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1 ÍNDICE Presentación Contenido INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE COMUNICACIONES ANALÓGICAS Y DIGITALES. ESTRUCTURA BÁSICA Introducción y orientaciones para el estudio Objetivos Fundamentos de la comunicación Introducción a los medios de transmisión de datos Características físicas del medio Características de las señales Propagación de las señales en el medio Atenuación Retardo Ruido Capacidad de transmisión del medio... 42

2 10 COMUNICACIONES INDUSTRIALES: PRINCIPIOS BÁSICOS Medios de transmisión Medios guiados Medios no guiados Estructuras básicas en la comunicación Transmisión de datos en paralelo Transmisión de datos en serie Modos de comunicación punto a punto Modo simplex Modo half duplex Modo full duplex Topologías de redes multipunto Bus de datos (canal de distribución) Estrella De jerarquía o de árbol Anillo Malla Bucle Introducción a la codificación de datos Codificación en las comunicaciones analógicas Información analógica Información digital Codificación en amplitud (ASK) Codificación en frecuencia (FSK) Codificación en fase (PSK)... 56

3 ÍNDICE Codificación en las comunicaciones digitales Información digital Codificaciones polares Codificaciones bifase Codificaciones bipolares Información analógica Teorema de muestreo de Shannon Modulación por codificación de impulsos Modulación delta Principios generales de la multiplexación Multiplexación por división de frecuencia (FDM) Multiplexación por división en el tiempo (TDM) Protocolos y control de enlace de datos Acceso al medio Acceso controlado Reserva Acceso aleatorio Control de enlace de datos Conclusiones Bibliografía Evaluación Ejercicios teóricos Evaluación objetiva MODELO OSI. ESTÁNDARES. PROTOCOLOS. MODELO TCP/IP Introducción y orientación en el estudio... 81

4 12 COMUNICACIONES INDUSTRIALES: PRINCIPIOS BÁSICOS 2.2. Objetivos Arquitectura de protocolos Arquitectura de protocolos normalizada Modelo OSI Capa física Capa de enlace de datos Capa de red Capa de transporte Capa de sesión Capa de presentación Capa de aplicación Modelo TCP/IP Internet y TCP/IP Protocolo de Internet o IP Protocolo de control de transmisión o TCP Otros protocolos de TCP/IP IP versión Encabezado base Encabezado de extensión Conclusiones Bibliografía Evaluación Evaluación objetiva MEDIOS Y MODOS DE TRANSMISIÓN Introducción y orientación en el estudio Objetivos Conceptos básicos de los medios físicos

5 ÍNDICE El espectro electromagnético Unidades y nomenclatura Las bandas de comunicación y sus aplicaciones Radiofrecuencia Microondas Banda óptica Los conductores metálicos Características Cableado estructurado Certificación de cables Las fibras ópticas Características Tipos de modos Nomenclatura de las portadoras ópticas Los satélites espaciales de comunicaciones Conceptos básicos Tipos de órbitas Servicios VSAT La multiplexación y la modulación Las señales analógicas y digitales Multiplexación El concepto de modulación Modulación en banda base y banda ancha Modulación en banda base La modulación en banda ancha Moduladora analógica Moduladora digital

6 14 COMUNICACIONES INDUSTRIALES: PRINCIPIOS BÁSICOS 3.9. Aplicaciones de la multiplexación y modulación Redes de cable CATV y PLC Redes de cable xdsl Redes de satélites Buses de campo Conclusiones Bibliografía Evaluación Ejercicios resueltos Evaluación objetiva ACCESO AL MEDIO Introducción y orientación para el estudio Objetivos Capa de enlace: enlace lógico y acceso al medio Estructura del mensaje Detección de errores Códigos de palabras Códigos de tramas Control de errores Control de flujo Control de acceso al medio Maestro/Esclavo Paso de testigo delegado Paso de testigo Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) Acceso múltiple por detección de portadora (CSMA)

7 ÍNDICE CSMA/CD CSMA/CR/CA Evaluación de redes Conclusiones Bibliografía Evaluación Ejercicios resueltos Evaluación objetiva REDES DE ÁREA LOCAL. COMPONENTES Introducción y orientaciones al estudio Objetivos Características generales de las LAN Topologías y medios de transmisión Topologías Topología en bus Topología en árbol Topología en anillo Topología en estrella Medios de transmisión Cable de par trenzado Cable coaxial Fibra óptica Transmisión inalámbrica Modelo IEEE 802, IEEE y ETHERNET Modelo de referencia IEEE Control de enlace lógico

8 16 COMUNICACIONES INDUSTRIALES: PRINCIPIOS BÁSICOS Protocolo de control de enlace lógico Control de acceso al medio Algoritmos de asignación de canal de acceso múltiple La trama MAC IEEE y ETHERNET Redes de área local virtuales Dispositivos de interconexión de redes Repetidores Puentes Encaminadores o Routers Pasarela o Gateway Redes de área local de alta velocidad IEEE Mbps (FAST ETHERNET) GIGABIT ETHERNET Canal de Fibra Redes inalámbricas Requisitos de las redes de área local inalámbricas Clasificación de LAN inalámbricas Arquitectura del Pila de protocolos Capa física Capa de enlace de datos Servicios Aplicaciones Bus de campo o Fieldbus

