la red, y posteriormente con el equipo receptor.
Define los medios físicos e interfaces, así como el medio de transmisión,
velocidad de transmisión, modo de transmisión y topología de la red.



• Nivel de enlace: la capa de enlace se
encarga de proporcionar una
transmisión adecuada entre emisor y
receptor, es decir, que la información
enviada sea fiable, es decir, que se
mande sin errores a la velocidad de
transmisión adecuada para que el
receptor pueda recibirlo. Esto se
consigue dividiendo la información en
tramas, además de las cabeceras.
Estas tramas se direccionan mediante
estas cabeceras, las cuales tienen la
información del receptor.

• Nivel de red: esta capa es la encargada
de realizar la correcta entrega de la información al receptor aunque este
esté en diferentes redes. Esta capa es en la que los enrutadores cumplen
su función, encaminando y direccionando los paquetes de datos.

• Nivel de transporte: esta capa se encargaDiferenteslos datos e modelo OSI
de llevar capas del información
al destinatario, aunque estos no se encuentren en la misma red. La
información enviada en este caso se llamará segmento.

• Nivel de sesión: esta capa se encarga de organizar, mantener y sintetizar el
orden entre el enlace establecido y la comunicación e intercambio de
datos. Esta capa sincroniza ambos equipos para la transmisión y recepción
de datos.

• Nivel de presentación: esta capa se encarga de presentar la información,
de manera que aunque diferentes ordenadores hablan diferentes
lenguajes, esta capa sintetiza la información para que los equipos pueden
representar este lenguaje adecuadamente y reconocible por el equipo
receptor.

• Nivel de aplicación: Esta capa es la que, aunque indirectamente ya que se
hace a través de un programa o aplicación, interactúa con el usuario del
equipo. Este nivel implementa servicios como el de transferencia de



archivos, servicios World Wide Wide (WWW) o servicios de correo
electrónico.

1.6.2 Arquitectura TCP/IP
Internet como ya hemos dicho, se basa en un conjunto de protocolos de red, llamados
protocolos TCP/IP. Estos protocolos lo componen el protocolo TCP (Transmission Control
Protocol) o protocolo de control de transmisión de datos y el protocolo IP (Internet Protocol)
o protocolo de internet.

Esta arquitectura es la que se ha impuesto ya que es un claro ejemplo de cómo
conectar diferentes redes (LAN y WAN) que trabajan con diferentes lenguajes.

Esta familia de protocolos se basan en el modelo OSI descrito en el apartado anterior.
Pero a diferencia del modelo OSI, la arquitectura de protocolos TCP/IP solo presenta cinco
capas o niveles: nivel de aplicación, nivel de transporte, nivel internet, nivel de red y nivel
físico. Habitualmente estos dos últimos se juntan en el nivel de enlace físico. De igual manera y
por analogía con el modelo OSI, en la capa de aplicación de la arquitectura TCP/IP podríamos
agrupar los niveles de aplicación, de presentación y de sesión del modelo OSI.

1.7 Red Área Local y Red De Área Amplia con el modelos OSI
Analogías de la arquitectura TCP/IP

Como ya hemos visto en las topologías, una red informática es un conjunto de equipos
(nodos) conectados entre sí mediante enlaces físicos para el envío de información a través de
ellos para compartir recursos. E n función de lo anterior podremos definir varios tipos de redes
según la ubicación en un área geográfica. Podríamos desarrollar diferentes redes como son la
red de área persona o PAN (Personal Area Network), una red de are de campus o CAN



(Campus Área Network) o una red de área metropolitana o MAN (Metroplotian Area Network),
pero por el grado de importancia mundial, ya que son las más extendidas globalmente,
explicaremos la red de área local, y la red de área amplia.

