TEMA 1. Conceptos básicos en sistemas de comunicación

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1 11. Introducción TELEINFORMÁTICA o telemática Confluencia de telecomunicaciones e informática. Es el conjunto de máquinas, técnicas y métodos relacionados entre sí que permiten el proceso de datos a distancia y que participan en la convergencia entre las Telecomunicaciones y la Informática. PROYECTOS Y ORGANISMOS DE TELECOMUNICACIONES SAGE (Service Automatic Ground Enviroment) 1958 desarrollado por las Fuerzas Aéreas EEUU. Red ARPANET de DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) 1971 => red Internet, TCP/IP. RETD (Red Especial de Transm. de Datos)1972,Telefónica=>Red pública de transm. de paquetes, IBERPAC. SNA (System Network Archit.) IBM,1974 => primera arq. teleinformática para sistemas distribuidos. DNA (Digital Network Archit.) DEC,1974 CCITT (Comité Consultivo Internacional Telefónico y Telegráfico) 1976 Norma X.21 para redes de conmutación de circuitos, Norma X.25 para redes de conmutación de paquetes OSI (Modelo Básico para la Interconexión de Sistemas Abiertos) ISO,1977 => Interconexión de ordenad. Redes de Área Local (LAN) 1978 => Interconexión entre equipos informáticos en entornos reducidos. '80 Servicios de valor añadido (Teletex, telefax, Videotex) y Redes Digitales. SISTEMA DE COMUNICACIÓN o sistema teleinformático datos. Conjunto de recursos hardware y software utilizados para satisfacer unas determinadas necesidades de transmisión de Procesador de comunicaciones Ordenador Central Línea de transmisión módem módem Terminal remoto Sistema Central: es el ordenador que procesa la información más extensa en un sistema informático. Se compone de equipo físico (dispositivos de almacenamiento, gestión de la información, etc.) y la parte lógica. (software que proporciona las funciones del proceso). Unidad de control de comunicaciones: dispositivo especializado en tareas de comunicaciones. Su tarea principal es descargar al procesador central de los procesos de transmisión de datos. En pequeños sistemas no existe. Módem (modulador-demodulador): es el equipo encargado de adaptar la señal digital de un equipo informático a una línea telefónica. Funciones del módem: Convertir una señal digital en analógica. (si la línea es analógica). Convertir la señal analógica recibida en digital. (si la línea es analógica). Detectar errores de transmisión. Corregir defectos de las líneas mediante circuitos compensadores. 1

2 1.2. Elementos de un sistema de comunicación. Multiplexores y concentradores: dispositivos y métodos para el uso simultáneo y compartido de la misma línea de transmisión por diversos terminales. Cuando hay un gran número de terminales distantes del sistema central, por motivos económicos, se suelen utilizar estos dispositivos. Procesador de comunicaciones Ordenador Central módem Línea de transmisión módem Concentradores y Multiplexores Multiplexión: combinación de varias señales para el envío simultáneo de las mismas por una sola línea de transmisión. Concentración: agrupación de señales de dispositivos de distinta velocidad para conseguir una ganancia de tiempo en el envío de información. Métodos de Multiplexado: Mutiplexado por división en el tiempo (TDM): Combina distintas señales asignando a cada una de ellas un tiempo en la línea de transmisión. Mutiplexado por división de frecuencia (FDM): A cada señal se le asigna una banda en el espectro de frecuencias por donde se transmite. Debe haber una separación entre las bandas. Mpx Dmpx Multiplexado por división en frecuencia Mpx Dmpx Multiplexado por división en el tiempo Terminales: son dispositivos conectados a un ordenador central capaces de enviar o recibir información. Pueden ser microordenadores, impresoras, teclados, pantallas, etc. La conexión mediante la línea de transmisión y todos los elementos intermedios, conlleva una serie de órdenes y normas precisos para la transmisión de la información. Clasificación por la capacidad de proceso: Terminales simples (o tontos): son terminales sin capacidad de proceso independiente. Sirven sólo para enviar o recibir datos. Por ejemplo los compuestos de pantalla y teclado, o las impresoras. Terminales inteligentes: son los que poseen alguna capacidad de procesamiento de la información. Contienen un procesador y memoria que les permite realizar tareas de procesamiento independiente del ordenador central. Por ejemplo ordenadores personales conectados a un ordenador central. Clasificación por la capacidad de funcionamiento: 2

