Comunicaciones - Resumen de Teoria Completo (v3.3)

Apuntes de Clases de:

Comunicaciones

Autores y Colaboradores:  Adrián Botta  Daniel Fratte  Ignacio Rigoni  Franco Zanuso Año:

 Maximiliano Ambrosini  Karim Duzán  Matías Porolli

2009

(Ignacio Rigoni y Adrián Adrián Botta) Correcciones: 5 de Agosto de 2009 (Ignacio

Fuentes: • SISTEMAS DE COMUNICACIONES. Wayne Tomasi. To masi. • COMUNICACIONES Y REDES DE COMPUTADORES William Stallings • REDES DE COMPUTADORAS E INTERNET Fred Halsall Halsal l • REDES DE AREA LOCAL. Thomas Madron • REDES DE ALTA VELOCIDAD J.García Tomás – Mario Piattini. Piatt ini. • TECNOLOGIAS EMERGENTES PARA REDES DE COMPUTADORAS COMPUTADORAS Uyless Black • PRINCIPIOS DE COMUNICACIONES DIGITALES. Rubén Kustra.

Comunicaciones - Apuntes de Clase

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UNIDAD 1: Características de los sistemas de Comunicaciones Objetivo

Sistemas de Comunicación

Diagrama

Definiciones

Clasificación Medios de Enlace Esquemas

Ondas EM

Esquemas Esquemas de Antenas

Definiciones Señales Fourier


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UNIDAD 1: CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES El objetivo de todo Sistema Sistema de Comuni Co municación cación es transmitir información información de un origen a un destino, lo más rápido posible, y con la menor cantidad de errores. Datos Señal R Ruido Origen de la inf.

Transductor IN

Transmisor TX

Receptor RX

Transductor OUT

Medio de TX O enlace

Ej: Micrófono

Destino de la inf.

Ej: Parlante Parlantes, s, Pantalla

Dato: Es toda entidad física capaz de transportar información Información: Es todo aquello que genera expectativa, duda o necesidad en el receptor/destino. Señal: Es la representación eléctrica, electromagnética u óptica de los datos Transmisor: Adapta la señal al medio de enlace Medio de Enlace: Medio físico por el cual viajan las señales hacia destino Ruido: Es toda señal espuria o indeseada que se introduce en el canal de información, alterando o modificando mi señal útil y datos. No se lo mide en forma absoluta, sino que se lo compara siempre con la señal, en lo que denominaremos relación Señal/Ruido (Al aumentar la potencia, Disminuye el Ruido). Ahí es donde nos damos una idea si nuestro sistema de comunicación es adecuado o no. Receptor: Adapta la señal del medio físico al transductor de salida OUT: Entrega información al destino S/R [dB = decibel]

Valor Normal (u Óptimo)

 Señal Analógica  Señal Digital

S/R > 50 dB S/R > 15 dB

Más inmune al ruido

En señales digitales, en vez de usar la relación S/R, se utiliza el BER (Bit Error Rate). Ej: 10-6 bits (1 bit erróneo cada 1 millón recibidos).

Clasificación de los medios de enlace  Alámbricos o Par Trenzado: Ej: Cable telefónico, UTP o Coaxil: Ej: CATV o Fibra Óptica: Es inmune al ruido. Ej: Reden WAN  



Ventajas: Más seguros; permiten un mayor ancho de banda o velocidad Desventajas: Estoy sujeto a un cable

Inalámbricos o Radiofrecuencia: RF < 1GHz de frecuencia o Microondas:  Satélite: Ej: TV, Datos  Terrestre: Ej: Celulares, Enlaces Punto a Punto, WiFi o Infrarrojo  

Ventajas: No necesitan medios físicos para propagarse, lo que permite la movilidad Desventajas: Más inseguros; menor ancho de banda


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Ejemplos de Medios de Enlace

Onda Electromagnética (EM)

Utilidad de una Onda EM  Permite transmitir información, aún en el vacío.


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V(t) = A sen ( 2 π f t + Ө )  Ecuación Onda Sinusoidal, con A, f y Ө parámetros     

Frecuencia ( f = [Hz] ): Es la cantidad de ciclos por unidad de tiempo que tiene una onda sinusoidal. Periodo ( T = [s] ): Tiempo en el que una onda completa un ciclo. Longitud de onda ( λ = [ m]): longitud entre 2 máximos o mínimos consecutivos. Amplitud de Onda ( A = [Volt] ): Valor máximo de la señal en el tiempo. Desfasaje ( Ө = [radianes] ): desplazamiento de una señal respecto de otra.

La onda Electromagnética nos permite transmitir información en el vacío. Su velocidad es de 3 x 108 m/s.

Ancho de banda: Tamaño del espectro que ocupa una señal. Espectro: Todas las frecuencias que componen una señal. Señal Analógica: Es aquella que varía en forma continua en el tiempo. Entre dos puntos, hay otros puntos de amplitud. Señal Digital: Tiene un valor que mantiene constante en el tiempo. Luego cambia bruscamente a otro valor que mantiene durante otro tiempo. Es periódica y tiene infinitas componentes de frecuencia por lo tanto su ancho de banda es infinito. Fourier desarrolló una ecuación matemática para señales periódicas y dice: “Toda señal periódica puede descomponerse en una serie de términos con amplitudes decrecientes y frecuencias que sean múltiplos enteros de una frecuencia fundamental y que se llaman armónicas” .

f (t) = A0 + A1 cos wt + A2 cos wt2 + A3 cos wt3 + …. + An cos wtn + + B1 sen wt + B2 sen wt2 + B3 sen wt3 + …. + Bn sen wtn Valor Frecuencia Armónicos Promedio Fundamental 1 t 2 t 2 t A0   f (t ) dt An   f (t ). cos(n.wt ) dt Bn   f (t ).sen( n.wt ) dt 0 0 0 t

t

t

El ancho de banda de una señal digital tendrá en cuenta la capacidad de frecuencia más significativa, es decir, la fundamental y las primeras armónicas, o sea, las que más energía aportan. El ancho de banda de una señal digital es en principio infinito, porque la serie de Fourier se descompone en infinitos términos, pero también sabemos que el ancho de banda para estas señales será la componente fundamental y las primeras armónicas (que son las que aportan la mayor energía), es decir, las más significativas de la serie. Esto se definirá “ancho de banda relativo”, y en definitiva será el ancho de banda a considerar. No obstante, para las señales analógicas el ancho de banda se mide en Hz, y en señales digitales se mide en BPS (bits por segundo).

Señal Analógica Señal Digital Comunicaciones - Apuntes de Clase

Ancho de Banda BW [Hz] Velocidad de Tx [bps]

Ejemplos 6 MHZ 106 bps Página 6 de 57

Espectro de Radiofrecuencia

- Se transmiten siguiendo el terreno. - Alcanzan Grandes Distancias - Pasan Obstáculos

- Rebotan en obstáculos - Rebotan en la ionosfera

Ondas Terrestres

3 KHz

30 KHz

300 KHz

- Banda C (3-6 GHz)  Antena focal (310m) - Banda Ku (11-14 GHz) Antena Offset (0.6
Ondas Aéreas

3 MHz

30 MHz

300 MHz

3 GHz

30 GHz

300GHz

3THz

λ

Denominaciones

VLF (Very Low Frequency)

Aplicaciones

LF (Low Freq)

MF (Medium Freq)

HF (High Freq)

VHF (Very High Freq)

Radio AM

Onda Corta

TV

530-1600 KHz

Radioafic.

UHF SHF (Ultra High (Super Freq) High Freq) Banda de Radiofrecuencia

Radio FM

Celular

Enlaces Satelitales; Radares

88-108 MHz

800-1GHz

Enlaces de Microondas

Prop. Ionosf BLU

Alimentador o Conductor (Tx a la antena)

Par Trenzado

Alamb Alambre re (di olo) olo)

Antenas

EHF (Extra High Freq)

1G

Coaxial

Transmisor y Receptor deben estar enfrentados

Guía de Onda (Tubo de cobre corrugado)

Ya ui (la de TV) Parábolas y semiparábolas Bocinas


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Banda de La luz.

Fibra óptica


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UNIDAD 2: Teoría de la Información

Entropía Medida de la Información Tasa de Transferencia

Teoria de la Información

Medida de la Capacidad del Canal

Técnicas de Codificación

BIT y BINIT


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UNIDAD 2: TEORÍA DE LA INFORMACIÓN La teoría de la información permite conocer la capacidad de los canales en cuanto a poder transmitir información con la menor cantidad de errores posibles, de manera de optimizar los canales de comunicación. Éste estudio se basa en 3 principios:  Medida de la información  Medida de la capacidad del canal  Técnicas de codificación (para transmitir con la menor cantidad de errores posibles).

