Transmisión de datos (II) Comunicación. Transmisión de datos (I) Redes de ordenadores. dos entidades. Es el intercambio de información entre.

Transcripción

1 Redes de ordenadores José Miguel Buenaposada Biencinto Ed. Departamental II, Despacho 054 Transmisión de datos (I) Intercambio de información binaria entre dos dispositivos a través de un medio de transmisión. Origen Transmisor Sistema de Receptor Destino transmisión Sistema origen Sistema destino Redes de ordenadores 3 Comunicación Es el intercambio de información entre dos entidades. Origen Medio Información Información Destino Redes de ordenadores 2 Transmisión de datos (II) Mensaje. Los datos a comunicar (texto, gráficos, vídeo, etc). Origen. Genera los datos a transmitir. Transmisor. Envía los datos del mensaje de acuerdo al medio de transmisión. Receptor. Recibe e interpreta los datos del mensaje del medio de transmisión. Destino. Toma los datos del receptor Sist. de transmisión. Una señal de radio, un haz láser, etc. Protocolo. El conjunto de reglas que gobiernan la transmisión de datos. Redes de ordenadores 4

2 V V1 V2 Datos/señales Datos : Son las entidades que contienen información. Pueden ser : naturaleza continua (voz, números reales) naturaleza discreta (texto, enteros) Señales : Son codificaciones electromagnéticas de los datos. Redes de ordenadores 5 Transmisión (II) t Analógica. Cualquier valor comprendido entre el máximo y el mínimo es válido. t Transmisión Digital : la señal recibida debe aproximarse a uno de los valores permitidos. Redes de ordenadores 7 Transmisión (I) Comunicación de los datos mediante la propagación de señales a través del medio. En sus variaciones va contenida la información. Se pueden considerar dos tipos de transmisión: Analógica : Se propaga una señal continua. Digital : Se propaga una señal digital. Redes de ordenadores 6 Digital vs Analógico Ventajas de la transmisión digital Tecnología. Permite reducir costes y tamaños. Fiabilidad. No se acumulan todos los efectos perturbadores. Seguridad. La criptografía es más fácil sobre señales digitales. Integración. Distintas señales de información (voz, datos, imágenes audio, vídeo). Redes de ordenadores 8

3 Datos a Señales Es necesario transformar los datos en señales antes de enviarlos: Métodos de representación Digital/Digital Analógico/Digital Digital/Analógico A/A Códigos Banda Base: NRZ, RZ, Manchester,... PCM (MIC) ASK, FSK, PSK, QAM AM, FM,... CODIFICACIÓN DIGITALIZACIÓN MODULACIÓN Redes de ordenadores 9 Unidades de frecuencia Unidad Equivalente Kilohercio (KHz) 10 3 Hz Megahercio (KHz) 10 6 Hz Gigahercio (KHz) 10 9 Hz Terahercio (KHz) Hz Redes de ordenadores 11 Medios de transmisión Los dispositivos de telecomunicación usan señales para representar los datos. Estas señales se transmiten en forma de energía electromagnética. Las señales electromagnéticas pueden viajar a través del vacío, el aire u otros medios. Redes de ordenadores 10 Redes de ordenadores 12