3 1.2. Elementos de un sistema de comunicación. Terminales de propósito general: son terminales que pueden ser utilizados para aplicaciones diversas y pueden ser útiles al cambiar la aplicación. Por ejemplo, PCs, impresoras, etc. Terminales de propósitos específico: sólo son útiles para aplicaciones concretas. Están muy vinculados con el ordenador central y con el software utilizado. Por ejemplo, cajeros automáticos, TPV, etc. Elementos de conmutación: son los dispositivos de las redes de interconexión que hacen posible la unión masiva de todos los elementos de un sistema de comunicación. Los dispositivos en la línea de comunicación se agrupan por nodos para gestionar más eficientemente la comunicación entre todos los terminales. Técnicas para el encaminamiento de información a través de los nodos de una red: Conmutación de circuitos: se realiza en redes telefónicas. El proceso es establecer un enlace físico entre los terminales, siempre que exista un canal disponible y desocupado. Cuando termina la transmisión de información se produce la desconexión física. Conmutación de mensajes: el dispositivo emisor incorpora a la información una dirección de destino. El mensaje se va transmitiendo a través de los nodos de la red mediante técnicas de encaminamiento. No se establece una ruta dedicada entre los terminales que intervienen en la comunicación. Conmutación de paquetes: El envío de datos se hace en tramas de longitud limitada para conseguir un mayor aprovechamiento de la línea de comunicaciones. 3

4 1.3 Codificación y control de errores CODIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN Es la transformación de información, de una alfabeto fuente a otro destino, para adaptarla al medio de transmisión. Se busca mayor seguridad y rapidez en la comunicación. El código es la correspondencia entre los símbolos del alfabeto fuente y los del destino. En la codificación binaria, teniendo M símbolos en el alfabeto fuente, necesitaremos n bits en cada palabra del alfabeto destino para codificar la información, siempre que cumpla: 2 n M DETECCIÓN DE ERRORES n º _ de_ bits_ erroneos_ recibidos Se puede definir la tasa de error en una transmisión binaria como: nº _ total_ de_ bits_ transmitidos En las líneas telefónicas conmutadas se obtiene una tasa de error de 10-6 por lo que se usan distintos mecanismos detectores y correctores, como son los códigos de detección de control de paridad simple, doble, autocorrectores de Hamming, de redundancia cíclica, etc. Código de detección de control de paridad simple: A cada secuencia de bits que constituye un carácter, se añade un bit llamado de paridad, que nos indica si el número de bit que constituía el carácter es par o impar. Ej. paridad par A -> L -> T -> Error! Código de detección de control de paridad doble: A cada carácter se le aplica la paridad simple y a cada bloque de caracteres se le aplica un control de paridad por la posición de cada bit. Ej. paridad par: A -> J -> L -> T -> Códigos autocorrectores de Hamming: en cada carácter detectan errores de dos bits y permite la corrección de un bit. Se forman añadiendo a cada carácter una serie de bits que indican la paridad. Se deben añadir p bits a codificaciones de caracteres de n bits, que cumpla: 2 p n + p + 1 Los bits de paridad se insertan en los que son potencias de 2, los otros bits son de datos. 4