Medida de la información Cuando yo transmito mensajes (conjunto de datos), la cantidad de información asociada a éstos depende de la incertidumbre, duda, o probabilidad de ocurrencia de dicho mensaje en el punto receptor o destino de nuestra información. Ejemplos: 1. Mañana saldrá el sol. 2. Mañana lloverá. 3. Mañana habrá un terremoto. Si bien estos mensajes tienen un tamaño parecido, la cantidad de información que transmiten es totalmente distinta. El primer mensaje carece de información (no hay duda de que mañana sale el sol). El segundo mensaje tiene mayor cantidad de información. El último mensaje tiene una cantidad de información grandísima (por haber mucha incertidumbre sobre si va a haber un terremoto o no). Hay 3 formas de medir la cantidad de información asociada a un mensaje: 1 1 1 I  log 2 ( ) [bits ] I  log10 ( ) [ Hartley ] I  log n ( ) [ NAT ] P

P

P

Donde P = probabilidad de ocurrencia del mensaje

El objetivo de todo sistema de comunicaciones es transmitir la información lo más rápido y con la menor cantidad de errores. Supongamos que tenemos una secuencia de L mensajes donde el mensaje mx habrá aparecido: m1 = P1 * L veces ;

m2 = P2 * L veces ;

m3 = P3 * L veces

La información total será igual a la suma de la información de cada mensaje por las veces que aparece (ocurrencia de cada mensaje).

Entropía H (o promedio) n 1 La entropía H no describe totalmente a una fuente porque podemos I H  T   PK * log tener 2 fuentes que tienen la misma entropía H, es decir, que en L K 1 PK promedio entregan la misma cantidad de información, pero una puede ser más rápida que la otra. Para eso vamos a definir la tasa de transmisión R. Comunicaciones - Apuntes de Clase

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Ejemplo: Tenemos 2 mensajes, con su correspondiente probabilidad de ocurrencia: m1  p

y

m2  1-p

Calculemos la entropía h para este caso. P=1  H=0 1 1 H  P * log  (1  P) log P=0  H=0 1  p P La entropía será máxima cando los mensajes sean equiprobables, es decir: m1 y m2, con p1=p2=1/2. Reemplazando y calculando: I1 = log2 2 = 1 bit I2 = log2 2 = 1 bit

Si m1 = 1 binario, y m2 = 0 binario, 1 dígito binario puede conduicir un bit de información

Ejemplo 2: m1  p1 = ¼ y m2  p2 = ¾ H = ¼ log2 4 + ¾ log2 (4/3) I1 = log2 ¼ = 2 bits I2 = log2 ¾ = 0.45 bits

Tasa de transmisión R

Capacidad del canal Shannon calcula la capacidad del canal con ruido



C = B log2 (1 + S/N )

Nyquist lo calcula idealmente sin ruido. C = 2B log2 M  Donde M es la cantidad de símbolos que usamos para codificar. Ej: Si M vale 2 (sistema binario), la capacidad del canal es 2 veces el ancho de banda.

Teorema de Shannon Dada una fuente de Tx que transmite sobre un canal de comunicaciones, existirá una técnica de codificación, que permita transmitir con una tasa de error muy pequeña a pesar de la presencia de ruido, siempre que se cumpla que R < C. Si R > C no existirá técnica de codificación posible. Bit vs Binit La idea es que el bit es una unidad de información y no de almacenamiento. La unidad de almacenamiento es el binit: es un hueco donde se puede guardar un uno o un cero. Si siempre se guarda un cero o siempre se guarda un uno, la información es nula y por tanto ese binit guarda cero bits de información. Hoy por hoy el concepto de binit se ha fusionado con el concepto de bit y hablamos de megabits por segundo en vez de megabinits por segundo, lo cual permite a algunos hacer trampa y "comprimir la información" como si eso fuera posible. En todo caso, se comprime la representación de la información (los binits, no los bits). Comunicaciones - Apuntes de Clase

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UNIDAD 3: Naturaleza de las Señales Ventajas y Desventajas Desventajas Señales Digitales

Grafico "Inmunidad al Ruido"

Esquema Banda Base

Probabilidad de Error Interferencia Intersímbolo

Formas de Transmición Banda Pasante

Muestreo Digitalización

Cuantificacion Codificación

Esquema General

AM FM

Modulación

M. Analógica

PM

M. Digital

ASK FSK

SDM (espacio)

Multiplexado

PSK

FDM (frecuencia) TDM (tiempo) WDM (long. de onda)


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UNIDAD 3: NATURALEZA DE LAS SEÑALES Señales Analógicas y Digitales Inmunidad Al Ruido Señal Analógica: v(t)

No puedo recuperar la señal sin ruido Señal Digital:

Fijo un nivel de decisión/comparación, y disparo un circuito, volviendo a recomponer la señal en su forma original cada vez que se corta la señal. Recordemos también que la relación S/N (señal a ruido) analógica > 50 dB, mientras que para señales digitales debe ser S/N > 12 dB, por lo que puedo transmitir con potencias mas pequeñas. Algunas ventajas de las redes digitales son:  Son más inmunes/tolerantes al ruido, eso es porque la señal digital contaminada con ruido puede volver a reconstituirse, no así la señal analógica  Las transmisiones digitales son trasmisiones de números, y esos nº tienen el mismo formato para video, audio y datos (multimedia). Puedo usar los mismos medios para almacenar, procesar, etc. lo mismo. Ej: un DVD, CD, etc permite combinar audio, video, datos, etc. Esto permitió las redes multiservicio.  Las señales digitales son muy fáciles de codificar o cifrar, lo que llamamos encriptación, lo que permiten transmisiones de mucha seguridad. Sin embargo, las señales digitales tienen desventajas:  En general, las señales digitales ocupan mayor ancho de banda, por lo que tendré que comprimir. comprimir. Ej: Un canal telefónico analógico tiene 4KHz de ancho de banda, mientras que uno digital necesita 64Kbps. (2). Una señal de tv analógica, ocupa 6MHz, y digital 270 Mbps. Para la compresión de fotos se usa JPEG o GIF, para video MPEG, para datos PKZIP, etc.  Es necesario transmitir el clock del transmisor al receptor, o en su defecto, extraer el clock de los datos, para no tener que colocar un segundo enlace. Si no quiero agregar un enlace para el clock, debo codificar los datos para poder extraer el clock de esa transmisión.


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Formas de Transmisión 1- Banda Base (Sin modular) : Es transmitir sin modular, solamente codificando. Las señales se transmiten en su frecuencia original. Esto sirve sólo para las distancias cortas, del orden de los metros, ya que la señal se atenúa rápidamente (disminuye la amplitud). Ej: Placa de red (NIC: ), Cable USB, Impresora (Cable Paralelo), RS232 (COM). Network Interface Card ), Esquema de una transmisión en banda base:

Si bien la señal se reconstituye en el decodificador, el ruido fue tan grande que produjo errores en la recepción. Probabilidad de Error Todo sistema de transmisión digital en funcionamiento, tiene una determinada probabilidad de error, cuya unidad es bits. Ej: PE = 10-6 bits ( 1 bit de error en 1 millón de bits recibidos). recibidos). Esta probabilidad de error es un deseo, es decir, diseñado el enlace, los diseñadores proponen esa probabilidad de error. Esta probabilidad de error, se debe comparar con la lectura instantánea de los errores, denominada BER, que para que todo funcione bien, BER < PE. Interferencia intersímbolo Es la interferencia que produce el espectro de energía de un pulso al pulso siguiente. Debemos tratar de que el máximo valor del espectro de energía del pulso siguiente coincida con el cero del espectro de energía del pulso anterior.

2- Banda Pasante (Modulando): Si deseamos transmitir a mayores distancias utilizando medios alámbricos o inalámbricos, como por ejemplo la red telefónica (que no fue diseñada para transmisión de datos), tenemos que modular, para adaptar esa señal al medio de transmisión, y permitir que se propague. Esto nos permite alcanzar distancias mucho mayores que con transmisión en banda base. Modular significa modificar alguno de los parámetros de una señal analógica llamada “portadora”. Esos parámetros podrán ser amplitud, frecuencia, fase o combinación de ellos. Comunicaciones - Apuntes de Clase

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Digitalización Las señales analógicas pueden convertirse en digitales, y viceversa. Ej: Placa de Sonido. Sonido. Para convertir una señal analógica en digital, se utiliza un dispositivo llamado conversor Analógico Digital (o conversor A/D). Señal Analógica A/D Señal Digital Muestreo

Cuantificación

Codificación

Este dispositivo está constituido por 3 bloques fundamentales, que son: 

Muestreo: Consiste en tomar muestras de la señal analógica a intervalos regulares de tiempo. La frecuencia de muestreo debe ser mayor o igual a 2 veces la frecuencia máxima de la señal analógica a muestrear.

