2. Nivel Físico Topologías Medios de transmisión Técnicas de transmisión Técnicas de codificación digital. 2.1.

Transcripción

1 2. Nivel Físico 2.1. Topologías Medios de transmisión Técnicas de transmisión Técnicas de codificación digital. Autor: Oscar Ortiz Topologías Bus Terminador Terminador B U S Autor: Oscar Ortiz

2 2.1. Topologías Bus Todas las estaciones están conectadas a un único canal de comunicación denominado bus (conexión multipunto), terminado en ambos extremos por su impedancia característica. Cualquier estación puede transmitir información al bus, siendo necesario un algoritmo de acceso al bus que evite el que dos o más estaciones transmitan simultáneamente ya que en ese caso se produciría una colisión de la información transmitida. La información transmitida por el bus se difunde por él en ambas direcciones, llegando a todas las estaciones de la red. En caso de fallo de una estación, quedaría aislada del resto de la red sin afectar al funcionamiento del bus. Autor: Oscar Ortiz Topologías Arbol Terminador Terminador de Cabecera Terminador Terminador Autor: Oscar Ortiz

3 2.1. Topologías Arbol Es una generalización de la topología bus. Todas las ramas del árbol comienzan en un punto llamado terminador de cabecera (Headend). De cada una de las ramas principales pueden derivar otras ramas. Autor: Oscar Ortiz Topologías Anillo A N I L L O Autor: Oscar Ortiz

4 2.1. Topologías Anillo Las estaciones están colocadas formando un bucle cerrado. Cada estación actúa de repetidora, recibiendo los datos de la estación precedente y reenviándolos a la siguiente estación. La información circula en una única dirección (comunicación unidireccional). Es necesario un algoritmo que permita a las estaciones la inserción de información en la red. Una de las estaciones realiza el control de la red (monitor). Resulta vulnerable frente a cualquier fallo de los repetidores. Este problema puede solucionarse por medio de un doble anillo. Autor: Oscar Ortiz Topologías Estrella Nodo Autor: Oscar Ortiz

5 2.1. Topologías Estrella Cada estación está conectada a un nodo central de conmutación por medio de una conexión punto a punto. La técnica de conmutación utilizada es la conmutación de circuitos. El control de la red lo lleva a cabo el nodo central. En caso de fallo de una estación o del medio de transmisión que la une al nodo central, la estación queda aislada del resto de la red. El volumen de tráfico máximo que puede cursar la red está limitado por la congestión del nodo central. Autor: Oscar Ortiz Medios de Transmisión Las características principales de los medios de transmisión utilizados en redes de área local son: Características de transmisión. Fiabilidad. Inmunidad a las interferencias. Seguridad. Complejidad de la instalación Coste total (material y mano de obra) Los medios de transmisión típicos en redes de área local son: Cable de pares Cable coaxial Cable de fibra óptica Autor: Oscar Ortiz

6 2.2. Medios de Transmisión Cable de pares Un par está formado por dos hilos de cobre, aislados entre si y rodeados de una cubierta protectora. Los dos hilos que forman el par están dispuestos en espiral, es decir, están trenzados el uno con el otro, denominándose al conjunto par trenzado (Twisted pair). Se utilizan dos tipos de par trenzado: Par trenzado sin apantallar Par trenzado apantallado Este tipo de par añade una pantalla (trenza metálica) que proporciona mejor protección contra interferencias electromagnéticas que el UTP, pero es más caro y ocupa más espacio. Autor: Oscar Ortiz Medios de Transmisión Cable de pares UTP (Unshielded Twisted Pair) Un cable UTP está formado por cuatro pares de hilos de 100 Ω. Las categorías de cable de pares UTP están definidas en la norma EIA/TIA 568. EIA Electronics Industry Association TIA Telecommunications Industry Association Autor: Oscar Ortiz

