Clase 02 - Capa Fisica.pdf

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física

Profesor: Daniel Forte – Ingeniero en Informática – UCASal Mail: i n g . d a n i e l . f o r t e @ g m a i l . c o m

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física 

El Modelo OSI (International Standart Organization)

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Señal Sonora

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Señal Electrica Es la representacion del mensaje que se quire enviar, en este caso el Sonido.

Como convertimos el Sonido en una señal Electrica?


Mr. Trololo Original Metal G. Hero H. Potter Ruido

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Atenuación • La energía de una señal sonora decae con la distancia. • La energía de una señal eléctrica decae por la resistencia que le

ofrece el medio utilizado. • Para zanjar grandes distancias se deben usar amplificadores intermedios

Ruido • Es toda aquella señal distinta a la original que se agrega en la

comunicación entre el emisor y el receptor. • Hay que tratar por todos los medios posibles de que no ingrese. • Si no es posible, hay que asegurarse que el ruido no tape a la señal (relación señal / ruido)

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Ancho de banda

Es la diferencia entre la frecuencia más alta y más baja de una determinada onda.

El término ancho de banda hace referencia a la capacidad del medio de transmisión, cuanto mayor es el ancho de banda, más rápida es la transferencia de datos. Por encima del ancho de banda las señales crean una perturbación en el medio que interfiere con las señales sucesivas.

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Ancho de banda Enlace de Fibra Óptica 10Gbps Modem ADSL 2 Mbps

Modem Dialup 56 kbps

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Señal Digital Solo pueden tener dos niveles o valores posibles. En estas señales, la forma de la onda no necesariamente es análoga a la información que se quiere transmitir.

La transición del valor alto al valor bajo no se puede producir en cualquier momento

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Conversión Analógico - Digital

•Muestreo: Tomar “n” muestras de la señal a convertir •Cuantificación: Identificar el valor que posee la señal en ese punto •Codificación: Convertir el valor al sistema en el cual se va a transmitir

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Teoría del muestreo de Nyquist • Una señal analógica puede ser reconstruida, sin error; de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo. La razón de muestreo debe ser igual, o mayor; al doble del ancho de banda de la señal analógica" .

La teoría del muestreo define que para una señal de ancho de banda limitado, la frecuencia de muestreo, fm, debe ser igual o mayor que dos veces su ancho de banda [BW] medida en Hertz [Hz]. fm ≥ 2·BW ¿Cual es la mínima cantidad de muestras que debo tomar para asegurarme que la señal analógica será reconstruida sin error?

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Nyquist

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Señal Digital Ventajas: •Son mucho más fiables al poder hacer chequeo y reconstrucción de la señal en el receptor. •Usan repetidores en lugar de amplificadores, por lo cual el

ruido y otras perturbaciones no son acumulativos •Se aprovecha mejor el ancho de banda •Los datos se pueden “encriptar”, por lo que hay más

seguridad al enviar la información •No es necesario enviar toda la señal

 Muestreo

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Medios de Enlace Guiados:

• Son aquellos medios de enlace en los cuales la onda

posee un camino físico que seguir (es como un riel para un tren) • Par trenzado • Cable Coaxil • Fibra Óptica No

Guiados: • Son aquellos medios de enlace en los cuales la onda viaja libremente por el medio, aunque se la oriente: • Ondas de Radio • Microondas • Satélites

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Medios de Enlace - Guiados  ¿Por

que Cobre?

•Resistencia • Un elemento que no permite que circulen electrones por su cuerpo es un elemento que posee “alta resistencia” a la

circulación de corriente. A alta escala, puede llegar a ser un aislante (ej: cerámica) •Conductancia •Un elemento que permite que circulen libremente los electrones por su cuerpo es llamado “conductor” •Cuanto más chica sea su resistencia propia (o cuanto más grande sea su conductancia) mejor conductor es.

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Medios de Enlace Por

que Cobre?

Los cuatro metales de mejor conductividad son los detallados en el siguiente cuadro: METAL

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA

PLATA

60...62

COBRE

58

ORO

45

ALUMINIO

36

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Medios de Enlace  El

Par Telefónico

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Medios de Enlace  El

Par Telefónico

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Cual

usamos en Redes ?