5 1.3 Codificación y control de errores Ej. paridad par con 4 bits: n= b1 : paridad para b7, b5, b3 b2 : paridad para b7, b6, b3 b4 : paridad para b7, b6, b5 Queremos transmitir el 7: hay error en la línea y llega: ? b4 : error en paridad -> 1 b2 : error en paridad - > 1 b1 : no error en paridad -> error en el bit 6. Códigos de redundancia cíclica (CRC) o códigos polinomiales: son códigos de detección basados en el tratamiento de secuencias de bits como polinomios de coeficientes 0 y 1. Para aplicar el CRC, el emisor y el receptor deben conocer el polinomio generador. En la transmisión se envía la secuencia de bits, seguida del resto de dividir: la secuencia de bits entre el polinomio generador (llamada secuencia de verificación de trama). El receptor calculará la secuencia de verificación de trama para comprobar que no ha habido ningún error en la transmisión x 9 + x 5 + x 3 + x + 1 5

6 1.4 Config. de redes de transm de datos REDES DE TRANSMISIÓN DE DATOS Qué es una Red? - Equipos conectados por un medio de transmisión. - Con un protocolo de funcionamiento acordado - Definida e implementada para compartir recursos y/o colaborar en el desarrollo de una tarea. REDES DEDICADAS Conectan dos o más puntos de forma exclusiva por motivos de seguridad, rapidez o por necesidad debido a la ausencia de otro tipo de red. Redes punto a punto: conexiones entre ordenador central y terminales de una forma directa. Cada terminal se conecta directamente con el procesador de comunicaciones. Alta velocidad, seguridad y precio. Redes multipunto: conexiones de varios terminales con el ordenador central a través de una única línea de comunicaciones. Se utilizan amplificadores difusores para recoger las demandas de comunicación de los terminales a esta línea dedicada. También se utilizan concentradores y multiplexores. REDES COMPARTIDAS Son a las que se unen un gran número de usuarios de diferente tipo compartiendo los mismos canales de comunicaciones. Procesador de comunicaciones Amplificador Difusor Ordenador Central módem línea dedicada módem Red telefónica conmutada: es la red de comunicaciones telefónicas. Las características es su amplia estandarización, su gran extensión por todo el mundo, y su precio por tiempo de utilización. Son de baja velocidad de transmisión, baja calidad y baja seguridad. Redes de conmutación de paquetes: redes que poseen nodos de concentración con procesadores que regulan el tráfico de paquetes. Estos paquetes poseen una dirección para alcanzar el destino. Redes de conmutación de circuitos: redes en las que en los centros de conmutación establecen un canal dedicado multiplexado normalmente por división en el tiempo. Redes digitales de servicios integrados (RDSI): se basan en desarrollos tecnológicos de conmutación y transmisión digital. Es capaz de integrar voz, datos, imagen y texto. Redes de ordenadores. Clasificación por los servicios que satisfacen a los usuarios: Redes para servicios básicos de transmisión (SBT): dan el servicio de comunicación sin alterar la información que transmiten. Redes dedicada, redes telefónicas y de conmutación de circuitos. Redes para servicios de valor añadido (SVA): actúan sobre la información que transmiten de algún modo. Gestión de mensajería, acceso a grandes bases de datos, etc. Clasificación según la propiedad: 6