7 2.2. Medios de Transmisión Cable de pares UTP La normativa americana sobre cables es la AWG (American Wire Gauge), de forma que al aumentar el número identificativo disminuye el diámetro del conductor: Diametro mm Diametro pulgadas AWG Autor: Oscar Ortiz Medios de Transmisión Cable de pares FTP (Foiled Twisted Pair) Un cable FTP, también llamado ScTP, está formado por cuatro pares de hilos con un recubrimiento metálico que protege al conjunto de pares frente a interferencias electromagnéticas. Malla metálica Autor: Oscar Ortiz

8 2.2. Medios de Transmisión Cable de pares STP (Shielded Twisted Pair) Un cable STP está formado por cuatro pares de hilos con un recubrimiento metálico que protege al conjunto de pares frente a interferencias electromagnéticas. Malla metálica Además cada par va envuelto en una malla metálica. Es el más robusto frente a interferencias. Autor: Oscar Ortiz Medios de Transmisión Categorías de cables de pares Categoría Características Frecuencia máxima Aplicación 1 Pares no trenzados 22 ó 24 AWG 20 KHz Telefonía 2 Cable sólido de pares trenzados 22 ó 24 AWG 1 MHz Datos hasta 4 Mbits/seg 3 Cable sólido de pares trenzados 24 AWG 16 MHz 10BaseT, Token Ring 4 Mbits/seg 4 Cable sólido de pares trenzados 22 ó 24 AWG 20 MHz 10BaseT, Token Ring 16 Mbits/seg 5 Cable sólido de pares trenzados 22 ó 24 AWG 100 MHz 10BaseT, 100BaseTX, 1000BaseT Autor: Oscar Ortiz

9 2.2. Medios de Transmisión Categorías de cables de pares de alto rendimiento Categoría Características Frecuencia máxima Tipo de cable 5E Categoría 5 mejorada. 26 AWG 100 MHz UTP 6 Cable sólido de pares trenzados. 24 AWG 300 MHz FTP 7 Cable sólido de pares trenzados apantallados. 23 AWG 600 MHz STP Autor: Oscar Ortiz Medios de Transmisión Atenuación de cables de pares Atenuación máxima en dbs por 100 metros Frecuencia (MHz) Categoría 3 Categoría 5 STP (150Ω) 1 2,6 2,0 1,1 4 5,6 4,1 2, ,1 8,2 4, ,4 6, ,0 12, ,4 Autor: Oscar Ortiz

10 2.2. Medios de Transmisión Cable de pares: Tipos según IBM Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 6 Autor: Oscar Ortiz Medios de Transmisión Cable coaxial Está formado por un conductor cilíndrico central de cobre y una malla metálica concéntrica, separados entre sí por un aislante y rodeados por una cubierta protectora. Conductor central Aislante Malla metálica Cubierta Se utilizan dos tipos de cable coaxial: Cable coaxial de banda base, 50 Ω. Banda de paso típica de 100 MHz. Grueso (RG-11) de 5 a 10 mm. de diámetro y de color amarillo. Fino (RG-58) de 5 mm. de diámetro y de color negro. Cable coaxial de banda ancha, 75 Ω (RG-59). Banda de paso típica de 400 MHz. Se utiliza en televisión por cable (CATV). Autor: Oscar Ortiz

11 2.2. Medios de Transmisión Fibra óptica Una fibra óptica es una guía cilíndrica de sílice (núcleo), recubierta de otra capa concéntrica también de sílice (revestimiento) y rodeados por una cubierta protectora. Núcleo Revestimiento Cubierta Autor: Oscar Ortiz Medios de Transmisión Fibra óptica El índice de refracción del núcleo (n 1 ) es mayor que el del revestimiento (n 2 ). Es decir, se debe cumplir la condición n 1 > n 2 para que la fibra óptica se comporte como una guía de onda y la señal luminosa se propague por el núcleo. Autor: Oscar Ortiz

12 2.2. Medios de Transmisión Fibra óptica Si n 1 es constante en todo el diámetro del núcleo la fibra se denomina fibra de salto de índice, en caso contrario se trataría de una fibra de índice gradual. Se utilizan dos tipos de fibra óptica: multimodo (65/125 µm.) monomodo (8/125 µm.) Autor: Oscar Ortiz Medios de Transmisión Fibra óptica Autor: Oscar Ortiz

