Redes de Computadores Capa Física

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1 Redes de Computadores Capa Física Escuela de Ingeniería Civil en Informática Universidad de Valparaíso, Chile 01/09/2014

2 Problema Cómo conectar un nodo a una red 2

3 Conceptos de señales Señal Análoga Señal Digital 3

4 Conceptos de señales Toda señal s(t) periódica (p.e. digital), de período T, se puede representar como: s(t) = 1 2 c + a n sin( 2πnf t) + b n cos 2πnf t n=1 n=1 ( ) f: Frecuencia Fundamental. f=t - 1 a n y b n : amplitudes de la armónica n. 4

5 Conceptos de señales + 5

6 Conceptos de señales Representación temporal Representación dominio de frecuencia 6

7 Conceptos de señales BW e(t) s(t) 7

8 Perturbaciones en la transmisión Atenuación Pérdida de la fuerza de la señal P.e.:cuando los cables superan una longitud máxima, absorción de la energía en ondas electromagnéqcas, etc. Limita las extensiones de una red Problemas se pueden superar con disposiqvos como repeqdores Se mide en db (decibeles 1 ). A frecuencia constante: G db = 10 log P s P e db [ ] Potencia de Salida Potencia de Entrada 1 Apéndice 3B del libro Comunicaciones y Redes de Computadores, Stallings 8

9 Perturbaciones en la transmisión G db = 10 log P s Atenuación P e Ejemplo de atenuación para un cable de red Xpico Obs: Ps < Pe G<0 Attenuation vs. frequency 9 10

10 Perturbaciones en la transmisión Atenuación G db = 10 log P s P e Obs: Ps < Pe G<0 Ejemplos de atenuación y retardo

11 Perturbaciones en la transmisión Reflexión Se produce cuando los bits tropiezan con una disconqnuidad. Caso Eléctrico: Problemas de Impedancia. Cada ÓpQco: Problemas con empalmes

12 Perturbaciones en la transmisión Ruidos Adiciones no deseadas a las señales. Toda señal eléctrica Qene ruido lo importante es mantener la relación de potencia señal/ruido (S/N) lo más alta posible. SNR db = 10log S N [ db] Potencia de la señal de interés Potencia del ruido En otras palabras, cada bit recibe señales adicionales no deseadas desde varias fuentes. 12

13 Perturbaciones en la transmisión Ruidos Térmico No se puede eliminar. Uniformemente distribuido en el espectro de frecuencias Ruido Blanco. En un Ancho de Banda BW, la potencia de ruido térmico es: N = k T BW [ W ] k = 1, J K Contante de Boltzmann T : Temperatura en grados Kelvin [K] BW : Ancho de Banda en [Hz] 13

14 Perturbaciones en la transmisión Ruidos Near-end crosstalk (NEXT) loss Near- end crostalk (NEXT) NEXT loss vs. frequency (pair A) Crosstalk: Time-varying currents in one wire tend to induce timevarying currents in nearby wires. When the coupling is between a local transmitter an a local receiver, it is referred to as NEXT. NEXT increases the additive noise at the receiver an degrades the signal-to-noise ratio (SNR)

15 Perturbaciones en la transmisión Ruidos Distorsión por retardo (dispersión) La señal se ensancha con el Qempo.! v prop = v prop ( f ) Si es muy grave, un bit puede comenzar a interferir con el bit siguiente y confundirlo con los bits que se encuentran antes y después de él. 15

16 Perturbaciones en la transmisión Colisiones Dos bits de dos computadores disqntos que intentan comunicarse se encuentran simultáneamente en un medio comparqdo. Caso de medios de cobre: se suman los voltajes de los dos dígitos binarios y provocan un tercer nivel de voltaje è Bits se destruyen. 16

17 Perturbaciones en la transmisión Colisiones Las colisiones son parte normal del funcionamiento de una red de medio comparqdo (P.e. Ethernet, wireless) Un exceso de colisiones puede hacer que la red sea más lenta o pueden no permiqr la transmisión de datos.! Por lo tanto, una gran parte del diseño de una red se refiere a la forma de reducir al mínimo y localizar las colisiones. 17

18 Capacidad de Canal Capacidad de canal BW del medio de transmisión [Hz] Nivel de Ruido Tasa de errores Velocidad de transmisión de Datos 18

19 Capacidad de Canal Capacidad de canal BW del medio de transmisión [Hz] Nivel de Ruido Tasa de errores No lo veremos en forma explícita Velocidad de transmisión de Datos 19

20 Capacidad de Canal Ancho de Banda de Nyquist. (no considera ruido en el medio) C[ bps] = 2 BW log 2 M Ancho de Banda de Shannon (restricqvo) [ ] = BW log ( SNR) C bps SNR = S N SNR db = 10log SNR ( ) db [ ] M: niveles de discreqzación. BW: Ancho de Banda del medio [Hz]. S: Potencia de la señal [W]. N: Potencia del ruido [W]. BW: Ancho de Banda del medio [Hz]. 20

21 Capacidad de Canal Niveles de discreqzación (ejemplo) 4 niveles Transmisión : 21

22 Capacidad de Canal Canal de comunicación entre 3[MHz] y 4[MHz]. SNR db =24[dB] BW = 4[MHz] 3[MHz] = 1[MHz] SNR db = 24[dB] = 10log SNR BW teórico del canal: C = BW log 2 ( ) SNR = 251 ( 1 + SNR) 8[Mbps] Cuántos niveles de codificación se necesitan para alcanzar los 8[Mbps] teóricos? C = 2 BW log 2 M M = 16 niveles 22

23 Capacidad de Canal Comparación entre categorías de cables STP y UTP 23

24 Capacidad de Canal 24

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