1.7.1 Red de área local
Un red de área local o también llamada LAN (Local Area Network) son aéreas
generalmente privadas de organismos o usuarios que las administran y que la utilizan para
interconectar diferentes dispositivos cercanos, así es, definiremos una red LAN como aquella
red en los que los equipos o nodos están próximos entre sí, comúnmente dentro del propio
edificio. Las velocidades en este tipo de red oscilan entre 10 y 100 Mbps

Los protocolos que se utilizan habitualmente en este tipo de redes son los protocolos
de las capas superiores del modelo OSI que veremos más adelante. Las redes LAN. Los
estándares para estas redes las impuso la organización de estandarización IEEE, el cual creó un
proyecto para este tipo de redes llamado IEEE 802. El IEEE 802 implementa las funciones del
nivel físico y de enlace, es decir, define mas una los niveles más bajo del modelo OSI.

Las principales topologías de la red LAN son de bus, en estrella, en anillo, en malla y en
árbol.

Ethernet y CSMA-CD son dos ejemplos de LAN.

1.7.2 Red de área amplia
Una red de área amplia, área extensa o WAN (Wide Area Network) es aquella red que
se extiende mucho más allá de las redes LAN, es decir, tienen un campo de comunicación más
extenso y disperso. Son redes públicas con acceso frecuentemente mediante cable telefónico.

Este tipo de redes WAN implementa los protocolos del modelo OSI, preferentemente
los niveles primeros, hasta el tercero, aunque pueden cubrir hasta el nivel segundo. Además, la
red WAN utiliza el protocolo PPP (Point-TO-Point Procotol, Protocolo de punto a punto), el cual
se utiliza para dotar y autentificar de una IP para notificar al usuario o cliente del servidor.

Las redes WAN contienen una serie de servidores o maquinas encargadas de ejecutar
los programas de los usuarios llamados Host. Los Host son equipos u ordenadores conectados
a la red que proveen de información y datos, así como servidores web o transferencia de
archivos a los demás usuarios conectadas a dicha red. A una red WAN se le puede acoplar una



red LAN mediante un router o encaminador. Cada Host esta está conectado a una red LAN en
la cual existe un router para enviar la información a la subred.

Las topologías más utilizadas en las rede WAN son las de anillo, estrella o celular

1.8 Modem
Un modem es aquel dispositivo que convierte las señales recibidas por un equipo
determinado para que puedan ser interpretadas o viceversa, convierte la información en
señales para poderlas enviar por un determinado medio de transmisión entre diferentes
equipos, en otras palabras, el modem hace la función de modulador y desmodulador. El
equipo tiene unos datos digitales que desea enviarlos mediante una señal analógica, en este
caso el modem actuará como modulador. Cuando el modem recibe una señal analógica el
modem desmodula la señal para captar los datos recibidos e interpretarlos de forma digital.
Estas señales serán transmitidas mediante cables telefónicos como hemos visto en el apartado
de medios de transmisión. Este tipo de medios están limitados en cuestión de ancho de banda
y velocidad de transmisión, por lo que actúamele se esta implantando cada vez mas ara uso
doméstico el cable coaxial y la fibra óptica que solucionan notablemente este problema
mediante módems que utilizan otras tecnologías.

Función del modem

Seguidamente, en el siguiente capítulo (en la Parte II), veremos la conversión de señales
analogías y digitales



PARTE II: COMUNICACIÓN DE DATOS
1.9 Señal Analógica Simple
Una señal analógica simple o también llamada fundamental es la onda que tiene como
ecuación la de un movimiento (respecto del tiempo) armónico simple. Es la onda más sencilla
que se puede obtener, y corresponde a una función trigonometría Seno o Coseno. Debido a
esto, a este tipo de ondas se les llama también sinusoidal o senoidal.

Las señales analógicas simples se describen mediante tres características: amplitud,
frecuencia y fase o desfase.

La amplitud de una onda es el valor de la magnitud que obtiene la señal en un instante
concreto. La amplitud máxima, o valor de pico es el valor máximo de la magnitud de la señal
en un tiempo concreto. El valor de pico a pico, es el valor máximo entre dos puntos en un
tiempo concreto de la onda, es decir, la amplitud máxima entre el valor máximo en el ciclo
positivo, y el valor máximo en el ciclo negativo.

La frecuencia es el numero de ciclos de la onda q se repite en un espacio de tiempo
dado. DE la frecuencia podemos definir el periodo, ya que es su inversa. El periodo es el
tiempo transcurrido entre dos repeticiones, es decir, entre dos ciclos consecutivos.