UTP – Unprotected

Twisted Pair – Par Trenzado no blindado

 Categoría

3 – Son dos alambres aislados que se trenzan de manera delicada, cuatro de estos pares se agrupan en una envoltura de plástico para su protección. (llegan hasta 16 Mhz)  Categoría

5 – Son similares a los de categoría 3, pero poseen más vueltas por centímetro, lo que resulta en una mejor diafonía y en una señal de mejor calidad para distancias más largas. (llegan hasta 100 Mhz)


•Cable Coaxil • Estos cables están constituidos por dos conductores, uno

interno o central por el que se trasladan las señales, y otro externo que lo rodea totalmente. • El conductor central esta generalmente constituido por un alambre de cobre rojo recocido • El aislamiento puede ser de polietileno compacto o espumoso. • El conductor exterior está conformado por una trenza de alambre de cobre rojo recocido. • Finalmente, el cobre tiene una vaina exterior de PVC (policloruro de vinilo) coloreado, según la aplicación.


•Cable Coaxil

Tiene mejor blindaje que el par trenzado; por lo que puede abarcar tramos más largos a velocidades mayores, Los más utilizados son de dos clases: • 50 Ohm – para transmisión digital • 75 Ohm – Para transmision analógica y de CATV

La construcción y el blindaje lo hacen bastante inmune al ruido, pero al igual que en el par trenzado de cobre, el ancho de banda alcanzado depende de la longitud y calidad del cable. Los más modernos alcanzan hasta 1 Gb.


•Fibra Optica

• Esta compuesta por un hilo de vidrio o plástico, que

conduce la luz (generalmente esta luz es infrarroja y por lo tanto no es visible por el ojo humano). • Dicha luz, modulada convenientemente, permite transmitir señales inteligentes entre dos puntos. • La fibra óptica tienen dos capas, la central denominada “núcleo” y una periférica llamada “recubrimiento”. • La relación de diámetros es de aproximadamente 1/3.


•Fibra Optica - Ley de Snell

Cuando un rayo de luz pasa por un medio a otro (por ejemplo de silicio fundido al aire) se refracta (dobla) en la frontera. El grado de refraxcción depende de las propiedades de los dos medios (en particular de sus indices de refracción). Para angulos mayores a ciertos valores críticos; la luz se refracta nuevamente a la silice; y ninguna parte de el haz de luz escapa al aire. Por lo tanto un haz de luz que incide con un angulo mayor o igual que el angulo crítico queda “atrapado” dentro de la fibra y se puede

propagar varios kilómetros sin perdida.


•Fibra Optica - Ley de Snell


FO - Esquemas

Hilo de Rasgado Cubierta Exterior

Tubos de r elleno (pueden o no existir. Ver Anexo N°2)

Elemento de Refuerzo (fibras de aramida)

Compuesto Hidrófugo del nucleo 2,4 u 8 Fibras Ópticas con protec ción primaria

Cubierta Interior Tubos con Fibras

Miembro Central

CABLE PARA TENDIDO URBANO E INTERURBANO

Compuesto Hidrófugo del tubo


FO - Uso


Resumen


Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Medios de Enlace No

guiados: Esquema de Radiofrecuencias


guiados: Radio

•Las ondas de radio son señales de baja frecuencia “omnidireccionales”, o sea viajan en todas las direcciones a partir

de la fuente, por lo que no es necesario que el emisor y el receptor estén alineados. •Pueden penetrar edificios sin problemas •La potencia de la señal se va reduciendo a medida que se aleja •Hay graves problemas de interferencias (lluvias, motores eléctricos, etc.) •Los gobiernos regulan sus frecuencias. • Al aumentar la frecuencia, la onda comienza a viajar en línea recta


guiados: Microondas

• Superando los 100 Mhz las ondas viajan en línea recta y se enfocan en

un haz estrecho. • Utilizan una antena parabólica (similar a las usadas por Direct TV) • Las antenas (receptora y transmisora) deben estar alineadas. • Pueden ponerse varios transmisores y varios receptores en fila, pero se debe tener en cuenta el espaciado entre ellas, ya que si es muy amplio la corteza terrestre puede interferir.A diferencia de las ondas de radio, las microondas no atraviesan los edificios. • Si bien la onda puede estar bien enfocada, igual aparece un efecto de curvatura en el haz que hace que la señal llegue fuera de fase (desvanecimiento) • Usan frecuencias altas (10 Ghz). • Las ondas de 4 Ghz son absorvidas por el agua  la unica solución es interrumpir los enlaces afectados por la lluvia y enrutar la comunicaci ón por otra trayectoria