Ts 



1 fs



1 (Re lación de Nyquist ) 2 f max

Cuantificación: Consiste en fijar niveles cuánticos, y comparar las muestras con esos niveles. El error de cuantización es inherente al sistema, no puede eliminarse, pero puede reducirse aumentando la cantidad de niveles cuánticos. Pero esto tiene un costo: aumentar la cantidad de bits a transmitir, con lo que aumenta el ancho de banda necesario. Ej: Señal Telefónica, tiene B=4KHz 4KHz * 2 * 8bits = 64 Kbps  Tasa de TX digital de 1 canal telefónico



Codificación: Del ejemplo anterior, obtenemos los números: 4, 5, 5, 4, 3. Estos números los enviamos como:

El proceso es reversible, es decir, se puede convertir la señal digital en analógica, siempre que se cumpla la relación de Nyquist.


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MODULACIÓN (para transmisión en banda pasante) Modular significa modificar algún parámetro de una señal analógica llamada portadora, por otra señal llamada modulante, que puede ser analógica o digital. El resultado es una señal llamada modulada, que es siempre analógica. El proceso de modulación permite adaptar una señal al medio de transmisión, alcanzando mayores distancias. Ej: MODEM telefónico de la PC Recordemos la ecuación de una señal analógica: V(t) = A cos 2 π ft + θ  Podemos modificar la amplitud, frecuencia o fase

Esquema general de la modulación Señal Modulante (Analógica o Digital)

Señal Modulada (Analógica)

X

~ Analógica

Tipos de Modulación

V(t)  Portadora (analógica)

 AM  FM  PM  Binaria

 ASK  FSK  PSK

 Multisímbolo

 m-PSK  m-QAM

Digital

Modulación Analógica  AM: La señal portadora se modula de forma que su amplitud varíe con los cambios de amplitud de la señal modulante. El Ancho de banda en AM es igual al doble del ancho de banda de la señal modulada y cubre un rango centrado alrededor de la frecuencia de la portadora. 

FM: Se modula la frecuencia de la señal potadora. El ancho de banda en FM es igual a diez veces el ancho de banda de la señal modulada.



PM: Se modula la fase de la señal portadora


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Modulación Digital Señal Digital [bps]

X

Bps: Medida de velocidad

~

Señal Analógica [baudios] V(t)  Portadora (analógica)

Baudio: describe la cantidad de veces que la línea de transmisión cambia de estado por segundo. Cada cambio de estado comporta la transmisión de una serie de bits

Si por cada bit tengo un baudio, implica Modulación Digital Binaria. Si tengo más de un bit por baudio, tengo Modulación Digital Multinivel. A continuación, veremos cada una de las modulaciones digitales por separado.

ASK ( Amplitude Amplitude Shift Keyding): Fue el primer sistema de modulación de amplitud. Se ha dejado de usar porque es el menos inmune al ruido.

FSK ( Frecuency Shift Keyding): Modifica la PSK ( Phase Phase Shift Keyding ): Modifica la fase frecuencia. Lo usaban los primeros MODEM, los del orden de Kbps. Permiten mucha distancia (16km aprox)


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Diagrama de Constelación En lugar de representar en el dominio del tiempo vamos a representar en el dominio de la fase

En el grafico: los puntos son extremos del vector que nace en (0,0); I = Inphase; Q=Quadrature El círculo punteado (constelación) representa la inmunidad al ruido del sistema. Como se observa, esta señal de PSK (también llamada 2-PSK o B-PSK), es muy inmune al ruido. Para que haya un error, el ruido debe ser suficiente para que “los puntos” salgan de la constelación. Esto nos muestra que las señales digitales son muy inmunes al ruido. Se pueden aumentar la cantidad de bits, lo que disminuye la constelación, disminuyendo la tolerancia al ruido. Esto dio origen a los sistemas multinivel.

A partir de 8 PSK es más conveniente modular en QAM, porque los puntos se encuentran más separados que en 16 PSK, es decir, tengo más inmunidad al ruido. Ahora en QAM, no solo modifico la fase, sino también la amplitud, y obtengo lo que se llama 16 QAM.

¿Cuántas amplitudes y cuántas fases hay en 16 QAM? 12 Fases y3 Amplitudes Después sigue 25 = 32 QAM, 64 QAM, 128 QAM y 256 QAM. Ésta última es la velocidad máxima del MODEM cable. Comunicaciones - Apuntes de Clase

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Diagrama de bloques de los moduladores digitales. FSK

Conversor Serie/Paralelo

x sen (wc t)

Datos Binarios de Entrada (en serie)

I

Buffer de Entrada

I Salida FSK

+

Q multiplicador de frecuencia x*wc

+2 Clock de bits

x

QPSK

8PSK +/- sen (wc t)

canal I

+/- sen (wc t)

canal I

x

A/D

x

sen (wc t)

sen (wc t)

Oscilador de la portadora sen (wc t)

I

I

cos (wc t)

Sumador Lineal

Q

+

Salida QPSK

cos (wc t)

Q

Defasador de 90º

C

+/- sen (wc t)

+/- sen (wc t)

¬C

x

A/D

+/- cos(wc t)

x

canal Q

+/- cos(wc t)

8-QAM

16-QAM +/- sen (wc t)

+/- sen (wc t)

canal I

A/D

Salida 8PSK

Defasador de 90º

C

canal Q

+

x

A/D

x sen (wc t)

sen (wc t)

I

I cos (wc t)

Q

+

C Defasador de 90º

C

Ahora C influye en la amplitud

A/D canal Q

cos (wc t)

I'

x

Q

+/- sen (wc t)

A/D +/- cos(wc t)


+

Defasador de 90º

Q'

+/- sen (wc t)

C

Salida 8-QAM

x +/- cos(wc t)

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Salida 16-QAM

SISTEMAS DE MULTIPLEXADO M ULTIPLEXADO Multiplexar significa transmitir señales que provienen de distintas fuentes por un mismo enlace, de manera de aprovechar su capacidad al máximo. Existen 4 tipos de multiplexado:  SDM (Múltiplex por división de Espacio) : Los canales multiplexados disponen de todo el tiempo y todo el ancho de banda del enlace. Ej: multipar telefónico, satélites. satélites.



FDM (Múltiplex por división de Frecuencia): Consiste en dividir el ancho de banda disponible del enlace en porciones más pequeñas, y transmitir un canal en cada una de éstas porciones. Entre canal y canal, se deja una pequeña separación, llamada banda de resguardo. Ej: TV por cable, estación de radio. radio.



TDM (Múltiplex por división de Tiempo) : Ahora los canales ocupan todo el ancho de banda, pero durante un cierto tiempo (breve, o sea un ratito).



WDM (Múltiplex por división de Longitud de Onda): Es una técnica de multiplexado analógico que combina señales ópticas de distinta longitud de onda (λ). Se utiliza en fibra óptica. En la la fibra óptica los datos han sido convertidos en señales ópticas (luz). Aprovechando el ancho de banda de la fibra, podemos enviar varios canales, pero utilizando distintas longitudes de onda. Es muy similar al múltiple de frecuencia. Una longitud de onda para cada canal.


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UNIDAD 4: Codificación de señales y sistemas de conmutación

Clasificación de Códigos Codificación

de Línea Formas de Codificación

transmisión de Bloque errores

espacial de Circuitos

Conmutación

temporal

de Mensajes

de Datagramas TIpos

de Paquetes

de Circuito Virtual

Tamaño de Paquetes Comparacion de Tipos Costo de Ruteo (o ME)


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UNIDAD 4: CODIFICACIÓN DE SEÑALES Y SISTEMAS DE CONMUTACIÓN Codificar: Significa asignar un valor de tensión al uno binario, y otro distinto al cero. Estos valores deben ser perfectamente detectados por el receptor, para no confundirlos. Ej: La placa de red codifica Recordemos que en las transmisiones digitales es necesario transmitir los datos y la señal de sincronismo (clock), lo cual nos implicaba hacer 2 enlaces. Una alternativa a esto, para hacer solo un enlace, era poder extraer el clock de los mismos datos.

CLASIFICACIÓN DE LOS CÓDIGOS SEGÚN LOS NIVELES DE TENSIÓN Códigos UNIPOLARES  Tienen sólo un nivel de tensión (+ o -) y necesitan una línea adicional para el clock.  Clasificación: o Unipolar RZ (con retorno a Cero) o Unipolar NRZ (sin retorno a Cero) Códigos POLARES  Tienen 2 niveles de tensión, positiva y negativa (excepto RZ, que usa la transición al 0 para sincronismo).  Clasificación: o Polar RZ (con retorno a Cero) o Polar NRZ (sin retorno a Cero) o BIFÁSICO  Manchester  Manchester Diferencial Códigos BIPOLARES   

Tienen 3 niveles de tensión: +1v, 0 y -1v El 0 se representa con 0v Ejemplos (usados en redes WAN) o AMI o HDB-3.

