COMUNICACIONES DE DATOS. TRANSMISIÓN DE DATOS

Transcripción

1 TEMA 1 COMUNICACIONES DE DATOS. TRANSMISIÓN DE DATOS 1.1. Modelo simplificado de comunicaciones Objetivo: intercambiar información entre dos entidades. Modelo en bloques. Fig 1.1 Fuente o Genera los datos a ser transmitidos. Transmisor o Convierte los datos en señales capaces de ser transmitidas. Sistema de transmisión o Transmite los datos. Receptor o Convierte la señal recibida en datos. Destino o Toma y procesa los datos del receptor Tareas clave en sistemas de comunicación. Utilización del sistema de transmisión Implementación de la Interfaz Generación de la señal Sincronización Gestión del intercambio Detección y corrección de errores Control de flujo Direccionamiento y encaminamiento Tema 1 1

2 Recuperación Formato de mensajes Seguridad Gestión de red Comunicaciones de Datos Centrado en datos digitales, los datos generados por las computadoras. Fig 1.2 r( t) s( t) ==> g' ( t) g( t) --> errores Comunicación de datos a través de redes. Networking Las comunicaciones punto a punto no son usualmente prácticas o Los equipos están muy alejados o Cada equipo necesita conectarse con todo el resto. La solución es una red de comunicaciones. Fig. 1.3 Tema 1 2

3 Redes de Área Amplia (WAN) Área geográfica grande Cruzando derechos públicos de paso La transmisión se encamina a través de nodos internos Varias tecnologías o Conmutación de Circuitos o Conmutación de paquetes o Frame Relay o ATM o Otras Conmutación de Circuitos Caminos de comunicación establecidos durante la duración de la conversación Red Telefónica Conmutación de paquetes. Datos recibidos no necesariamente ordenados Los paquetes pasan de un nodo a otro desde la fuente al destino Usados para comunicaciones terminal a computador y computador a computador Frame Relay (Retransmisión de tramas). o Los sistemas de conmutación de paquetes tienen grandes sobrecargas para compensar errores. o Los sistemas modernos son mas fiables o Los errores suelen ser detectados en el destino o La mayoría de la sobrecarga para control de errores es eliminada ATM (Asynchronous Transfer Mode) o Evolución del Frame Relay o Pequeña sobrecarga para corrección de errores o Tamaño fijo del paquete. Celda. o De 10Mbps varios Gbps. o Evolución de la técnica de conmutación de paquetes usando tasas de datos constante RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). Conmutación de canales. RDSI o ISDN Diseñada para reemplazar los sistemas de telecomunicación públicos. Orientada a la conmutación de circuitos. Amplia variedad de servicios Totalmente digital Aprovechan la infraestructura de par trenzado División del ancho de banda en canales, multiplexación por división en el tiempo. o B: digital de 64 kbps para voz o datos o D: digital de 16 kbps para señalización. Combinación de canales: Tema 1 3

4 o 2B+D básico o 30B+D primario XDSL Varias tecnologías con el fin de mejorar la capacidad del bucle de abonado. HDSL, caro, 1 5 Mbps VDSL, en experimentación, depende de la distancia (300 m 55Mbps bidireccional) ADSL o Linea de Abonado Digital Asimétrica o Diferentes velocidades de subida y de bajada o Comercialmente 3 modalidades Básica: 128 kbps kbps Media: kbps Alta: 300 kbps 2 Mbps o Modulación por división de frecuencias 25 khz inferiores voz Mantiene la RTC. Resto se lo reparten los datos de subida y de bajada Redes de Área Local (LAN). Cobertura pequeña o Edificios o pequeños campus Normalmente propiedad de la misma organización que los dispositivos conectados a ella Tasas de datos muy altas. Normalmente redes basadas en sistemas de difusión. Ahora están siendo introducidos algunos sistemas conmutados y ATM. Gigabit Ethernet. Pueden llevar tecnologías muy complejas, Gigabit Ethernet, LANE, VLAN. Existen también en forma inalámbrica, WLAN. 1.3 Transmisión de Datos El éxito del sistema de transmisión de datos depende de la calidad de la señal y del canal Dos tipos de señales o Analógica: no se puede eliminar el ruido. o Digital: se puede eliminar el ruido. Se elimina la dependencia de la calidad de señal. Queda solo la calidad del canal. Se tiende a señales digitales Notación: Transmisor Receptor Medio: entorno por el cual se propaga la onda electromagnética o señal electromagnética. o Medios guiados Par trenzado, fibra óptica, coaxial Tema 1 4