13 2.2. Medios de Transmisión Fibra óptica Además se pueden utilizar distintas zonas del espectro óptico, donde se producen mínimos de atenuación: primera ventana (850 nm) segunda ventana (1300 nm) tercera ventana (1550 nm) Autor: Oscar Ortiz Medios de Transmisión Comparación Parámetro Par trenzado UTP STP Banda Base Coaxial Banda Ancha Multimodo Fibra óptica Monomodo Características Técnicas Ancho de banda bajo a medio 100 Kb/s 100 Mb/s alto Mb/s muy alto x100 Mb/s muy alto xgb/s Fiabilidad de transmisión baja a media media buena muy buena Inmunidad a interferencias baja a media media buena perfecta Seguridad de transmisión baja a media media a buena buena muy buena Autor: Oscar Ortiz

14 2.2. Medios de Transmisión Comparación Parámetro Par trenzado UTP STP Banda Base Coaxial Banda Ancha Multimodo Fibra óptica Monomodo Instalación Largo característico 100 m 200 m m x Km x Km Complejidad de instalación sencilla media sencilla a media compleja media compleja Coste del medio bajo medio medio a alto alto bajo a medio alto Coste global de la instalación bajo a medio medio medio a alto muy alto medio a alto muy alto Autor: Oscar Ortiz Técnicas de transmisión Banda base (baseband) La señal una vez codificada, se introduce directamente en el medio de transmisión. Utiliza todo el ancho de banda del medio, de forma que en un instante determinado de tiempo sólo se transmite una señal. Es adecuada para la transmisión a distancias cortas. Los dispositivos de interfaz y los repetidores son muy económicos. No es adecuada para ambientes con altos niveles de ruido o interferencias electromagnéticas. Autor: Oscar Ortiz

15 2.3. Técnicas de transmisión Banda ancha (broadband) La señal se modula sobre una portadora analógica, pudiendo transmitir simultáneamente varias portadoras (multiplexación por división en frecuencia). La transmisión de señales es unidireccional, por lo que se necesita disponer de un canal para la transmisión y otro para la recepción. Es adecuada para la interconexión de equipos con un alto grado de utilización. Los dispositivos de interfaz son caros. Se utilizan dos configuraciones: Un cable (split cable) Dos cables (dual cable) Autor: Oscar Ortiz Técnicas de transmisión Banda ancha. Configuración Split-Cable El ancho de banda se divide en dos bandas: banda inferior, para la información enviada desde las estaciones a la cabecera de la red. banda superior, para la información enviada desde la cabecera de la red a las estaciones La cabecera de la red f 1 FRECUENCY TRANSLATOR f 2 f efectúa una conversión 1 TAP MAU Nº 1 (elevación) de f 1 Low Frequency Signal frecuencia. f 2 High Frequency Signal HEAD END f 2 MAU Nº 2 Autor: Oscar Ortiz

16 2.3. Técnicas de transmisión Banda ancha. Configuración Dual-Cable Las frecuencias portadoras de transmisión y recepción son idénticas (ambas f 1 ) y cada estación tiene dos conexiones con el medio (una con el cable de transmisión y otra con el cable de recepción). HEAD END f 1 TAP MAU Nº 1 f 1 MAU Nº 2 INBOUND OUTBOUND Autor: Oscar Ortiz Técnicas de Codificación Digital Las técnicas de codificación digital más comunes usadas en redes de área local son: Manchester. Manchester diferencial. NRZI 4B/5B 8B/10B MLT-3 8B6T 4D-PAM5 Autor: Oscar Ortiz