El ángulo de fase o ángulo de desfase es la medida de ángulos en la que se desplaza la
onda de una posición relativa (por ejemplo el eje de coordenadas) dentro de un mismo
periodo.

Ejemplo de onda armónica simple

Además de estas magnitudes, podemos definir longitud de onda (λ)como la distancia
que ocupa un solo ciclo. Siendo la velocidad de propagación de la onda el producto de la
longitud de onda por la frecuencia, es decir:



c=λ⋅ f

Donde c es la velocidad de propagación, λ es la longitud de onda, y f la frecuencia

1.10 Señal analógica compuesta
En realidad, una señal electromagnética puede estar compuesta por varias señales
fundamentales, de amplitud, frecuencia o fase variables. Mediante la teoría matemática, se
puede demostrar que estas señales, por complejas que sean, pueden ser descompuestas en
una seria de señales más simples fundamentales. A esto se le llama Serie de Fourier, en la cual,
la señal compleja, se descompone en una seria de sumas de las señales simples.

Serie de Fourier: la suma de señales analógicas simpes da como resultado una
compleja

Hasta ahora las representaciones que hemos hecho de las señales analógicas han sido
un tipo de representación en el dominio del tiempo para el eje X (en función del tiempo) y de
la amplitud para el eje Y. Sin embargo, existe otro tipo de representación se las señales de las
cuales conocemos la frecuencia, el espectro, donde representamos la relación de la amplitud
de la señal para el eje X (como el anterior) y la frecuencia para el eje Y, es decir, en dominio de
la frecuencia y la amplitud.

Para una señal de corriente continua, la representación la deberíamos situar
coincidente con el eje Y (amplitud) ya que la frecuencia seria nula.



Mediante la representación del espectro de las señales fundamentales de la onda,
podremos definir un nuevo concepto, el de ancho de banda. El ancho de banda será el rango
de anchura de la frecuencia (por tanto medido en Hertzios) del espectro de la señal
compuesta, es decir, la diferencia entre la señal con frecuencia más alta y la señal de
frecuencia más baja.

Espectro de una onda armónica
compleja determinada

1.11 Señal digital
Una señal digital es aquel tipo de señal generada por una onda electromagnética en la
que la misma representa valores discretos que pueden ser interpretados, en lugar de una serie
de valores consecutivos dentro de un rango. Estas señale digitales son interpretados por los
equipos y sistemas digitales usando la lógica de dos estados, unos y ceros, los cuales
simbolizan dos magnitudes o niveles de tensión, alto para el uno, y bajo para el cero, es decir,
se aplica un sistema de representación binaria para una serie de valores.

Por naturaleza matemática, los cambios entre dos números, no podría ser en un
tiempo nulo, ya que hay unas transiciones denominadas flancos de bajada y de subida,
respectivamente.

Generalmente, salvo las señales de reloj, este tipo de señales son no periódicas o
aperiódicas cuya periodicidad no sigue ningún patrón o ciclo.

Para una señal de este tipo deberemos tener en cuenta las siguientes características:



• Velocidad de transmisión o tasa de bits. (Vt)Es el número de bits
transmitidos por segundo. Es comparable a la frecuencia en las señales
analógicas simples. Se mide en bits por segundo (bps) y sus múltiplos como
Kbps o Mbps

• Velocidad de modulación o tasa de datos. (Vm) Es el número de veces que
cambia la señal de valor por segundo. Representa la velocidad a la que
cambian los datos. Se mide en Baudios.

• Intervalo de bit. Es el tiempo necesario para enviar o transmitir un bit.
Representa la duración de un bit, por lo tanto se medirá en segundo y sus
múltiplos.

Vm = 1
T
La velocidad de modulación y la velocidad de transmisión estas relacionadas de la
siguiente forma:

Vt = Vm ⋅ log 2 M

Donde M son los estados posibles de la señal. Este tipo de transmisión se utiliza para
distancia relativamente corta. Para una transmisión de señales digitales, una apreciación
importante es la rapidez a la que se puede enviar esas señales, dicho de otra manera, las
limitaciones que sufren las señales para ser enviadas por un medio de transmisión. Para ello
existen dos teoremas para explicar este fenómeno que se desarrollan en los siguientes
apartados.