4 El espectro electromagnético (I) Banda Significado Rango de frecuencias Servicios VLF LF Very low frecuency Low frecuency 3 KHz-30 KHz 30 KHz-300 KHz Radio navegación de largo alcance y comunicación submarina Navegación marítima, control de tráfico aéreo MF HF VHF Medium frecuency High frecuency Very high frecuency 300 KHz 3 MHz 3 MHz 30 MHz 30 MHz 300 MHz Radio AM, radio marítima, buscadores autodireccionables (RDF) Radioaficionados, comunicaciones militares, larga distancia aviones y barcos. Radio FM, TV, radio AM de aviones y ayuda a la navegación aérea Redes de ordenadores 13 El espectro electromagnético (III) Banda Significado Rango de frecuencias Servicios Infrarrojo 300 GHz THz WPANs (Wireless Personal Area Networks) Luz visible 430 THz 750 THz Fibras ópticas Redes de ordenadores 15 El espectro electromagnético (II) Banda Significado Rango de frecuencias Servicios UHF SHF EHF Ultra high frecuency Super high frecuency Extrenely high frecuency 300 MHz 3 GHz 3GHz 30 GHz 30 GHz en adelante TV UHF, telefonía móvil, WLL (Wireless Local Loop), comunicaciones móviles, comunicación microondas (a partir de 1 GHz). Servicios por satélite y microondas, MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service), LMDS (Local Multipoint Distribution Service), RADAR RADAR, satélite, LMDS Redes de ordenadores 14 Parámetros de la transmisión La relación señal/ruido. Relación, o proporción, entre la intensidad de la señal y la intensidad del ruido que la acompaña. Se mide en decibelios, db (escala logarítmica), 10 log 10 (S/R). Ancho de banda. Cada medio de transmisión tiene un límite inferior y superior para las frecuencias de señales que puede transmitir. Ese rango limitado es el ancho de banda. Régimen binario o capacidad. Número de bits transmitidos por segundo. Es proporcional al ancho de banda disponible. Redes de ordenadores 16

5 Medios de transmisión (I) Tipos de medios Guiados No guiados Par trenzado Coaxial Fibra óptica Infrarrojos Radiofrecuencia STP UTP Monomodo Multimodo Redes de ordenadores 17 Pares trenzados Dos conductores enrollados con -un cierto paso (entre 2 y 12 torsiones por pie). Medio de transmisión muy utilizado en LAN. UTP. Pares trenzados sin blindaje (Hasta 100 Mbps) STP. Pares trenzados con blindaje. Redes de ordenadores 19 Medios de transmisión (II) Medios de transmisión guiados. Soporte sólido (cables eléctricos, fibras ópticas). Las señales se propagan confinadas en el medio. Medios de transmisión inalámbricos. Transporte sin conductor físico (aire). Propagación/radiación libre de las señales emitidas. Redes de ordenadores 18 Cable Coaxial Formado por dos conductores concéntricos. De 100 KHz a 500 MHz. Conector típico, BNC (Bayonet Network Connector). Se usa en LAN y en TV. Redes de ordenadores 20

6 Fibra óptica (I) Propagación de una señal luminosa por una fibra de vidrio o plástico. Diodo Emisor de Luz (LED) en distancias cortas o un Láser en distancias largas. Ancho de banda enorme. Redes de ordenadores 21 Medios inalámbricos Sus características dependen de las frecuencias de las señales propagadas: Ondas de radio. 300 KHz 1 GHz. Omnidireccionales, telefonía y redes de datos (GSM, GPRS, UMTS). LAN Inalámbricas. Microondas. 2GHz 40 GHz. Terrestres y por satélite (en este último caso retardos de propagación). Infrarrojos. 300 GHz 200 THz. Muy direccionables, no atraviesan obstáculos. Conexiones locales -> Redes inalámbricas. Redes de ordenadores 23 Fibra óptica (II) Monomodo. Múltiples rayos de luz (con ángulos de reflexión muy cercanos). Multimodo. Múltiples rayos de luz (con ángulos de reflexión muy diferentes). Redes de ordenadores 22 Velocidades de transmisión Banda Velocidad Ejemplo Infrarrojo 100 Kbps IrDA 114 Kbps a 4 Mbps Pares trenzados Cable coaxial 1 a 150 Mbps 1 Mbps a 1 Gbps Canal Telefónico (4KHz) RDSI ADSL Fast Ethernet Ehternet 33,6 Kbps 2 x 64 Kbps y 1x16 Kbps 512 Mbps/1,5 Mbps 100 Mbps 10 Mbps Fibra óptica Radio 10 Mbps a 3,2 Tbps 1 Mbps a 10 Gbps Fast Ethernet Redes troncales (1 señal) Redes troncales WDM Radio digital (banda 2GHz) Telefonía celular Microondas Satélites 100 Mbps OC-1: 52 Mbps a O-192: 10 Gbps Gbps o más 1,5 a 45 Mbps 9,6 a 19,2 Kbps 1 Mbps a 10 Gbps 1 Mbps a 10 Gbps Redes de ordenadores 24