FORMAS DE CODIFICACIÓN Códigos de línea: Son códigos para la transmisión. Se llaman de línea, porque a medida que los datos se van generando, se van codificando. Ej: Manchester (10Mbps), MLT-3 (100Mbps), AMI y HDB-3 Un código tiene que cumplir condiciones para ser de línea:  Permitir extraer el código de los datos.  Que el nivel de corriente continua en el enlace, sea constante, en lo posible, 0 Volts. Es decir, conviene que el código sea polar.  Que el espectro de energía sea adecuado A continuación analizaremos algunas formas de envío de códigos:


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Códigos de Nivel

De las formas de envío de códigos mostradas anteriormente, conviene usar el polar con retorno a cero, porque el nivel de continua permanece aproximadamente igual a 0.

Códigos de Línea para redes LAN 1- Código Manchester: Este código es por cambio de nivel y bipolar. Lo utiliza la placa de red cuando transmite a 10Mbps.

Si tengo un 1, en la mitad del tiempo de bit se produce el cambio. Si sube, tengo un uno, y si baja, tengo un 0. El receptor, detecta cambios de nivel, y no niveles absolutos. Existe una variante, llamada Manchester Diferencial. Difiere en lo siguiente:  Si el próximo bit es 1, no invierte  Si el próximo bit es 0, invierte


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2- Código MLT-3 Es un código de 3 niveles: positivo, 0 y negativo. Cada vez que viene un 1, cambia. Si viene un 0 no cambia. Va de arriba hacia abajo, y de abajo hacia arriba. En la principio del tiempo de bit se produce la transición.

Códigos de Línea para redes WAN 1- AMI (Inversión de Marcas Alternadas) Codifica solamente los 1, y lo hace de forma alternada. El nivel de continua en este código es 0. Tiene como problema, que cuando vienen muchos ceros seguidos perdemos el clock.

2- HDB-3 (Alta Densidad Bipolar – 3 Ceros) Deriva del AMI, y no permite más de 3 ceros consecutivos. Al 4º cero, le coloca un bit llamado “bit de violación”, que tiene la misma polaridad que el último bit 1 anterior. Las violaciones se colocan en forma alternada, es decir, una violación debe tener la polaridad invertida respecto de la violación anterior, de manera de mantener la corriente continua 0. En algunos casos, habrá que colocar un “bit de relleno“, que se coloca en el primero de los 4 ceros para que el patrón pueda distinguirse. El receptor, para analizar lo leído, toma la decisión 3 tiempos después, para poder distinguir entre violación, relleno, y bit común.

Polaridad del pulso bipolar anterior

TABLA DE SUSTITUCIÓN HDB-3 Numero de pulsos bipolares (unos) desde la ultima sustitución sustit ución PAR IMPAR

-

+00+

000-

+

-00-

000+


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Códigos de Bloque : Aquí codificamos de a bloques de bits, es decir, voy a tomar un conjunto de bits y recién ahí los voy a enviar. Se dividen en: o Para transmisión: Ej: 4B/5B, 8B/10B 4B/5B Al código de 4 bits, le agrega un bit y lo transforma en uno de 5 bits, a fin de utilizar 2 niveles en vez de a 3. Hay una tabla predefinida de conversión. Lo utiliza la fibra óptica a 100 Mbps. 8B/10B Hace lo mismo que el 4B/5B, pero para la fibra óptica cuando transmite a 1000 Mbps. o

Para detección y corrección de errores: Recordemos que los datos se pueden corromper durante la transmisión. Ej: Paridad, Hamming, CRC. Tipos de Errores: - Error de Bit: Un bit cambia. Ej: 00000010  00001010 - Errores de ráfaga: 2 o más bits han sido alterados. Aquí se define en una longitud de error, desde que el 1º bit fue alterado, hasta el último alterado. Ej: 0100010001000011  0101110101100011  Longitud de ráfaga = 8 Se cumplen 2 condiciones en estos códigos:  Y = X + r  A un grupo de bits X les agrego r bits de redundancia o de código  Y>X  Aumenta el ancho de banda al agregar bits de redundancia Donde: X= Palabra de datos Y= Palabra código r= bit de código Paridad Ej: X = 110010011 Armo una matriz, de 3x3, y le aplico paridad par horizontal y verticalmente 1100 0101 0110 111

y transmito Y=1100 0101 0110 111 se produce un error: Y=1100 0111 0110 111

El receptor arma nuevamente la matriz, y verifica las paridades, arreglando el error donde se detecte: 1100 0 1 1 1  Acá detecta el error y lo cambia por 0101 0110 111 ¿Pero que pasa si el error se produce en los bits r, de redundancia? También puede corregirse, ya que no se produce el doble error (en filas y columnas). De Repetición Envía por cada bit, n bits iguales. 0  000; 1  111 Ej: Si recibo: 001  0; 100  0; Comunicaciones - Apuntes de Clase

110  1;

011  1 Página 27 de 57

CONMUTACIÓN El objetivo de todo sistema de conmutación es conectar a los usuarios de una red, por eso es una parte muy importante dentro de las redes de comunicación. Esa conmutación deseamos que sea muy rápida (importa la velocidad de conmutación), y que ambos usuarios puedan verse sin que un tercero pueda entrar a la comunicación. Además, la conmutación debe asignar a los usuarios los recursos que fueron predeterminados. Espacial Circuitos Ej: Telefonía Temporal

Tipos de Conmutación

Mensajes

Paquetes

Ej: Red de Telegramas Circuitos Virtuales (Redes Orientadas a Conexión)

Protocolos X25, FR, ATM, MPLS

Datagramas (Redes no Orientadas a Conexión)

Protocolos TCP-IP, ATM

1- Conmutación de Circuitos Establecen un circuito físico real entre los usuarios. Para establecerse la comunicación, deben cumplirse 3 fases, que son: - Establecimiento de la conexión - Transferencia de Datos - Desconexión Las ventajas de las conmutaciones por circuito:  Se utiliza todo el ancho de banda disponible por los usuarios porque la conexión es dedicada, es decir, de uso exclusivo de esos usuarios  Dispongo de todo el tiempo que desee  No necesita protocolos (mecanismos de comunicación)  Es muy seguro, ya que el canal no es compartido  Trabajan en tiempo real Las desventajas son:  En los tiempos de silencio se desperdicia el enlace  Se cobra/factura por tiempo y distancia

Conmutación de circuitos espacial Esta conmutación se realiza en el espacio, en una matriz de puntos de cruce.


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Cuando se levanta el microteléfono, lo detecta el Circuito de Abonado (CA), que se encuentra conectado a un microprocesador (MP), que consiste en conjunto de IF/CASE que detecta lo que sucede en cada teléfono. Se busca una barra vertical libre, y se une con la correspondiente barra horizontal para poder entablar la comunicación. En caso de que sea una llamada a larga distancia, se entabla la comunicación con un traslador, que se conecta con la central pública.

Conmutación de circuitos temporal La matriz está en memoria y mediante un algoritmo sobre los registros de cada abonado, se genera el enlace. Es digital.

2- Conmutación de Mensajes Envía el mensaje completo. Ahora los mensajes son compartidos, para aprovechar los tiempos de silencio. Aparece el concepto de nodos.

En el gráfico, se observa que el mensaje m2 se atrasa mucho.

Ventajas:  Compartimos el enlace  Aprovechamos los tiempos de silencio  No se cobra por distancia, sino por tiempo (tamaño del mensaje) Desventajas  Un mensaje grande que arriba al nodo, atrasa a los otros mensajes pequeños que pueden arribar después (Usa algoritmo de cola: en el orden que llega se envía)  El buffer limita el tamaño del mensaje.  Necesito protocolos para identificar los mensajes  No se trabaja en tiempo real 3- Conmutación de Paquetes Una solución importante a este problema, fue dividir los mensajes en paquetes

El m1, quedó trozado en 4 paquetes; el m2 era pequeño, por lo que no se trozó; m3 se trozó en 2 paquetes. A cada paquete se le agregó un encabezado (sombreado en la figura). Podemos observar que m2 ahora no sufrió la demora que sufría anteriormente. Comunicaciones - Apuntes de Clase

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Ventajas  Los buffer son más pequeños  Los tiempos de conmutación son más rápidos, ya que el mensaje es más pequeño  El tiempo de demora, se reduce muchísimo. Ej: m2  Se trabaja en tiempo casi real Desventajas  Necesito protocolos de comunicación y enrutamiento  Los paquetes pueden llegar desordenados  Los paquetes pueden no llegar

Tamaño de los Paquetes Como podemos ver, si achicamos los paquetes, disminuye el tiempo de envío. Pedo debemos tener cuidado que los paquetes no sean más chicos que la cabecera, ya que demoraremos más tiempo (caso D).