1.11.1 Teorema de Nyquist
Este teorema (referido al ancho de banda) supone un caso en el que el canal por el que
se transmiten los datos está exento de ruido y perturbaciones externas, lo cual, la única
limitación en la velocidad de transmisión está relacionada solo y únicamente por el ancho de
banda de dicho canal.

Harry Nyquist (7 de Febrero de 1889-4 de Abril de 1974) publico el teorema conocido
como Teorema de Nyquist el cual dice que dado un canal (exento de ruido) la velocidad
máxima de transmisión de la señal que se puede conseguir por dicho canal es dos veces el
ancho de banda del mismo canal.



C = 2 ⋅ Bw
Donde C es la velocidad de transmisión o tasa de bits y BW es el ancho de banda del
canal.

Cuando hablamos de señales digitales, nos referimos a dos niveles de tensión, sin
embargo, como veremos más adelante, se pueden usar señales con más de dos niveles de
tensión, es decir cada elemento de la señal puede representar más de dos niveles, por ejemplo
si tenemos cuatro niveles de tensión, cada nivel representara do bits de información. Para
solucionar el caso de una señal multinivel, Nyquist proporciono la siguiente fórmula:

C = 2 ⋅ Bw ⋅ log 2 M

Donde M es el número de niveles posibles

1.11.2 Teorema de Shannon-Hartley
El teorema de Nyquist establecía un canal exento de ruido ni perturbaciones ni
errores. La presencia de ruido corrompe la información transmitida, es decir lo bits. Si la
velocidad de transmisión es alta, los bits cada vez estarán más próximos, y por tanto, si se da
un rango de ruido, este afectara a más número de bits cuanto mayor sea la velocidad de
transmisión, por tanto mayor será la tasa de errores en la transmisión.

Ruido se define como cualquier señal electromagnética no deseada que interfiere en la
señal y perturba su correcta transmisión. Un parámetro que debemos tener en cuenta es la
relación señal-ruido (SNR o S/N) que se define como el cociente entre la potencia de la señal y
la potencia de ruido. Se mide en decibelios (dB)

S Potencia de la señal
= 10 log10
N Potencia del ruido

Por lo tanto, una relación S/N alta significara una excelente calidad en la transmisión
de la señal. Por el contrario, una relación S/N significará que existen altas perturbaciones de la
señal ocasionadas por el ruido que interfiere en la transmisión de los datos.

Esto, fue desarrollado por el ingeniero electrónico y matemático Claude Elwood
Shannon (30 de Abril de 1916-24 de Febrero de 2001) y el electrónico Ralph Hartley (30 de
Noviembre de 1888-1 de mayo de 1970). Se relacionó la relación señal-ruido con la máxima



velocidad de transmisión que se puede conseguir en un canal mediante el llamado Teorema de
Shannon-Hartley (referida a la capacidad del canal):

C = BW ⋅ log 2 (1 + S )
N
Donde c es la velocidad de transmisión o capacidad del canal, BW el ancho de banda
del canal y S/N la relación señal-ruido.

PARTE III: CODIFICACION DE DATOS

Tanto la información transmitida por señales analógicas o señales digitales pueden ser
codificadas mediantes diversas técnicas para convertirlas en otras señales analogías o digitales
como se verá a continuación. La elección de una u otra dependerá en términos generales de
los distintos medios de comunicación y la disponibilidad de los mismos.

Antes de ver las características de cada conversión, debemos señalar el término de
señal portadora. Esta señal es modulada (sufre diversos cambios) en función de la información
que le aporta otra señal.

Dependiendo como de cómo sean los datos, y de cómo serán las señales, tendremos
distintas combinaciones:

• Datos digitales y señales analógicas: Modulación

• Datos digitales y señales digitales: Codificación

• Datos analógicos y señales digitales.: Digitalización

1.12 Modulación: Datos Digitales, Señales Analógicas
Esta técnica se utiliza para transmitir datos que en un principio son digitales, pero se
desea transmitir mediante señales analógicas Como veíamos en el apartado de la señal
analógica simple, en dicha señal existen parámetro que pueden ser modificados como son la
amplitud, la frecuencia o la fase, por lo que dependiendo de los datos que tengamos a enviar,
podremos variar alguna de esas propiedades de la onda.