5 o Medios no guiados Aire, agua, vacio Enlace directo: sin dispositivos intermedios, sólo amplificadores y repetidores. Sin encaminamiento. Telefonía en sí no es enlace directo, está hecha a base de enlaces directos en algunos tramos. Punto a punto o Enlace directo o Solo dos dispositivos comparten el enlace Multipunto: medio compartido. LAN. Simplex: una única dirección. TV. Half Duplex: solo una dirección al mismo tiempo. Radioaficionados. Full Duplex: ambas direcciones al mismo tiempo. Teléfono Frecuencia, espectro y ancho de banda Conceptos en el dominio del tiempo Señal continua: varía suavemente en el tiempo Señal discreta: cambia entre niveles constantes Fig. 1.4 Señal periodica: el modelo se repite en el tiempo Señal aperiodica: no se repite en el tiempo Tema 1 5

6 Fig. 1.5 Onda senoidal: o Amplitud de pico (A): máximo valor de la señal. Voltios. o Frecuencia (f): razón a la cual se repite. Hz. o Período=tiempo de una repetición (T) = 1/f o Fase (Φ ) : posición relativa en el tiempo. o Expresión general. s( t) = Asen(2π ft + θ ) = Asen( ωt + θ ) ω = 2πf ( rad / seg ) o Longitud de onda: Distancia ocupada en un ciclo Distancia entre dos puntos de igual fase en dos ciclos consecutivos. Asumiendo una velocidad de señal v ==> λ = vt λf = v c = 3*10 8 m / s Tema 1 6

7 Fig Conceptos en el dominio de la frecuencia Las señales están compuestas normalmente de muchas frecuencias Las componentes son ondas senoidales Se puede demostrar (análisis de Fourier) que cualquier señal está compuesta de ondas senoidales. Los efectos y fenómenos que suceden a las señales al transmitirse, se pueden expresar en el dominio de la frecuencia; esto es muy cómodo y mas intuitivo e ilustrativo. o Señal periódica: A 0 x( t) = + An cos(2π nf 0t) + Bnsen(2πf 2 n= 1 donde f 0 es la frecuencia fundamental o Señal no periódica: x( t) = X ( f ) = X ( f ) e x( t) e [ t) ] j2πft df j2πft dt 0 Tema 1 7

8 Fig. 1.7 Espectro y ancho de banda o Espectro: rango de frecuencias de una señal. o Ancho de banda absoluto: ancho del espectro o Ancho de banda efectivo: banda mas estrecha de frecuencias que concentran la mitad de la energía Componente contínua: componente de frecuencia cero. Tema 1 8

9 Fig. 1.8 Espectros de la suma, y del pulso. Fig. 1.9 Señal con componente contínua Tema 1 9

10 Velocidad de transmisión y ancho de banda o Cualquier sistema de transmisión tiene un limitado ancho de banda o Esto limita la velocidad de transmisión que soporta o Teorema de Nyquist. El número máximo de baudios (simbolos/seg) que se puede transmitir a través de un canal, no puede ser superior que el doble su ancho de banda. Para un canal sin ruido de ancho de banda finito. C = 2W log 2 M( bits/ seg) C=Velocidad máxima de transmisión W= Ancho de banda M=Número de estados posibles Transmisión de datos analógicos y digitales Datos: Entidad que contiene significado Señales: Representación eléctrica o electromagnética de los datos Transmisión: comunicación de datos por propagación y procesado de señales Datos Analógicos o Valores contínuos dentro de algún intervalo o Sonido, vídeo, etc Fig Espectro acústico Tema 1 10