9 ÍNDICE Profibus Redes LAN de ordenadores personales Redes de respaldo y almacenamiento Conclusiones Bibliografía Evaluación Evaluación objetiva REDES DE ÁREA AMPLIA. COMPONENTES. REDES IP Introducción y objetivos Características generales de las redes de área amplia Protocolos de redes de área amplia: HDLC, PPP, FR, etc Protocolo HDLC Protocolo PPP Protocolo Frame Relay Dos aproximaciones al mismo problema: RDSI y ADSL Las redes IP: redes WAN públicas Direccionamiento IP y encaminamiento en IP Los encaminadores como componentes típicos de WAN Comunicación IP cliente/servidor mediante sockets Operación de aplicaciones TCP, orientadas a conexión Operación de aplicaciones UDP Operación de aplicaciones del nivel de red Conclusiones Bibliografía Evaluación

10 18 COMUNICACIONES INDUSTRIALES: PRINCIPIOS BÁSICOS Evaluación objetiva SISTEMAS DE COMUNICACIONES INALÁMBRICOS Y MÓVILES Introducción y orientaciones para el estudio Objetivos Conceptos básicos de la propagación inalámbrica Efectos de la propagación Reducción de los efectos de la propagación Métricas de prestaciones y factor de mérito Diseño de redes inalámbricas y móviles Elementos básicos Planificación y dimensionamiento de una red de radiocomunicación Evolución tecnológica Sistemas MIMO Sistemas de radio definido por programación Redes de área local móviles (WLAN) Introducción La Norma IEEE HIPERLAN Óptica del espacio libre (FSO) Redes de área personal (WPAN) Introducción Bluetooth (IEEE ) UBW (IEEE ) ZigBee (IEEE ) IrDA

11 ÍNDICE Redes fijas de acceso inalámbrico (WMAN) Banda ancha (MMDS y LMDS) Normas ETSI WiMAX (IEEE ) IEEE e IEEE Banda estrecha (WLL) Redes de acceso celular (WWAN) Configuración de los sistemas celulares Normas internacionales Redes de satélites espaciales Sistemas celulares basados en satélites Servicios de navegación global Las redes inalámbricas y los buses de campo Tecnologías inalámbricas en redes industriales Redes en malla (Mesh) Ingeniería de protocolos de capa cruzada (Cross-Layer) Conclusiones Bibliografía Evaluación Ejercicios resueltos Evaluación objetiva SEGURIDAD EN LAS COMUNICACIONES. CALIDAD DEL SERVICIO Introducción y objetivos Factores de inseguridad en sistemas y en dispositivos Problemas de seguridad física

12 20 COMUNICACIONES INDUSTRIALES: PRINCIPIOS BÁSICOS Problemas generales de seguridad en sistemas operativos y aplicaciones Mala codificación Ingeniería social Problemas comunes de seguridad en sistemas operativos Problemas comunes de seguridad en aplicaciones Implementación incorrecta de protocolos Diseño peligroso de protocolos y aplicaciones Incorrecta selección de protocolos de aplicación Otros Factores de inseguridad en dispositivos de comunicaciones Soluciones actuales en sistemas y dispositivos de seguridad Política de seguridad para redes Defensas no criptográficas Cortafuegos Sistemas de detección de intrusiones Detectores de vulnerabilidades Defensas criptográficas Algoritmos criptográficos: Clave privada, funciones Hash y clave pública Protocolos criptográficos: SSL, IPSec y otros Redes privadas virtuales Seguridad en protocolos industriales OPC

13 ÍNDICE MMS IEC IICP Recomendaciones de políticas de seguridad Introducción al concepto de calidad del servicio en redes Aproximaciones estándar a la calidad del servicio en redes Los encaminadores y la calidad del servicio Conclusiones Bibliografía Evaluación Evaluación objetiva INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES INDUSTRIALES Y A LOS SISTEMAS DE TIEMPO REAL Introducción y orientaciones para el estudio Objetivos Características de las redes de comunicación industrial Modelo de integración de redes de comunicación Integración de la red de comunicaciones Redes de control y redes de datos Comunicación y sistemas de tiempo real Sistemas de tiempo real Comunicación en tiempo rea Comunicación en los sistemas distribuidos de control en tiempo real Sistemas disparados por tiempo y disparados por evento Mensajes críticos y no críticos

14 22 COMUNICACIONES INDUSTRIALES: PRINCIPIOS BÁSICOS Mensajería periódica y aperiódica Planificación de mensajes de tiempo real Políticas de planificación Test de planificabilidad Planificación con desalojo Planificación sin desalojo Prioridades estáticas y dinámicas Planificación cíclica Planificación estática Planificación dinámica Algoritmo de planificación Rate Monotonic Algoritmo de planificación Deadline Monotonic Algoritmo de planificación Earliest Deadline First Análisis de tiempo real en redes de comunicación Conclusiones Bibliografía Evaluación Evaluación objetiva INTRODUCCIÓN A LOS BUSES DE CAMPO Y A LOS SISTEMAS DISTRIBUIDOS Introducción y orientaciones para el estudio Objetivos Los buses de campo. Definición Los sistemas distribuidos Estructuración de los sistemas distribuidos industriales Características de distribución

15 ÍNDICE Características de la mensajería de los buses de campo Normalizaciones en los buses de campo Modelo general de operación de los buses de campo Funcionalidades comunes Conclusiones Bibliografía Evaluación Ejercicios resueltos Evaluación objetiva ANEXO. SOLUCIONES A LAS PREGUNTAS DE EVALUACIÓN OBJETIVA