1.12.1 ASK-Modulación por desplazamiento de amplitud
En esta modulación ASK el parámetro que escogeremos para variar será la amplitud.
Como los datos a modular son digitales (binarios), contaremos con dos valores, uno para el
valor cero y otro para el valor uno. De esta manera, para el valor cero, la onda tendrá una
amplitud diferente a la amplitud que tendrá la onda para el valor uno.

Modulación ASK

La señal modulada en ASK tendrá la misma velocidad de transmisión que la velocidad
de modulación ya que en un baudio se transmite un bit.

Este tipo de señales son muy irascible al ruido, ya que este afecta sobre todo a la
amplitud.

El ancho de banda mínimo de una señal digital modulada en ASK será igual a:

Bw = (1 + d ) ⋅ Vm

Donde d es un parámetro que depende del medio de la línea de tranmision y Vm la
velocidad de modulación en Baudios.



1.12.2 FSK-Modulación por desplazamiento de frecuencia
En esta modulación FSK, los valores digitales, que siguen siendo dos (binario) variaran
la frecuencia en la señal portadora, es decir, la señal obtendrá dos valores diferentes.
Dependiendo si es un cero, tendrá una frecuencia, y si es un uno, tendrá otra frecuencia
diferente.

Modulación FSK

A diferencia de la anterior, la amplitud de la onda no variará, por lo que las
perturbaciones afectaran menos que en ASK, ya que lo único que varía será la frecuencia. Por
el contrario, se utiliza más ancho de banda que en la modulación ASK

El ancho de banda por tanto será igual a la velocidad de modulación menos la
diferencia que existe entre las dos frecuencias utilizadas.

Bw = ( f 2 − f1 ) + Vm

Donde f1 y f2 las diferentes frecuencias y Vm la velocidad de modulación en Baudios.



1.12.3 PSK-Modulación por desplazamiento de fase
En esta modulación PSK el parámetro que varía es la fase de la onda portadora. Para
cada valor binario, la onda tendrá diferente fase, por lo que habrá dos fases diferentes, por
ejemplo 00 y 1800 para simplificar. Como la modulación obtiene dos valores diferentes,
también se le llama modulación 2-PSK o BPSK (Binasy PSK). En el caso de que utilicemos una
modulación con cuatro fases diferentes, la técnica de modulación se llamará 4-PSK o QPSK (00
para 00, 900 para 01, 1800 para 10 y 2700 para 11) al igual que si usamos ocho fases diferentes,
tendremos una modulación 8-PSK y así sucesivamente.

Modulación PSK

El ancho de banda por tanto para este tipo de modulación será igual a la velocidad de
modulación.

Bw = Vm



Donde Vm la velocidad de modulación en Baudios

1.12.4 QAM-Modulación en amplitud de cuadratura
Este tipo de modulación cambia no solo la amplitud, sino también la fase para los
distintos valores que tome. Debido a esto, existe un gran número de combinaciones posibles
entre la variación de amplitud y el desplazamiento de fase. Para ello, se han elaborado lo que
se denomina las constelaciones QAM. Por las cuales, mediante un eje de coordenadas se
representan dichas variables. Se representa como un vector a la amplitud, donde el tamaño
del mismo será el valor representado de la amplitud. En el caso de la fase, se representara
como el ángulo de inclinación que existe entre el vector que representa a la amplitud y los ejes
de coordenadas.

Constelación 16-QAM

El ancho de banda para una modulación QAM será igual a la velocidad de modulación.

Bw = Vm

Donde Vm es la velocidad de modulación.



1.13 Codificación: Datos Digitales, Señales Digitales
La codificación es el proceso mediante el cual se representa una secuencia de números
binarios mediante una señal digital discreta, donde cada pulso toma un valor determinado. Los
datos binarios se transmites este sistema. Por ejemplo le podremos dar par aun valor cero, un
nivel bajo de tensión, y para un uno binario, un nivel mayor de tensión. Seguidamente se
describen los principales tipos de codificaciones.