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Comparación de las formas de Conmutación Ej: Red de Datagramas (con routers) Host 2 se quiere comunicar con el Host 1. Los paquetes llegan desordenados

Ej: Red Circuito Virtual (con switchs)

Los paquetes llegan ordenados

Costo de Ruteo y Métrica del Enlace Como podemos ver en la imagen, el elegir un camino u otro para enviar un paquete, no tiene el mismo costo o métrica del enlace. De aquí surge el concepto de costo de ruteo para enviar un paquete de un nodo X a uno Y.


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UNIDAD 5: Tipos de Enlaces Par Trenzado S. Alámbricos

Cable Coaxil

Tipos

Fibra Optica

Atenuación Aplicaciones

BSS Ethernet

ESS

LAN Bluetooth

S. Inalámbricos Telefonia Móvil

Tipos Satelites y Orbitas Bandas de Frecuenc Fr ecuencia ia

WAN

Redes Satelitales

Ecuación de Enlace Antenas Parabólicas Protocolo de Acceso Satelitetal

Microondas

X-DSL Banda Ancha HFC


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UNIDAD Nº 5: TIPOS DE ENLACES Par Trenzado Consiste en 2 conductores trenzados para lograr un cierto apantallamiento o aislación al ruido. Es utilizado tanto en redes LAN como en telefonía, por lo cual estos cables se dividen en categorías: CAT 3 1 trenza cada 8-10 cm Se utiliza en telefonía El tipo de cable es el de telefonía Permite hasta 10Mbps

CAT 5

CAT 6

1 trenza cada 0.8 cm Se utiliza para LAN Los tipos de cables son el UTP y el STP (UTP + cubierta de aluminio) Permite de 10 a 100 Mbps Permite hasta 1000 Mbps Distancia máxima = 100m Distancia máxima = 100m

Conector RJ45

Cable UTP

Cable STP

Coaxil Según la impedancia del cable, se usa para:  50 Ω: LAN y comunicaciones de Radiofrecuencia. Ej: Alimentador de antenas WiFi de RF 

75 Ω: CATV y Video

Fibra Óptica Es un conductor de luz. Utiliza el principio de refracción total: la luz se refleja, no se refracta. Tipos de Conectores


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Tipos de F.O.

Menor ancho de banda BW = 20 a 200 MHz/Km

Ancho de banda medio BW = 500 a 1500 MHz /Km Diámetros de core/cadd. (en mm): 50 / 125 62.5 / 125 100 / 140 Mayor ancho de banda BW > 10 GHz/Km Diámetros de core/cadd. (en mm): 8 a 10 / 125 

F.O. Multimodo o Se usa para LAN, distancias cortas o Velocidades del orden de [Mbps] o Como los rayos rebotan, se produce Dispersión Modal, lo que provoca problemas de BW y velocidad  Según el ángulo en el que ingresan al núcleo los rayos, algunos se retrasan mucho, otros poco, y otros no se retrasan  Provoca deformación de la señal (errores)  F.O. Monomodo o Se usa para WAN, distancias largas o Velocidades del orden de [Gbps] y [Tbps] o Los rayos son axiales, por lo que no rebotan, y no hay dispersión modal

Atenuación de la F.O. respecto de la longitud de onda (en nm)


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Long. Onda [mm] Tipo Fibra Óptica Aplicaciones Emisor (Electricidad a luz) Receptor (Luz a electricidad) Empalmes Distancia Velocidad Protocolo $

850 1300 Multimodo LAN FDDI Led Led PIN APD Mecánico Mecánico < 1 Km < 3 Km Mbps Mbps Ethernet FR << (Económico) < (Medio)

1550 Monomodo WAN Laser APD Fusión > 50 Km Gbps, Tbps SONET, ATM >> (Muy Caro)

Cabe mencionar un amplificador usado en F.O: el Amplificador de fibra dopada con Erbio (EDFA). El mismo amplifica la luz con más luz, y se utiliza para cable submarinos de largas distancias.

Aplicaciones de la Fibra Óptica  Backbone de Fibra Óptica (Edificios)



Ethernet



HFC (Híbrido Fibra Coaxil)  Ver más adelante


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SISTEMAS INALÁMBRICOS Ventajas - Movilidad - Gran Cobertura - Gran inversión inicial - Poco Mantenimiento Desventajas - Seguridad - Interferencia, poca inmunidad al Ruido (Ej: (Ej: Desvanecimiento, etc.) etc.) - Gran retardo (en comunicaciones satelitales) División de las redes inalámbricas 1. LAN

Ethernet (IEEE 802.11) Bluetooth (IEEE 802.15): Tecnología para conectar Mouse, teclados, electrodomésticos, etc, en una red Ad-hoc 2. WAN o Telefonía celular o Redes Satelitales  Telefonía móvil satelital  Sistema VSAT  Sistemas TDH (TV directa al hogar) o Microondas  Punto a punto  Punto a multipunto o o

LAN INALÁMBRICAS Ethernet Inalámbrica – Protocolo 802.11 Este protocolo abarca los niveles físico y enlace de datos. Dentro de la arquitectura, el estándar define 2 tipos de servicios: 1. BSS (Conjunto de Servicios Básicos) Sin Access Point (AP) ó Ad-Hoc


Con AP o Infraestructura Infraestructu ra

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2. ESS (Conjunto de Servicios Ampliados)

Ethernet (cableado) utiliza el protocolo CSMA/CD (Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección de Colisiones). Inalámbricamente, se usa el protocolo CSMA/CA (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y evitación de colisión)

Espectro de Radiofrecuencia El espectro se divide en bandas: - Industrial: 902 a 918 MHz - Científica 2,4 a 2,4835 GHz - Médica: 5.725 a 5.850 GHz WiFi transmite en 2.4 y 5.725 GHz Niveles Físicos IEEE 802.11 a 802.11 b 802.11 g 802.11 n

Técnica OFDM DSSS OFDM OFDM

Banda 5.725 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2,4 GHz - 5 GHz

Modulación PSK o QAM PSK PSK o QAM m-PSK o QAM

Tasa [Mbps] 6 a 54 5,5 y 11 11 a 54 >500Mbps

WAN INALÁMBRICAS A) Telefonía móvil Proporciona comunicación entre 2 unidades móviles (MS) o entre una móvil y una fija Las Estaciones Base (BS) determinan áreas de cobertura o de servicio a las MS Cada Estación Base es controlada por un Centro de Conmutación Móvil (MSC) Las áreas de servicio se llaman celdas


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B) Redes satelitales El satélite es un retransmisor de señales. Usa distintas frecuencias para subir y bajar datos, a fin de evitar interferencias. La vida útil de un satélite es de aproximadamente 7 años, ya que permanentemente hay que retocarlos porque se salen de órbita, lo que consume combustible. Una vez consumido el combustible, caen y se incendian en la atmósfera. El satélite debe estar en órbita. Hay 4 tipos de órbitas: 1. LEO: de 100 a 1000 Km. 2. MEO: de 1000 a 20000 Km 3. HEO: 20000 hasta GEO 4. GEO (Geoestacionaria): 35786. Un satélite en esta órbita siempre está en la misma posición (T=24hs), en el plano ecuatorial, por lo que las parábolas sólo las tenemos que enfocar una sola vez, es decir, no tenemos que “seguir” al satélite. Las antenas usadas, son en general parabólicas, para tener una gran ganancia

Bandas de Frecuencia 1. C: 3 - 6 GHz 2. Ku: 11-14 GHz 3. Ka: 30 GHz



Acá suben los canales importantes. Más confiables

Ecuación de Enlace AT[dB] = Ganancia de la transmisión + Ganancia de la recepción + Ganancia del satélite – Atenuación subida – Atenuación bajada AT = GTX + GRX + GSAT – AUP – ADOWN Ganancia = f (Ø , frecuencia )2 (si la frecuencia sube, puedo reducir el diámetro de la antena Ø)


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Tipos de Antenas Parabólicas: o

Foco Primario o Focal: Tiene el reflector parabólico centrado respecto del foco. Ø de 3 a 6m, f = “C” .

o

Offset: Tiene el reflector parabólico desplazado respecto del foco. Son más eficientes que las parabólicas de foco primario. (Ej: (Ej: Direct-TV). Direct-TV). Ø de 0.6 a 1.8m, f =”Ku”

o

Cassegrain: Tiene un segundo reflector (hiperbólico) cerca de su foco, el cual refleja la onda radiada desde el dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas receptoras. Ø>10m, f =”C”