7 Efectividad de la transmisión Seguridad. Se deben entregar los datos en el destino correcto (dispositivo y/o usuario). Fiabilidad. Los datos alterados en la transmisión no se pueden usar. Rendimiento. Los datos entregados tarde son inútiles (p.ej. Vídeo-conferencia). Redes de ordenadores 25 Fuentes de perturbación Señal origen Atenuación Distorsión Ruido externo Señal recibida Redes de ordenadores 27 Fuentes de perturbación Pueden variar el contenido de información. Errores de transmisión: Propias de la señal: Atenuación. Distorsión de amplitud y de fase. Externas a la señal: Ruido. Señal recibida se compone de la señal emitida modificada por las distorsiones transmitidas por el sistema de transmisión (Ruido térmico, ruido impulsivo, diafonía, etc.). Redes de ordenadores 26 Errores de transmisión Para tener una comunicación fiable, es necesario detectar y corregir los errores. Tipos de errores: De bit. En la unidad de datos sólo cambia un bit entre el emisor y el receptor (los más probables en trans. paralelo). De ráfaga. Dos o más bits de la unidad de datos cambian (los más probables en trans. serie) y pueden no ser consecutivos. Redes de ordenadores 28

8 Detección de errores Redundancia. Se añaden bits extra para detectar los errores en destino. Métodos de detección VRC LRC CRC Suma de comprobación Vertical Redundancy check o verificación de paridad Longitudinal Redundancy Check Ciclic Redundancy Code (Código de redundancia cíclica) Check sum Redes de ordenadores 29 LRC Un bloque de bits se divide en filas y se añade una fila de redundancia a todo el bloque. Datos originales Datos originales más LRC LRC Redes de ordenadores 31 VRC Se añade a cada unidad de datos un bit de paridad para que: El número de unos sea par (paridad par). El número de unos sea impar (paridad impar). Detecta todos los errores de un bit. Detecta ráfagas de error con número impar de bits. Ejemplo: Queremos transmitir Paridad par: Recibimos: => Error de paridad Redes de ordenadores 30 CRC Si VRC y LRC se basan en la suma, el CRC (código de redundancia cíclica) se basa en la división binaria. n bits Datos Datos Datos CRC Divisor n+1 bits Divisor n bits CRC Resto Cero aceptar, No cero rechazar Emisor Receptor Redes de ordenadores 32

9 Propiedades del CRC Es un método de detección de errores muy efectivo (n grado del polinomio generador): Detecta todos los errores de ráfaga de un número impar de bits. Detecta todos los errores de ráfaga de longitud menor o igual que n. Puede detectar con probabilidad muy alta errores de ráfaga con longitud mayor que n. Redes de ordenadores 33 Multiplexación en el tiempo La velocidad de transmisión por el medio excede al de las señales digitales a transmitir. El proceso de mezcla puede ser a nivel de bits o bloques de octetos. Las ranuras temporales se asignan aún sin datos. Redes de ordenadores 35 Multiplexación en frecuencia El ancho de banda útil del medio supera al del canal. Cada señal se modula con una portadora diferente (con frecuencia diferente). Las frecuencias portadoras están separadas de manera que las señales no se solapen (bandas de guarda). Redes de ordenadores 34 Configuración de la línea Define la conexión a un enlace de los dispositivos que se comunican entre sí. Punto a punto. Proporciona un enlace dedicado entre dos dispositivos. Multipunto. Varios dispositivos comparten el mismo enlace (multiplexado). Redes de ordenadores 36

10 Topología Es la representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y los dispositivos (nodos). Topología Malla Estrella Árbol Bus Anillo Redes de ordenadores 37 Clases de Redes de Ordenadores Redes de Área Local (LAN). Conecta enlaces en una única oficina, edificio o campus (Ethernet, Token Ring, etc.). Redes de Área Metropolitana (MAN). El ámbito es el de una ciudad entera (tv por cable, por ejemplo). Redes de Área Extensa (WAN). Transmisión a larga distancia de datos, voz e imágenes (un país, un continente o alcance global). Redes de ordenadores 39 Modo de transmisión Define la dirección del flujo de las señales entre dos dispositivos enlazados. Modo de transmisión Símplex Semidúplex Full-dúplex Sólo en un sentido Sólo en un sentido a la vez En los dos sentidos a la vez Redes de ordenadores 38 Interconexión de redes Cualesquiera dos o más redes interconectadas es una internet. No confundir con Internet (la red de redes que todo el mundo conoce). Redes de ordenadores 40