17 2.4. Técnicas de Codificación Digital Manchester El valor 1 viene representado por: un nivel alto de tensión entre 0 y T/2. un nivel bajo de tensión entre T/2 y T. El valor 0 viene representado por: un nivel bajo de tensión entre 0 y T/2. un nivel alto de tensión entre T/2 y T. El estado de reposo, se representa por un nivel alto de tensión, de forma continua. Como consecuencia de lo anterior, en la transmisión/recepción de los datos (0,1), siempre existe una transición en la mitad del periodo, facilitando la extracción de la temporización de la señal recibida. v -v Autor: Oscar Ortiz t 2.4. Técnicas de Codificación Digital Manchester Diferencial Valores 1 y 0 Para los valores 1 y 0 siempre existe una transición de nivel en t=t/2, facilitando la extracción de la temporización de la señal recibida. El valor 0 además tiene otra transición de nivel en t=0. El valor 1 no tiene transición de nivel en t=0. Símbolos J y K Para los símbolos J y K no existe una transición de nivel en t=t/2. El símbolo K tiene transición de nivel en t=0. El símbolo J no tiene transición de nivel en t=0. Los símbolos J y K, dado que son opuestos, se transmiten en parejas para evitar la componente continua. Autor: Oscar Ortiz

18 2.4. Técnicas de Codificación Digital Manchester Diferencial J K Autor: Oscar Ortiz Técnicas de Codificación Digital NRZI (Non Return to Zero Invertive) Autor: Oscar Ortiz

19 2.4. Técnicas de Codificación Digital 4B/5B Mapea los 16 posibles valores de 4 dígitos binarios (4B) en un subconjunto de 16 códigos de 5 dígitos binarios (5B) (dentro del total de 32). Luego, cada conjunto de 4 bits se codifica con 5 bits, aumentando así la velocidad de línea en 5/4 (de 100 Mbps pasa a 125 Mbps). Los otros 16 códigos 5B se utilizan para funciones de control. Por ejemplo, el código 5B IDLE para enviar continuamente señal durante el tiempo entre tramas. Autor: Oscar Ortiz Técnicas de Codificación Digital 8B/10B Fue desarrollado y patentado por IBM. 8 bits de datos se convierten en 10 bits en transmisión. Este código, junto con el 4B/5B, es un ejemplo del código general mb/nb. Autor: Oscar Ortiz

20 2.4. Técnicas de Codificación Digital MTL-3 El código MLT-3 (MultiLevel Threshold-3) alterna de forma cíclica 3 niveles de tensión. 0 +V -V 0 Cada bit se codifica con una presencia o ausencia de transición: el valor uno lógico (1) cambia el nivel de tensión del bit anterior al nivel de tensión siguiente. el valor cero lógico (0) mantiene el nivel de tensión del bit anterior. Autor: Oscar Ortiz Técnicas de Codificación Digital MTL-3 Autor: Oscar Ortiz

21 2.4. Técnicas de Codificación Digital 8B6T Es un código ternario. (+V / 0 / -V). Los datos a transmitir se agrupan en bloques de 8 bits. Cada bloque de 8 bits se mapea sobre un grupo de 6 símbolos ternarios. Cada grupo se transmite en round-robin sobre 3 canales distintos. Bloques de 8 bits 8B(100Mbps) Codificador 8B6T Splitter 6T (25Mbaudios) 6T (25Mbaudios) 6T (25Mbaudios) Bloque de 8 bits Grupo 6T Bloque de 8 bits Grupo 6T Bloque de 8 bits Grupo 6T Autor: Oscar Ortiz Técnicas de Codificación Digital 4D-PAM5 Modulación de pulsos en amplitud de 5 niveles. Cada símbolo se transmite como un nivel de 5 posibles (+2, +1, 0, -1, -2). Este código se usa en redes Gigabit Ethernet que usan como medio de transmisión 4 pares UTP Categoría 5 (especificación 1000BaseT). El byte a transmitir se divide en cuatro grupos de 2 bits, transmitiéndose cada grupo por un par. Autor: Oscar Ortiz

22 2.4. Técnicas de Codificación Digital 4D-PAM5 El esquema de transmisión sería el siguiente: Autor: Oscar Ortiz