Protocolos de acceso satelital  FDMA, TDMA, CDMA


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B.1 Telefonía móvil satelital  Los satélites están en red entre ellos  Los satélites se mueven B.2 VSAT (Very Small Aperture Terminal)  El equipo se obtiene por comodato  Velocidades hasta 512Kbps  Permite transferencia de voz y video  Antenas de 1.3 a 2.4m  Es de bajo costo y fácil de operar

Red privada de comunicación de datos

C) Microondas 1. Punto a punto: d < 50km, con d = 3,57 sqrt(K*h) d= distancia; K=constante de propagación (1,33); h=altura antenas (h1+h2)

2. Multipunto (LMDS) - Usa la banda Ka - Usa QPSK - Permite el acceso a Internet de alta velocidad - Tiene un alcance de 2-7 Km


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ENLACES DE BANDA ANCHA X-DSL (X- Digital Subscriber Line) xDSL es un grupo de tecnologías de comunicación que permiten transportar información multimedia a mayores velocidades que las que se obtienen vía modem, simplemente utilizando las líneas telefónicas convencionales. Como el canal telefónico no tiene gran ancho de banda, nace la tecnología DSL, que:  Soporta un gran ancho de banda entre la conexión del cliente y el primer nodo de la red  Costos de inversión relativamente bajos  Trabaja sobre la red telefónica ya existente  Convierte la línea analógica convencional en una línea digital de alta velocidad.  No usa amplificadores ni repetidores de señal a lo largo de la ruta del cableado  Permite un flujo de información tanto simétrico como asimétrico  Requiere de splitter para usar a la vez el servicio telefónico y el servicio xDSL. Está formado por dos filtros, uno paso bajo y otro paso alto cuya finalidad es la de separar las señales transmitidas por el canal en señales de alta frecuencia (datos) y señales de baja frecuencia (Telefónicas). xDSL requiere de un módem xDSL terminal en cada extremo del circuito de cobre, que acepte flujo de datos en formato digital y le superponga a una señal analógica de alta velocidad. La ventaja de las técnicas xDSL consiste en soportar varios canales sobre un único par de cables. Basándonos en esto, los operadores telefónicos proporcionan habitualmente tres canales: dos para datos (bajada y subida – downstrean y upstream) y uno para voz.

Tipo de DSL IDSL SDSL HDSL (2 pares) SHDSL ADSL G.lite ADSL VDSL

Simétrico/ Asimétrico Simétrico Simétrico Simétrico Simétrico (1 par) Simétrico (2 pares) Asimétrico Asimétrico Asimétrico Simétrico Asimétrico Simétrico


Distancia de la línea (m) 5400 3000 3600 1800 1800 5400 3600 300 300 1000 1000

DownStream (Mbps) 0.128 1.544 1.544 2.312 4.624 1.5 8 52 26 26 13

UpStream (Mbps) 0.128 1.544 1.544 2.312 4.624 0.512 0.928 6 26 3 13

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HFC (Híbrido Fibra Coaxial) Es una red que incorpora tanto fibra óptica como cable coaxial para crear una red de banda ancha. Esta tecnología permite el acceso a internet de banda ancha utilizando las redes CATV existentes. Se puede dividir la topología en dos partes. La primera consiste en conectar al abonado por medio de cable coaxial a un nodo zonal y posteriormente interconectar los nodos zonales con fibra óptica. Esta tecnología comienza a implementarse a través de operadores de CATV, que además de brindar el servicio de televisión por cable anexaron transportar por el mismo medio la señal de internet de banda ancha. A través del uso de cada una de estas tecnologías, la red es capaz de aprovecharse de los beneficios y minimizar la interferencia a cualquier cliente o equipo. Las limitaciones de este sistema son que a veces la señal necesita ser amplificada y además es susceptible a interferencias externas.


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UNIDAD 6: Redes LAN y MODEMS

Prot CSMA/CD Esquema Redes LAN Estándares Hardware

de Redes Alámbricas de Redes Inalámbricas

Baja Velocidad Tipos

Media Velocidad Alta Velocidad

MODEMs

MODEM Cable

MODEM ADSL


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UNIDAD 6: REDES LAN Y MODEMS Redes LAN Una red LAN es aquella donde el dueño de la misma es usuario a la vez, sin arrendarla (como en redes WAN). Las mismas poseen:  Topología Física: Es la distribución física de las máquinas. Ej: Estrella, Bus, Anillo  Topología Lógica: Es cómo acceden esas máquinas a los datos entre ellas. Ej: Ethernet Ethernet con co n protocolo CSMA/CD Protocolo CSMA/CD: Cuando una máquina desea acceder a la red, “escucha” a la misma. Si la red está libre, transmite, sino no puede hacerlo. Esto lo realiza viendo la portadora. Si dos máquinas intentan acceder al mismo tiempo, colisionan. Para solucionarlo, disparan un reloj, esperan un tiempo aleatorio que brinda ese reloj, y vuelven a intentar acceder. Esquema Básico de una red LAN

Estándares de Especificación de Conexión 10/100/1000 BASE T : donde: - El primer nº es la velocidad de Tx. Ej: 10, 100, 1000 - BASE: Indica que transmite en banda Base - T: Indica que es par trenzado (UTP o STP) A su vez, cada forma de transmitir puede ser half o full duplex Hardware para la Transmisión (Equipos) en Redes Alámbricas  NIC (Placa de Red): Realiza la función de intermediario entre el ordenador y la red de comunicación. 

HUB: Es un dispositivo que escucha por todos los puertos y envía la información por todos los puertos. Cuando una maquina transmite a través de un hub, la transmisión inunda la red y hay un solo dominio de colisión.


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

SWITCH: Divide el dominio de conexión en micro dominios (Divididos de a 2 bocas). El switch trabaja armando tablas de direcciones MAC (1 dirección MAC por cada terminal) Terminal 1 2 … 24



MAC ACB1234… … …

ROUTER: El switch sirve para conectar computadoras dentro de una red LAN, en cambio el Router conecta LAN’s entre sí. Realiza tablas con las direcciones IP de cada terminal. Terminal 1 2 … 24

IP 192.168.0.100 … …

Hardware para la Transmisión (Equipos) en Redes Inalámbricas  Placa de Red inalámbrica: inalámbrica: Se conecta al host. Posee una antena 

Access Point (AP): interconecta dispositivos de comunicación inalámbrica para formar una red inalámbrica. Normalmente un AP también puede conectarse a una red cableada, y transmitir datos entre los dispositivos conectados a la red cableada y a los dispositivos inalámbricos. Muchos AP pueden conectarse entre sí para formar una red aún mayor, permitiendo realizar "roaming"


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

Bridge: es un dispositivo de interconexión de redes de ordenadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. Este interconecta dos segmentos de red (o divide una red en segmentos) haciendo el pasaje de datos de una red hacia otra, con base en la dirección física de destino de cada paquete.



Router: es un dispositivo de hardware para interconexión de red de ordenadores que opera en la capa tres (nivel de red). Este dispositivo permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o determinar la ruta que debe tomar el paquete de datos.

MODEMS El MODEM es un dispositivo que permite conectar un equipo terminal de datos (digital) a una red analógica. Se dividen básicamente en: o Baja Velocidad: modulan en FSK (viejos modems de 1200 baudios) o Media Velocidad: modulan en QPSK o Alta Velocidad: modulan en QAM

Los Modems de Media y Baja Velocidad son asíncronos, es decir, no necesitan transmitir el clock. Los modems de Alta Velocidad, necesitan ser sincronos, porque sí o sí deben llevar el reloj en el código (en la misma transmisión de datos). Dividiendo el ancho de banda del canal telefónico en dos, se puede tener transmisión full-duplex.


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MODEM Cable Es un tipo especial de módem diseñado para modular modu lar la señal de datos sobre una infraestructura infraestru ctura de televisión por cable. cab le. Los cablemodems se utilizan ut ilizan principalmente para distribuir d istribuir el acceso a Internet de banda ancha, aprovechando el ancho de banda que no se utiliza en la red de TV por cable. Los abonados de un mismo vecindario comparten el ancho de banda proporcionado por una única línea de cable coaxial. Por lo tanto, la velocidad de conexión puede variar dependiendo de cuanta gente este usando el servicio al mismo tiempo. Tiene un ancho de banda bastante aceptable, pudiendo llegar a los 35 Mbits/s. Consiste en una conexión asimétrica (más velocidad de bajada que de subida de datos y los tipos de modulación usados en cada una son:  Upstream (flujo de subida): utiliza QPSK.  Downstream (flujo de bajada): utiliza QAM Por esto las velocidades son distintas.