7 1.4 Config. de redes de transm de datos Redes privadas: instaladas y gestionadas por entes particulares. Sólo tienen acceso los terminales de los propietarios. Suelen utilizar servicios básicos proporcionado por las compañías telefónicas. Redes públicas: Son redes abiertas a cualquier usuario que lo solicite por contrato. Clasificación por la cobertura del servicio: Redes de área local (LAN): son redes que interconectan equipos dentro de un entorno geográfico reducido. No suelen necesitar medios de comunicación públicos aunque sí pueden conectarse a ellos. Redes de área extensa (WAN): son las redes que unen equipos instalados en sitios distantes. Utilizan normalmente enlaces de comunicaciones públicos. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Velocidad de transmisión: cantidad de información enviada por una línea de transmisión por unidad de tiempo. Unidades de medida: Bit / segundo (bps): número de bits de información enviados por segundo. Caracteres / segundo (CPS): caracteres transmitidos por segundo. Palabras / minuto (WPS): palabras (seis caracteres) transmitidas por minuto PERTURBACIONES EN LAS TRANSMISIONES Debido a las características del medio de transmisión o a agentes externos, se producen una serie de consecuencias negativas en la transmisión de información. Diafonía: es la mezcla de señales por el efecto de inducción electromagnética de dos circuitos cercanos. Atenuación: es la pérdida de potencia de una señal eléctrica al ser transmitida por un medio físico. Aumenta lógicamente con la distancia. Se suele subsanar con el uso de repetidores-amplificadores. Demoras: (o retardo) al variar la frecuencia de transmisión de la señal varía la velocidad de propagación, por lo que puede dar errores en la recepción de la señal, sobre todo en las líneas de alta velocidad. Ruido térmico (o blanco): es la agitación térmica de los electrones en el conductor. Mediante filtros se debe ajustar esta relación señal/ruido. Ruido de impulso: de muy corta duración provocado por la inducción de algún motor electromagnético externo, algún mal contacto de los elementos electrónicos, un rayo, etc. 7

8 1.5 Sistemas de transmisión MEDIOS DE TRANSMISIÓN Los soportes físicos de enlaces entre los interlocutores de un sistema de telecomunicación, o el medio por donde se propagarán las señales de información a transmitir. El desarrollo de los medios de transmisión ha llevado desde los 15 bps de los cables telegráficos a los millones de bps de la fibra óptica. Mediante multiplexación se consigue que por un mismo medio se transmitan gran cantidad de comunicaciónes distintas simultáneamente. Cables aéreos: par de hilos de cobre desnudos sujetados por crucetas de madera y aisladores de vidrio. Era usado en telegrafía y telefonía. Cables de pares: conjunto de pares de hilos, convenientemente aislados por material plástico, trenzados entre sí para evitar las interferencias. Se emplean en corta y larga distancia. Categorías y normalización de cables de pares Estándar EIA/TIA 568 los clasifica en categorías: Conectores: - Categoría 1: Sólo voz - Categoría 2: 4 pares, hasta 4 MHz - Categoría 3: 4 pares, hasta 10 MHz - Categoría 4: 4 pares, hasta 20 MHz - Categoría 5: 4 pares, hasta 100 MHz - Categoría 5 E: 4 pares, hasta 125 MHz * Pendientes de estandarización: - Categoría 6: 4 pares, hasta 200 MHz - Categoria 7: 4 pares, hasta 600 MHz - RJ45: similar al conector del teléfono - Paneles: agrupan los conectores hembra RJ45 Cables coaxiales: es un conductor eléctrico, rodeado de aislante, este a su vez rodeado de una malla metálica y en la última capa una cubierta protectora. Esto consigue que no se produzcan ruidos en la transmisión. Es muy utilizado en redes locales y en conexiones urbanas. Tienen un gran ancho de banda y permite una alta velocidad de transmisión. Una utilización específica de los cables coaxiales son los cables submarinos en desuso. 8

9 1.5 Sistemas de transmisión Conectores Radioenlaces: se basan en la propagación de las ondas electromagnéticas por el aire. Las más frecuentes son a través de onda corta, microondas, y sistemas basados en satélites geoestacionarios de telecomunicaciones. Fibra óptica: es un pequeño hilo de vidrio o plástico capaz de conducir en su interior un rayo óptico (generalmente láser). No poseen interferencias eléctricas, las velocidades de transmisión son muy altas y no se producen atenuaciones de la señal MODALIDADES DE TRANSMISIÓN Para enviar la señal por el canal de comunicaciones puede ser modificada de diversas formas para ganar en seguridad, rapidez o modo de operación. Transmisión analógica: maneja señales de forma continua dentro de unos márgenes. Pueden ser descompuesta en señales sinusoidales. Utiliza medios diseñados para la transmisión de la voz; se suelen utilizar módems para adaptar al medio la señal digital. 9