11 Digitales o Valores discretos o Texto, enteros Señales Forma por la cual son propagados los datos Señales analógicas o Varían continuamente o Varios medios: cable, fibra óptica, vacío o BW voz: 100Hz 7kHz o BW teléfono: 300Hz 3400Hz o BW vídeo: 4MHz Señales digitales: usan dos componentes contínuas Datos y Señales Normalmente se usan señales digitales para datos digitales y señales analógicas para datos analógicos Datos digitales sobre señal analógica: módem Datos analógicos sobre señales digitales: CD audio. Fig Tema 1 11

12 Transmisión Analógica Señal analógica transmitida independientemente del contenido Pueden ser datos analógicos o digitales Atenuación con la distancia Uso de amplificadores para mejorar la señal, pero también se amplifica el ruido Transmisión digital Dependiente del contenido La integridad está en peligro por: ruido, atenuación, etc Se usan repetidores, no acumulan ruido. El repetidor: o Recibe la señal extrae el patrón de bits Retransmite. La atenuación es eliminada El ruido no es amplificado. Ventajas: o Tecnología digital: bajo costo de las tecnologías LSI/VLSI (Integración a gran escala/ integración a muy gran escala. o Integridad de los datos: mayores distancias sobre líneas de mas baja calidad. o Utilización de la capacidad Enlaces de gran ancho de banda mas económicos Gran facilidad de multiplexado con técnicas digitales. o Seguridad y privacidad: encriptado o Integración: Se pueden tratar datos analógicos y digitales de igual forma Perturbaciones en la transmisión La señal recibida puede diferir de la señal transmitida Señal analógica: degradación de la calidad de la señal Señal digital: bits erroneos Causas: o Atenuación y distorsión de la atenuación: La amplitud de la señal cae con la distancia: Precibida Atenuación( db) = 10log 10 Ptransmitid a Depende del medio La amplitud de la señal recibida: Debe ser suficiente para ser detectada Debe ser suficientemente mayor que el ruido para recuperar los datos sin errores. La atenuación es una función creciente con la frecuencia. (Efecto pelicular). o Distorsión de retardo Solo en medios guiados La velocidad de propagación depende de la frecuencia. Tema 1 12

13 La señal recibida está distorsionada debido al retardo variable que sufren sus componentes Espectro del medio no homogéneo. o Ruido Señales adicionales insertadas entre transmisor y receptor. Ruido térmico: Debido a la agitación térmica de los electrones Uniformemente distribuido Ruido blanco. Ruido de intermodulación: Señales que son la suma y la diferencia de las frecuencias originales. Diafonía o Crosstalk Una señal de una línea se introduce en otra Ruido impulsivo Pulsos irregulares o chasquidos Interferencia electromagnética externa; (líneas de alta tensión). Corta duración, gran amplitud Capacidad de canal Velocidad de transmisión o Velocidad a la cual los datos pueden ser transmitidos o Bits/seg Ancho de Banda o Limitado por el transmisor y el medio. o Ciclos por segundo o Hz. o Nyquist: C = 2W log 2 M( bits/ seg) C=Velocidad máxima de transmisión W= Ancho de banda M=Número de estados posibles o Shannon S Pseñal S ( ) db = 10log 10 C = W log 2 (1 + ) bits / seg N Pruido N Ejemplo: señal de voz o BW: Hz BW=3100Hz o S/N= 30dB o Shannon: C=30894 bps o Nyquist: M=16 símbolos como máximo. Bibliografía: Capítulos 1 y 3: W. Stallings Comunicaciones y Redes de Computadores. Tema 1 13