El demodulador se ajusta automáticamente

MODEM ADSL El MODEM ADSL es un MODEM asimétrico.

El Divisor (splitter) contiene filtros pasa bajos y pasa altos, para dividir la señal. Comunicaciones - Apuntes de Clase

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UNIDAD 7: Redes Digitales y Protocolos de Seguridad Modelo OSI vs TCP-IP

Esquema de Capas

Físicas

Topologias de Redes

Lógicas LAN LAN Redes

WAN WAN Comite 802 X25 X25 Frame Realy

Protocolos en WAN

ATM ATM

MPLS ISDN

Otros tipos de Redes

B-ISDN FDDI Redes Opticas

Redes Inteligentes

Tipos Finalidad Cifrado de Datos Formas

Seguridad en Redes

Protocolos Protocolos de Seguridad

en Redes Alámbricas en Redes Inalámbricas


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UNIDAD 7: REDES DIGITALES Y PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES MODELO OSI VS TCP-IP Pila OSI Aplicación

Pila TCP-IP

Servicios de red a aplicaciones

Presentación Presentación de los Datos

Aplicación

Sesión Comunicación entre los dispositivos de la red

Transporte Conexión P2P y fiabilidad de los datos

Transporte

Red Direccionamiento Lógico y determinación de la ruta

Enlace Direccionamiento Direccionamiento Físico (MAC y LLC)

Física Señal y Transmisión Binaria

Red Enlace Física

TCP-IP es un protocolo no orientado a la conexión (salvo en la capa TCP/UDP, referido a la retransmisión de paquetes).

TOPOLOGÍAS DE REDES En una red LAN, podemos apreciar 2 tipos de topología: 

Topología Física: Es la forma de conectar los cables a estaciones de trabajo individuales. Bus: Esta topología permite que todas las estaciones reciban la información que se transmite. Una estación transmite y todas las restantes escuchan. Consiste en un cable con un terminador en cada extremo del que se cuelgan todos los elementos de una red. Todos los nodos de la red están unidos a este cable, el cual recibe el nombre de “Backbone Cable”. Anillo: Las estaciones están unidas unas con otras formando un círculo por medio de un cable común. El último nodo de la cadena se conecta al primero cerrando el anillo. Las señales circulan en un solo sentido alrededor del círculo, regenerándose en cada nodo. Con esta metodología, cada nodo examina la información que es enviada a través del anillo. Si la información no está dirigida al nodo que la examina, la pasa al siguiente en el anillo. La desventaja del anillo es que si se rompe una conexión, se cae la red completa Estrella: Los datos en estas redes fluyen del emisor hasta el concentrador, este realiza todas las funciones de la red, además actúa como amplificador de los datos. La red se une en un único punto, normalmente con un panel de control centralizado, como un concentrador de cableado. Los bloques de información son dirigidos a través del panel de control central hacia sus destinos. Este esquema tiene una ventaja al tener un panel de control que monitorea el tráfico y evita las colisiones y una conexión interrumpida no afecta al resto de la red.


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Híbridas: El bus lineal, la estrella y el anillo se combinan algunas veces para formar combinaciones de redes híbridas. Anillo en Estrella: Esta topología se utiliza con el fin de facilitar la administración de o Anillo la red. Físicamente, la red es una estrella centralizada en un concentrador, mientras que a nivel lógico, la red es un anillo. Bus en Estrella: El fin es igual a la topología anterior. En este caso la red es un "bus" o Bus que se cablea físicamente como una estrella por medio de concentradores. Estrella Jerárquica: Esta estructura de cableado se utiliza en la mayor o Estrella parte de las redes locales actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada par formar una red jerárquica. Árbol o Jerárquica: Esta estructura se utiliza en aplicaciones de televisión por cable, sobre la cual podrían basarse las futuras estructuras de redes que alcancen los hogares. También se ha utilizado en aplicaciones de redes locales analógicas de banda ancha. Trama o Malla : Esta estructura de red es típica de las WAN, pero también se puede utilizar en algunas aplicaciones de redes LAN. Las estaciones de trabajo están conectadas cada una con todas las demás. U

U

U



Topología Lógica: La topología lógica describe la manera en que los datos son convertidos a un formato de trama específico, y la manera en que los pulsos eléctricos son transmitidos a través del medio de comunicación. o CSMA/CD: Cuando una maquina desea acceder a la red, escucha a la misma. Si la red esta libre, transmite sino, no puede hacerlo. Esto lo realiza viendo la portadora. Si dos maquinas intentan acceder al mismo tiempo, colisionan. Para solucionarlo, disparan un reloj, esperan un tiempo aleatorio que brinda ese reloj, y vuelven a intentar acceder. o Token Ring: Se usa en topologías físicas de anillo. Un token (testigo) es pasado de computadora en computadora, y cuando una de ellas desea transmitir datos, debe esperar la llegada del token vacío, el cual tomará, introducirá los datos a transmitir, y enviará el token con los datos al destino. Una vez que la computadora destino recibe el token con los datos, lo envía de regreso a la computadora que lo envío con los datos, con el mensaje de que los datos fueron recibidos correctamente. Cuando la que envió los datos recibe la respuesta, libera el token y se pasa de computadora en computadora hasta que otra maquina desee transmitir, y se repite el proceso. o Token Bus: Se utiliza de la misma manera que el Token Ring, pero a diferencia de este, el Token Bus esta diseñado para redes con topología física de bus en vez de anillo. “

”

REDES REDES LAN y WAN U

Red de área local (LAN): Una red de área local es la interconexión de varios ordenadores y periféricos. Su extensión esta limitada físicamente a un entorno de 200 metros (con repetidores podríamos llegar a 1Km). Su aplicación más extendida es la interconexión de ordenadores personales y estaciones de trabajo en oficinas, fábricas, etc., para compartir recursos e intercambiar datos y aplicaciones. El termino LAN incluye tanto el hardware como el software necesario para la interconexión de los distintos dispositivos y el tratamiento de la información. Sus topologías más comunes son bus, anillo y estrella. Red de Área Amplia (WAN): Proporciona un medio de transmisión a larga distancia de datos sobre grandes áreas geográficas que pueden extenderse a un país, continente o incluso al mundo entero. Para ello cuenta con una infraestructura basada en poderosos nodos de conmutación que llevan a cabo la interconexión de dichos elementos, por los que además fluye un volumen apreciable de información de manera continua. Se dice que tiene carácter público. Comunicaciones - Apuntes de Clase

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Comité 802 Es un proyecto del Instituto de Ingenieros Ingeniero s en Eléctrica y Electrónica Electró nica (IEEE) que definió los estándares de LAN’s. Muchos de los estándares son también Estándares ISO. Éstos son: 1. Definición Internacional de Redes: Define la relación entre los estándares 802 del IEEE y el OSI de la ISO 2. Control de Enlaces Lógicos: Asegura que los datos sean transmitidos de forma confiable por medio del enlace de comunicación. 3. Redes CSMA/CD: Define cómo opera CSMA/CD sobre varios medios de enlace 4. Redes Token Bus: Define esquemas de red de ancho de banda grandes 5. Redes Token Ring: Define los protocolos de acceso, cableado e interface para la LAN token ring. IBM hizo popular este estándar. 6. Redes de Área Metropolitana (MAN): Define un protocolo de alta velocidad donde las estaciones enlazadas comparten un bus dual de fibra óptica usando un método de acceso llamado Bus Dual de Cola Distribuida (DQDB). El bus dual provee tolerancia de fallos para mantener las conexiones si el bus se rompe. 7. Grupo Asesor Técnico de Anchos de Banda : Este comité provee consejos técnicos a otros subcomités en técnicas sobre anchos de banda de redes. 8. Grupo Asesor Técnico de Fibra Óptica : Idem anterior, pero para F.O. 9. Grupo Asesor Técnico de Seguridad en Redes . 10. Redes Integradas de Datos y Voz. El servicio provee un flujo multiplexado que puede llevar canales de información de datos y voz conectando dos estaciones sobre un cable de cobre en par trenzado. 11. Redes Inalámbricas. Define estándares para redes inalámbricas. 12. Redes Ethernet 100 Mb/s