10 1.5 Sistemas de transmisión +V t -V Transmisión digital: maneja señales discretas, utilizando medios diseñados para esta tecnología. Se basa en la transmisión de impulsos de diferente valor, consiguiendo una muy alta velocidad de transmisión. V3 V2 V1 V t Transmisión asíncrona y síncrona: la sincronización es el proceso en el que el emisor informa al receptor cuándo va a transmitir las señales. Se puede hacer en cada bit, en cada palabra o en cada bloque. En la transmisión asíncrona no existe un instante de tiempo determinado para transmitir; se mantiene la línea por ejemplo a 1 y se manda un bit de arranque y al final un bit de parada que delimitan cada carácter a transmitir. En la transmisión síncrona existe un reloj sincronizado entre emisor y receptor que determina el instante que se debe sondear la línea, por cada bloque de caracteres, se manda al principio un conjunto de bits de sincronismo y se termina con otro conjunto de bits al final del bloque. Transmisión serie y paralelo: se suele identificar con el modo de transmitir una palabra. Si se decide transmitir cada palabra instantáneamente, se necesitarán tantos circuitos como bits tenga la palabra, se realizará así la transmisión en paralelo. Si sólo se dispone de un circuito de comunicación para transmitir la información se enviará en serie la información bit a bit. Simultaneidad emisión-recepción: el emisor y el receptor pueden comunicarse o no simultáneamente en ambos sentidos, por ello tenemos los siguientes modos de transmisión: Simplex (SPX): la línea transmite en un solo sentido sin posibilidad de hacerlo en el otro. Semidúplex o half-dúplex (HDX): la línea transmite en ambos sentidos pero no simultáneamente. Dúplex o full-dúplex (FDX): la línea puede transmitir en ambos sentidos simultáneamente. 10

11 1.6 Protocolos de comunicación PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN Es el conjunto de convenios y reglas, tanto sintácticas, semánticas, como de procedimiento, que regulan el correcto intercambio de información entre varios equipos informáticos. Funciones de un protocolo: Administración del enlace: el protocolo debe gestionar cuándo el emisor debe empezar o terminar la comunicación, debe controlar si el receptor está disponible para establecer la comunicación, si ha habido alguna anomalía en la transmisión, etc. Transferencia de la información: el protocolo debe estructurar la información para poder ser enviada, por ejemplo en una serie de bloques predefinidos; cuando hay varias estaciones debe incluir una cabecera identificando el destino. Protección contra errores en la transmisión: se consigue empleando una serie de bits (establecidos por el protocolo), para detectar o corregir los errores posibles en la comunicación. Procedimiento de recuperación: los protocolos deben prever todas las situaciones en la que pueden encontrarse los interlocutores, por ejemplo, si no llegan los delimitadores de mensaje, si el receptor se desconecta antes de recibir todo el mensaje, etc. Adaptación al medio de transmisión: según el medio por el que se transmita la información, el protocolo debe decidir qué medidas tomar, por ejemplo, en transmisiones síncronas deben añadirse los correspondientes caracteres, se debe gestionar si el canal es dúplex o no, etc. Los protocolos, para atender a todos estos requerimientos, se dividen en capas o niveles dependiendo del nivel de comunicación al que estemos interconectando la información. Es decir, parece lógico separar por un lado el protocolo de transmisión de los bits para codificar los caracteres, y por otro lado por ejemplo, las decisiones que hay que tomar cuando se desconecta el receptor. Para regular el grado de funcionalidad de cada nivel de protocolo, y la forma de concatenarse cada una de ellas, se debe de estructurar de una forma muy precisa; esto lo ha realizado la Organización Internacional de Normalización (ISO), con el Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI). NOTA: Se recuerda que este texto NO son los apuntes de la asignatura, sólo corresponde a las transparencias guía expuestas en clase; pueden existir erratas que deberán ser contrastadas con los libros de texto o serán discutidas en clase. La materia requerida en la asignatura será la desarrollada en clase y la que aparece en la bibliografía del temario. 11

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