El mayor problema de la codificación es el sincronismo, ya que la codificación tratará
de que los dos equipos que se transmiten los datos, estén lo mas sincronizados posibles. Esto
no es posible si existen largas cadenas de datos (ceros o unos), ya que el equipo receptor no es
capaz de identificar el inicio y final de cada bit.

1.13.1 Codificación unipolar
La codificación unipolar es aquella en la que la señal tiene el mismo signo. A cada valor
de la señal se le asigna un nivel de tensión usando únicamente una polaridad, es decir si todos
son positivos o todos negativos. Este tipo de codificación es notable por su sencillez.

Codificación unipolar



1.13.2 Codificación polar
La codificación polar es aquella en la que la señal adquiere dos niveles diferentes de
voltaje, pero a diferencia de la anterior, usando dos polaridades diferentes, es decir, se
representará la señal mediante un nivel alto de tensión para un signo, y un nivel bajo de
tensión para el otro.

1.13.2.1 NRZ-L
En este tipo de codificación, a los valores se le asignan dos niveles de tensión
diferente, un nivel de tensión positivo para el cero y un nivel de tensión negativo para el uno.

Codificación NRZ-L

Este método de codificación no consigue solucionar el problema del sincronismo, ya
que nos podemos encontrar con largas cadenas de ceros o unos y la señal será por tanto
continua.

1.13.2.2 NRZ-I
En este caso, a los valores de uno se les representara como la transición entre dos
niveles de tensión, mientras que para los valores cero se les representara sin ningún cambio de
polaridad.



Codificación NRZ-I

Este método de codificación es mejor que el anterior en la cuestión del sincronismo, ya
que implementa una mejora reduciendo la componente continua en las cadenas de unos, pero
no en las cadenas de ceros.

1.13.2.3 RZ
En este tipo de codificación se utilizaran dos polaridades, pero tres niveles de tensión,
uno positivo, otro negativo y el tercero nulo o cero. Para un valor uno se le representara como
el cambio de niveles entre el nivel positivo y el cero, mientras que para el valor cero será el
cambio entre el nivel negativo y el cero. Por lo tanto este cambio se llevara a cabo en mitad del
bit.

Codificación RZ

La utilización de tres niveles de tensión soluciona notablemente el problema del
sincronismo.



1.13.2.4 Manchester
En la codificación Manchester se le da más importancia a la transición entre dos
niveles o polaridades, ya que utilizaremos una transición entre la polaridad negativa a la
positiva para lo unos y una transición inversa a la anterior (de la positiva a la negativa) para los
ceros.

Codificación Manchester

Esta codificación soluciona mucho mejor el problema del sincronismo, ya que anula
completamente la componente continua que pudiese originar las cadenas de unos o ceros.

1.13.2.5 Manchester diferencial
La codificación Manchester Diferencial deriva de la codificación Manchester, ya que al
igual que esta, también se utiliza un cambio de polaridad para representar un valor. En este
caso, los ceros se representaran por una transición al principio de cada bit. Mientras que los
unos se representaran simplemente con un cambio de polaridad.



Codificación Manchester diferencial

Al igual que en la codificación Manchester, este tipo de codificación anula por
completo la componente continua, y soluciona así los problemas de sincronismo.

1.13.3 Codificación Bipolar
Las codificaciones bipolares son aquellas las cuales utilizan tres niveles de tensión
(positivo negativo y cero). A diferencia de la codificación RZ, el nivel cero lo asociaremos al
valor binario cero, mientras que para representar los unos, será una alternación entre valores
negativos y positivos.

1.13.3.1 AMI
La codificación AMI utiliza claramente la representación mediante tres niveles de
tensión. Los ceros se representaran mediante el nivel cero, mientras que lo unos, la polaridad
se irá alternando.