guiados: Satelites

Consiste en grandes cilindros estabilizados por rotación, con células solares dispuestas alrededor de la parte exterior del cilindro o en brazos extendidos, que suministran energía necesaria para el funcionamiento del satélite. Las antenas se encuentran instaladas en un extremo, sobre una estructura de orientación fija, para asegurar que apunten siempre hacia la tierra. Los transpondedores y circuitos electrónicos asociados posibilitan el establecimiento de las comunicaciones. Un sistema de satélite consiste en realidad de cierto números de transpondedores, además de una estación terrena maestra para controlar su operación y una red de usuarios de estaciones terrenas, cada una de las cuales proveen las facilidades para transmisión y recepción de tráfico de comunicaciones a través del sistema satélital. Para la corrección de la posición se utilizan motores-cohetes comandados mediante telemetría desde estaciones terrestres.


guiados: Satelites

Las comunicaciones por satélites son aquellas radiocomunicaciones que utilizan un satélite terrestre en órbita geosincroestacionaria, como punto medio para lograr la reflexión de las ondas electromagnéticas, generadas por una estación transmisora para enviarla a una receptora, situadas ambas en puntos geográficos distantes, generalmente sin alcance visual. En la actualidad se utilizan satélites geoestacionarios, los cuales ubicados a una altitud aproximada 35.000 KM circundan el globo terrestre cada 24 horas. La Argentina utiliza un satélite que esta en la gama 6/4, es decir, que el enlace ascendente esta en la gama de los 6GHz, mientras el descendente está en los 4 GHz, con un ancho de banda de 500 MHz, repartidos en principio en 12 canales o transponders de 40 MHz, cada uno.


guiados: Satelites


guiados: Satelites


guiados: Satelites – Aplicaciones Iridium:

Idea de Motorola, ofrece un servicio de Telecomunicaciones en todo el mundo a través de 77 (66) satélites de orbita baja que se comunican con dispositivos de bolsillo que ofrecen voz, datos, búsqueda de personas, fax, y navegación en cualquier lugar del mundo (aire, tierra, mar) Los satélites están a 750 Km. de la tierra en orbitas polares circulares.


guiados: Satelites – Aplicaciones Globastar:

Servicio alternativo a Iridium, se basa en 48 satelites LEO sin retransmitir las llamadas de satelite a satelite como lo hacía Iridium Utiiza un sistema de tubo doblado tradicional (ver esquema) La ventaja de este es que mucha de la complejidad del sistema queda en la Tierra donde es más sencillo manejarla

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Red de Telefonía Conmutada


Teléfono – Funciones básicas 

Partes y funciones básicas del sistema telefónico:   

  

micrófono: convierte el sonido en señales eléctricas parlante: convierte las señales eléctricas en sonido transmisión: analógica (la conversión digital se realiza en la central, o en el sistema ISDN) señalización: discado, llamada (timbre) conmutación: se produce en la central facilidades especiales: Caller ID, rellamada, etc.


Funcionamiento Microfono (transmisor)

Parlante (receptor)

+

_

Bateria 





La batería provee la corriente para producir la FEM que mueve el parlante El micrófono y el parlante tenían la misma estructura, una bobina y un diafragma de hierro. Circuito unidireccional


Sistema Telefónico 

Estructura Sistema Telefónico:

Completamente Interconectada

Conmutador Centralizado

Jerarquía de niveles de Conmutadores


RTC – Esquema básico


Sistema Celular – Esquema Basico


Tecnología introducida comercialmente en Europa a principios de la década de los 80. Los sistemas de radio celular ofrecen largo alcance y utilizan potencias de transmisión más altas que los sistemas inalámbricos tradicionales.

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Handoff.: Es el proceso de pasar una llamada de un canal de voz en una

celda a un nuevo canal en otra celda o en la misma, a medida que el usuario se mueve a través de la red. El manejo de estas transiciones es un factor vital para garantizar la continuidad de las comunicaciones tanto de voz como de imágenes y datos, caso en el que es muy crítica la pérdida de información.


guiados: Satelites – Aplicaciones


Multiplexación 





Cuando tenemos un medio que enlaza dos dispositivos con capacidad mayor que su tráfico, podemos compartir ese medio. Es similar al concepto de una tubería de agua, que lleva al mismo tiempo agua a varias casas separadas

La multiplexación es el conjunto de técnicas que nos permite transmitir simultáneamente varias señales a través de un solo medio.