11 Protocolos Un protocolo es un conjunto de convenios que gobiernan el intercambio de datos entre dos entidades, incluyendo: Sintaxis. Formato de los datos y niveles de señal. Semántica. Control para la coordinación y el manejo de errores. Temporización. Sincronización de velocidades y secuenciación. Redes de ordenadores 41 El modelo OSI Nodo intermedio Enlace Enlace Aplicación Aplicación Presentación Presentación Sesión Sesión Transporte Transporte Red Red Red Enlace Enlace Enlace Enlace Físico Físico Físico Físico Comunicación Física Comunicación Física Redes de ordenadores 43 Interconexión de sistemas abiertos (OSI) Es un estándar ISO que cubre todos los aspectos de comunicación. El objetivo de OSI es servir como marco de referencia para el desarrollo de protocolos estándares. OSI no es un protocolo es un modelo para comprender y diseñar arquitecturas de redes. Redes de ordenadores 42 Nivel Físico Transmite los bits sobre el medio físico. Proporciona las especificaciones mecánicas y eléctricas. Sus responsabilidades: Características físicas de interfaces y medio, representación de los bits, bits por segundo, sincronización de bits, configuración de la línea, topología y modo de transmisión. Redes de ordenadores 44

12 Nivel de Enlace Transforma el nivel físico en un enlace fiable nodo a nodo. El nivel físico aparece ante el nivel de red como un medio libre de errores. Sus responsabilidades: División en tramas, direccionamiento físico, control de flujo, control de errores, control de acceso al medio. Redes de ordenadores 45 Nivel de Transporte Es responsable de la entrega origen a destino (extremo a extremo) de todo el mensaje de forma fiable con recuperación de errores. El nivel de red entrega paquetes separados, el de transporte entrega todo el mensaje. Sus responsabilidades: Direccionamiento en punto de servicio, segmentación y reensamblado, control de conexión, control de flujo extremo a extremo, control de errores extremo a extremo. Redes de ordenadores 47 Nivel de Red Responsable de la entrega de un paquete desde el origen al destino, a través de múltiples enlaces (conexión entre redes). Sus responsabilidades: Direccionamiento lógico. Cobra sentido en la interconexión de redes. Encaminamiento. En interconexión de redes los dispositivos de interconexión, o pasarelas, encaminan los paquetes a su destino final. Redes de ordenadores 46 Nivel de Sesión Es el controlador de diálogo en la red. Establece, gestiona y termina sesiones. Sus responsabilidades: Control de diálogo. P.Ej. Un terminal conectado a un servidor en modo semiduplex. Sincronización. Un proceso establece puntos de prueba (checkpoints) en un flujo de datos. Redes de ordenadores 48

13 Nivel de Presentación Relacionado con la sintaxis y la semántica de la información intercambiada entre dos sistemas. Responsable de la interoperabilidad entre formatos de representación de la información. Sus responsabilidades: Traducción, cifrado y compresión. Redes de ordenadores 49 Arquitectura TCP/IP y OSI Aplicación Presentación Aplicación SMTP FTP TELNET DNS SNMP NFS HTTP Sesión Transporte TCP UDP Red ICMP IGMP IP ARP RARP Enlace Protocolos definidos por las redes subyacentes Físico Redes de ordenadores 51 Nivel de Aplicación Permite al usuario (humanos y software) acceder a los recursos de red. Proporciona: Terminal virtual de red. Transferencia, acceso y gestión de archivos. Servicios de correo. Servicios de directorio. Redes de ordenadores 50 Bibliografía Introducción a la informática. Alberto Prieto Espinosa, Antonio Lloris Ruiz, Juan Carlos Torres Cantero. MacGraw Hill Transmisión de datos y redes de comunicaciones. Behrouz A. Forouzan. MacGraw-Hill, Sistemas de Comunicación de datos. Asignatura de la EUI de la UPM ( Redes de ordenadores 52