Codificación AMI

En este caso podemos tener problemas de sincronismo para cadenas largas de ceros

1.13.3.2 HDB3
Para eliminar el problema anterior con las cadenas de ceros y la sincronización,
utilizaremos la codificación HDB3. En esta codificación se añade un patrón a la codificación
AMI cuando tenemos una cadena de cuatro ceros consecutivos. Este patrón se llama violación,

ya que altera el procedimiento de la codificación anterior. Dependiendo de los últimos unos
que haya en la última violación, esta se lleva a cabo de manera diferente:

• Si el número de unos desde la última sustitución impar, la violación se realiza de la
siguiente manera:

Codificación HDB3 impar

• En cambio si el numero de unos desde la última sustitución par, la
violación de la siguiente manera:



Codificación HDB3 par

Codificación HDB3

En esta codificación aplicamos una mejora en la componente continua y el problema
del sincronismo ya que acortamos la cadena de ceros a tres por cadena.

1.13.3.3 B8ZS
Este tipo de codificación también es igual que la codificación AMI, pero en este caso se
aplicará un patrón de sustitución cuando exista una cadena consecutiva de ocho ceros. Se
puede dar dos situaciones diferentes depende del nivel (polaridad) del uno que hay antes de la
cadena de ceros.

Si la polaridad es positiva: Si la polaridad es negativa

Si la polaridad es negativa:



Codificación B8ZS positiva Codificación B8ZS negativa

Codificacion B8ZS

1.14 Digitalización: Datos Analógicos, Señales Digitales
La digitalización es el proceso mediante el cual convertimos unos datos analógicos en
datos digitales o señales digitales. Para ello nos serviremos de una técnica más utilizada
llamada Modulación por codificación de impulsos (PDM, Pulse Code Modulation).

La técnica de digitalización PDM se basa en tres pasos fundamentales:

• Muestreo. Este paso consiste en tomar pequeñas muestras de la señal analógica a
intervalos regulares de tiempo. Cuanto más pequeño sea el periodo de muestro
mejor saldrá la señal analógica. La frecuencia de muestreo no debe ser igual a la de
la señal, ya que nos dará una línea continua. Por esto, deberemos usar el Teorema
de Nyquist-Shannon, el cual nos dice que para obtener una señal idéntica a la
analógica, la frecuencia de muestro deberá ser al menos del doble de la frecuencia
más alta de la señal que queramos muestrear.



f muestreo < 2 ⋅ f señal

Una vez muestreada la señal, deberemos continuar con el siguiente procedimiento.

• Cuantificación. Este proceso consiste en asignar a cada muestra que
hemos obtenido en el proceso de muestreo un código binario
dependiendo de la escala que escojamos. No podemos tener infinitos
valores por lo que si por ejemplo la señal tiene ocho voltios de tensión
positivos de máximo, escogeremos una escala de cero a siete, teniendo
ocho amplitudes.

• Codificación. En este último proceso, deberemos obtener un código
binario de cada muestra para poderlos enviarlos mediante señales,
proceso llamado anteriormente como codificación. En el ejemplo tenemos
ocho amplitudes, por lo que necesitaremos tres bits para poder codificar
hasta ocho amplitudes.

REFERENCIAS

1.15 Páginas WEB

• http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_digit

• http://coimbraweb.com/documentos/digital/4.1_senal_digitalycanal.pdf

• http://www.configurarequipos.com/doc249.html

• http://cm.bell-labs.com/cm/ms/what/shannonday/paper.html

• http://www.areanetworking.it/case-study-ccna2-routing.html

• http://es.wikipedia.org/wiki/Familia_de_protocolos_de_Internet

1.16 Libros



• Comunicaciones y redes de computadores / William Stallings ;traducción por
DATA AND COMPUTER COMMUNICATIONS/6ª Edición

• Manual imprescindible de Redes Edición 2010 (Sams teach yourself
networking in 24 hours)/ Uyless Black / Editorial ANAYA Multimedia;
traducción por Vanesa Casanova Fernández

• Cómo funcionan las redes (How networks work) / Frank Derfler Jr. Les Freed /
Editorial Anaya multimedia; traducción por Beatriz Tarancón Álvaro

1.17 Portada

• http://oscartux.wordpress.com/2010/11/23/seminario-de-redes/


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