Multiplexación 

FDM 

(Frequency Division Multiplexing – 



Multiplexación por división de Frecuencia)

TDM 

(Time Division Multiplexing – 

Multiplexación por división del Tiempo)


Multiplexación 

FDM


Multiplexación 

TDM 







Maneja solo dispositivos y datos digitales  se hace necesaria la conversión de analógico a digital en la central telefónica. Se digitalizan con un dispositivo llamado CODEC el que produce una señal digital de 8 bits. El Codec toma 8000 muestras por segundo (125 Micro seg. por muestra  Teorema de Nyquist) Este es el corazón del sistema telefónico moderno 



PCM – Pulse Codification Modulation

Los usuarios deben esperar su turno (Round-Robin), cada uno obtiene toda la banda a su debido momento.


Multiplexación 

TDM 





Un método muy usado es el de portadora T1. Esta consiste en 24 canales de voz que se multiplexan juntos Cada uno de los 24 canales inserta a la vez, 8 bits en el flujo de salida, 7 bits son los datos y uno es de control, con lo que se obtienen 7 x 8.000 = 56.000 bps de datos y 8.000 bps de información de señalización por canal.


Multiplexación 

TDM 



Cuando se utiliza un sistema T1 exclusivamente para datos, solo 23 de los canales llevan datos, el canal 24 lleva un patrón especial de sincronización que permite la recuperación rápida en caso de que la trama pierda sincronía. La TDM permite que se multiplexen varias portadoras T1 en portadoras de orden más alto. En cada paso se agrega una pequeña sobrecarga para entramado y recuperación para el caso de que la sincronización entre el emisor y el receptor se pierda.


Conmutación 

Que pasa en la central telefónica? 

Conmutación de circuitos 



Sistema telefónico

Conmutación de paquetes 

Redes de computadoras


Conmutación 

Conmutación de circuitos 

Sistema telefónico

Tiene la necesidad de establecer una trayectoria ANTES de que se pueda enviar cualquier dato, pero una vez establecido, no lo comparte con nadie.


Conmutación 

Conmutación de Paquetes 

Redes de computadoras


Esquema Internet Modem

Medios de conexión

ISP: Proveedor de Servicio de Internet

PC del Usuario Servidores de Internet

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Algunos Medios de Tx usados hoy…

movistar

CATV


Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física 

Temario Unidad 2 – Capa Física 

Señales   

Sonora – Eléctrica – Digital Ancho de banda Conversión 



Medios de Enlace  



Analógico – Digital  Teorema de Nyquist

Guiados (Par trenzado, coaxil, fibra óptica [Ley de Snell] ) No Guiados (Ondas de Radio, microondas, satelites, Celular)

Red de Telefonía Conmutada 

Multiplexacion 



FDM – PDM

Conmutación  

Circuitos Paquetes


Anexo

Redes de Comunicación Informática Unidad 2 – Capa Física Entrevista a Carl Sagan Profesor Sagan, usted tiene, entre otros, el privilegio de haber despachado la primera carta del planeta Tierra destinada a otras formas de vida inteligente. ¿Cuáles eran sus expectativas en el momento en que partió la Pioneer 10? ¿Pensó que recibiría algún tipo de respuesta mientras estaba todavía acá, en el mundo de los mortales, o, por el contrario, sabía que pasarían algunas generaciones antes de que se pudiese establecer un primer contacto?

Cuando usted habla de algunas generaciones está pecando de apresurado. Piense, por ejemplo, que la Voyager I demorará unos 30.000 años en llegar hasta Alfa Centauro, la estrella más cercana a la Tierra. Ahora bien, como la Voyager ni siquiera vuela en dirección de Alfa Centauro tenemos que calcular que su viaje demorará en realidad mucho más. Le daré otro ejemplo: la Pioneer 10, el objeto más veloz que hemos lanzado hasta hoy, no penetrará en el sistema planetario de ninguna otra estrella hasta dentro de 10.000 millones de años. Por supuesto que no es fácil familiarizarnos con estos números o comprender cabalmente su verdadera dimensión, pero son nuestro marco de referencia obligatorio. Afortunadamente, disponemos de otros medios para enviar mensajes a través del espacio. El más eficiente, por ahora, son las ondas radiales que viajan a la velocidad de la luz, es decir, a unos 300.000 kilómetros por segundo. Sin embargo, yo no hablaría de algunas generaciones porque no sabemos si, efectivamente, alguien va a respondernos ni cuándo va a hacerlo. Ahora, antes de seguir adelante, quiero volver por un segundo a su pregunta para aclarar un detalle que considero importante. Yo le agradezco que me considere un pionero de los mensajes a los extraterrestres, pero me temo que eso no es verdad.

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