PROTOCOLOS P ROTOCOLOS EN REDES WAN X25: es un estándar de conmutación de paquetes. Establece mecanismos mecanismos de direccionamiento entre usuarios, negociación de características de comunicación y técnicas de recuperación de errores. Permite tasas de transferencia hasta 64 Kb/s. Opera a nivel físico y de enlace del modelo OSI. Se utiliza en redes de cajeros automáticos. Frame Relay: Consiste en una forma simplificada simp lificada de tecnología de conmutación de de paquetes que transmite una variedad de tamaños de tramas (frames) para datos. Es perfecto para la transmisión de grandes cantidades de datos. La técnica Frame Relay se utiliza para dar servicio de transmisión de voz y datos a alta velocidad, permitiendo la interconexión de LAN’s separadas geográficamente a un costo menor. Es orientado a la conexión (El usuario primero establece una conexión, hace uso de ella y después la libera) ATM ( Modo de Transferencia Asincrónica): Es una tecnología de telecomunicación desarrollada para hacer frente a la gran demanda de capacidad de transmisión para servicios y aplicaciones. A fin de aprovechar al máximo la capacidad de los sistemas de transmisión, sean estos de cable o radioeléctricos, la informació informaciónn no es transmitida y conmutada a través de canales asignados en permanencia, sino en forma de cortos paquetes (celdas ATM) de longitud constante y que pueden ser enrutados individualmente mediante el uso de los denominados canales virtuales y trayectos virtuales. MPLS ( Multiprotocol Multiprotocol Label Switching): Trata de unificar los protocolos orientados y no orientados orientado s a la la conexión. Opera entre la capa de enlace enlace y red del modelo modelo OSI U

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OTROS TIPOS DE REDES OTROS

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IISDN SDN (Red digital de Servicios Integrados) Es un protocolo de red que contempla tanto las comunicaciones de voz, como las de datos, transmitiendo ambas en formato digital y a distintas velocidades, según el tipo de línea RDSI. Es más rápido y seguro que la línea analógica convencional de teléfono. Usando ISDN se pueden lograr conexiones a más de 64 kbps lo cual significa un aumento de más del 50% sobre la velocidad de las conexiones típicas que se tienen con los modems U

B-ISDN (Red digital de Servicios Integrados de Banda B-ISDN B anda Ancha) U

Es básicamente igual a la ISDN, con la diferencia de que la velocidad mínima a la que trabaja es de 2Mbps, pudiendo llegar a los 100Mbps. Estas velocidades permiten aumentar en gran medida el número de servicios que la red ofrecerá. Para lograr esas características, B-ISDN hace uso de la tecnología de redes ATM.

FDDI F DDI (Interfaz de Datos Distribuida por Fibra) Están implementadas mediante una topología física de estrella y lógica de anillo doble de token, uno transmitiendo en e n el sentido se ntido de las agujas agu jas del reloj (anillo ( anillo principal) p rincipal) y el otro ot ro en dirección contraria (anillo de respaldo o back up), que ofrece una velocidad de 100 Mbps sobre distancias de hasta 200 metros, soportando hasta 1000 estaciones conectadas. Su uso más normal es como una tecnología de backbone para conectar entre sí redes LAN o computadores de alta velocidad. U

Redes Ópticas SONET / SDH (Red Óptica Síncrona / Jerarquía Digital Síncrona) SONET y SDH son un conjunto de estándares para la transmisión o transporte de datos síncronos a través de redes de fibra óptica. Aunque ambas tecnologías sirven para lo mismo, tienen pequeñas diferencias técnicas. SONET, por su parte, es utilizada en Estados Unidos, Canadá, Corea, Taiwan y Hong Kong; mientras que SDH es utilizada en el resto del mundo. Algunas ventajas son: Flexibilidad de configuración y disponibilidad de ancho de banda Reducción de los equipos necesarios para la multiplexación y la extracción-inserción de tráfico en puntos intermedios de las grandes rutas. Aumento de la fiabilidad de la red Arquitectura flexible con una gran variedad de velocidades de transmisión. Rápido aislamiento de fallos. Permite VPN Estructura en doble anillo para mayor inmunidad a los fallos. Redes Inteligentes: Son una evolución de las redes comunes, que introducen una nueva arquitectura de red, en la que a los nodos de conmutación (de circuitos o paquetes) ya existentes, se incorporan otros nuevos, interconectados entre sí mediante potentes medios de señalización, y especializados en la realización de determinadas funciones, diferentes a las propias y ya clásicas de telefonía. Algunos de los servicios que se ofrecen son de encaminamiento, tarificación especial, VPN y servicios orientados al operador. Entre las redes inteligentes más populares, podemos mencionar SS7, operador 800 y AIN. Comunicaciones - Apuntes de Clase

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SEGURIDAD SEGURIDAD EN REDES U

Hoy en día todos dependemos de la información que radica y generamos en nuestras computadoras; estos objetos ya no se encuentran aislados como en los 80´s y principios de los 90´s; si no por el contrario, hoy dependemos de una conexión física para podernos comunicar. El avance que se ha tenido con las redes nos ha permitido solucionar problemas y hacer provecho de sistemas que nos ayudan a manipular la información. Empresas, organizaciones organizacio nes y cualquier persona que utiliza una computadora computador a envía y recibe correos electrónicos, comparte información de manera local o a nivel mundial, realiza transacciones, ofrece servicios y encuentra encuent ra soluciones a sus requerimientos. requerimiento s. Es así que la información se vuelve algo muy preciado tanto para los usuarios como para los Hackers. Es por eso que tenemos que tener una serie de precauciones para evitar que alguien no deseado busque en nuestra información y seamos presa fácil de extorsiones, fraudes y pérdidas irreparables. Los Tipos de ataques más comunes son:  Intromisión  Espionaje en línea  Modificación  Negación de servicio

 Intercepción  Suplantación

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Cifrado de Datos Es el arte de cifrar y descifrar información mediante técnicas especiales, y se emplea frecuentemente para permitir un intercambio de mensajes que sólo puedan ser leídos por personas a las que van dirigidos y que poseen los medios para descifrarlos. Existen dos tipos de cifrado: Cifrado Simétrico: Los sistemas de cifrado simétrico son aquellos que utilizan la misma clave para cifrar y descifrar un documento. El principal problema de seguridad reside en el intercambio de claves entre el emisor y el receptor ya que ambos deben usar la misma clave. Por lo tanto se tiene que buscar también un canal de comunicación que sea seguro para el intercambio de la clave. Es importante que dicha clave sea muy difícil de adivinar Cifrado Asimétrico: Este sistema de cifrado usa dos claves diferentes. Una es la clave pública y se puede enviar a cualquier persona. La otra se llama clave privada, y debe guardarse para que nadie tenga acceso a ella. Para enviar un mensaje, el remitente usa la clave pública del destinatario para cifrar el mensaje. Una vez que lo ha cifrado, solamente con la clave privada del destinatario se puede descifrar. La finalidad de la criptografía es: Garantizar el secreto en la comunicación entre dos entidades (personas, organizaciones, etc.) Asegurar que la información que se envía es auténtica en un doble sentido: que el remitente sea realmente quien dice ser y que el contenido del mensaje enviado (criptograma), no haya sido modificado en su tránsito. Hay 2 grandes formas de realizar cifrado:  Por permutación: Permuta entre los caracteres  Por sustitución: sustituye X caracteres por otros X caracteres


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Protocolos de Seguridad Un protocolo de seguridad define las reglas que gobiernan estas comunicaciones, diseñadas para que el sistema pueda soportar ataques de carácter malicioso. Algunos protocolos son: 

En Redes Alámbricas: o o

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Generic G eneric Routing Encapsulation (GRE 47): Se emplea en combinación con otros protocolos de túnel para crear redes virtuales privadas

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Point-to-Point P oint-to-Point Tunneling Protocol (PPTP): ): Crea, mantiene y termina el túnel, y encapsula los paquetes (frames) como datos para el túnel. Las cargas de los paquetes encapsulados pueden estar encriptadas, comprimidas o ambas cosas.

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IP IP Sec: Es un grupo de extensiones de la familia del protocolo IP pensado para proveer servicios de seguridad a nivel de red, de un modo transparente a las aplicaciones superiores. U

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Protocolo P rotocolo de tunelado nivel 2 (L2TP): Es una extensión del protocolo Punto a Punto, fundamental para la creación de VPNs.

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Secure Secure shell (SSH): Es el nombre de un protocolo y del programa que lo implementa y permite copiar datos de forma segura, gestionar claves RSA para no escribir claves al conectar a las maquinas y pasar los datos de cualquier otra aplicación por un canal seguro tunelizado mediante SSH. U

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En Redes Inalámbricas: o

WEP WEP (Wired Equivalent Privacy, privacidad equivalente al cable ): WEP utiliza una misma clave simétrica y estática en las estaciones y el punto de acceso. El estándar no contempla ningún mecanismo de distribución automática de claves, lo que obliga a escribir la clave manualmente en cada uno de los elementos de red. Además, al ser una única clave, es muy vulnerable.

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WPA WPA (WiFi Protected Access): soluciona todas las debilidades conocidas de WEP y se considera suficientemente seguro

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WPA2: WPA2: Soluciona problemas menores de WPA e incorpora un nuevo algoritmo de cifrado.

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Comunicaciones - Resumen de Teoria Completo (v3.3)

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