Tema 2-Nivel Físico
Tema 2 Nivel Físico Introducción Bases teóricas de la comunicación de datos. Medios de transmisión Multiplexación Repetidores Sistema telefónico RDSI de banda estrecha ADSL y DSL Otros: Radio 2
Nivel Físico: Introducción Contenido: Canales. Transmisión asíncrona y síncrona. Errores - probabilidad de error. Velocidad de transmisión.. Tipos de canales y equipos de transmisión. 3
Nivel Físico: Introducción El nivel físico se ocupa de la transmisión de bits. Datos 00111000 Canal Datos 00111000 Interfaz digital Transmisor Receptor Interfaz digital 4
Canales(I) analógicos y digitales La información analógica se puede convertir en digital y viceversa. Los canales pueden ser analógicos o digitales. En esta asignatura vamos a estudiar la transmisión digital independientemente del tipo de canal físico. Datos 00111000 CODEC Canal digital CODEC Datos 00111000 CANAL DIGITAL Datos 00111000 MODEM Canal analógico MODEM Datos 00111000 5
Canales.(II) Dirección de la comunicación: Simplex en una dirección. Dúplex (full-dúplex) ambas direcciones. Semi dúplex ambas alternativamente. o bien Transmisión serie y paralelo. Serie un bit detrás de otro. Paralelo varios bit a la vez. 10101100 0 0 1 0 0 1 1 1 6
Canales.(III) Transmisión síncrona y asíncrona.: Síncrona: el Tx y Rx. Comparten una referencia temporal: - El reloj de transmisión. Datos Reloj Asíncrona: el Tx y Rx no comparten una referencia temporal. - El receptor se sincroniza en cada carácter. - Ejemplo: la RS232. Datos Carácter Datos Carácter 7
Canales.(IV) Transmisión asíncrona : - Formato: A u.t. Datos P S Nivel marca 1 Nivel espacio 0 A Arranque (start) 1u.t. (unidad de tiempo) Datos de 5 a 8 bits 5 a 8 u.t. P Paridad: 0 a 1 u.t. (sin paridad, par, impar, marca(1) y espacio(0)) S parada (stop). 1 y 2 u.t. Velocidad de transmisión= 1/u.t. Eficiencia= bits útiles/bits totales 5/(5+4) Eficiencia asíncrona 8/(8+2) 8
Velocidad de transmisión: Velocidad de transmisión. Es el número de bits transmitidos por unidad de tiempo. A veces se denomina ancho de banda. Unidades: bps. (Bits por segundo), Kbps, Mbps y Gbps. 1 Mbps=10 6 bps. 1 Kbps=10 3 bps. CUIDADO: A veces se utilizan BYTES ( 1 byte =8 bits). 1 MBps= 2 20 Bps.= 8*2 20 bps 1 KBps= 2 10 Bps. Velocidad de transmisión efectiva. Es el número de bits útiles transmitidos por unidad de tiempo. 9
Errores El Tx transmite datos. El Rx recibe los datos + perturbaciones. Los errores son debidos a perturbaciones eléctricas y electromagnéticas en la línea. Probabilidad de error. P e = número de bits erróneos / número de bits recibidos. Podrá ser muy pequeña (P.Ejem. 10-8 a 10-20), pero no nula. Datos 00111000 Datos con ERRORES 00101000 TX RX Perturbaciones 10
Tiempo de transmisión: Es el tiempo que tarda un bit desde que empieza a transmitirse hasta que se ha transmitido completamente. Tiempo de transmisión de 1 bit: t 1bit = 1 bit /velocidad bps. Tiempo de transmisión de n bits: t nbit = n bit / velocidad bps. Generalmente nos interesa saber cuanto tarda en transmitirse una trama (n bits). 11
Velocidad de propagación: Las señales electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de la luz (c = 3*10 8 m/s). En otro medio se propaga a una velocidad inferior. v propagación = f*c. Donde c velocidad de la luz y f constante de propagación (alrededor de 0.5 y 0.6). Es independiente de la velocidad de transmisión. Es característica del medio de transmisión. 12
Tiempo de propagación: El tiempo de propagación es lo que tarda un bit en llegar a extremo de la línea. t propagación = L / v propagación. Donde L es longitud del canal. Retardo de recepción: Cuanto tarda una trama de n bits en ser recibida (completa) desde que se empieza a transmitir? T =t transmisión + t propagación. T = n bit V bps Lmetros + V m s trans prop / Si la velocidad de Tx es baja o el canal es corto, el t propagación es despreciable. 13
Tiempo de propagación: A veces se expresa la longitud del canal en tramas. Un canal de longitud una trama es aquel que cuando el primer bit de la trama llega al extremo, el último esta siendo transmitido. En este caso: t propagación =t transmisión. Para un canal de n tramas de longitud T =t transmisión + t propagación. = (1+ n) t transmisión 14
Bases teóricas de la comunicación. Señales elementales 15
Bases teóricas de la comunicación. Sinusoidal 16
Bases teóricas de la comunicación. Desarrollo en serie de Fourier Para señales periódicas g(t) = 2 c = T a b f n n 0 T o 2 = T 2 = T 1 = T 1 2 T o c + g(t)dt T o n= 1 a n g(t)sen( 2πnf sen( 2πnf t) + t)dt g( t)cos(2πnf t) dt 0 0 0 n= 1 b n cos( 2πnf 0 t) 17
Bases teóricas de la comunicación. Espectro Señales periódicas Señales no periódicas Ancho de banda A. de banda efectivo 18
Bases teóricas de la comunicación. Efecto del ancho de banda finito 19
Bases teóricas de la comunicación. Efecto del ancho de banda finito 20
Teorema de Nyquist 1924 Canal sin ruido y ancho de banda finito H velocidadmax = 2H log2 siendo V el número de niveles. V bps Teorema del muestreo Si esta se señal se muestrea f nyquist =2H es posible recuperar la señal original por completo. 21
Bases teóricas de la comunicación. Efecto sobre un CANAL REAL: Canal con ancho de banda finito y con ruido 22
Teorema de Shannon 1948 Canal con ruido y ancho de banda finito H S velocidad max = H log 2 (1 + ) N siendo S y N la potencia (w) de señal y ruido. bps El ruido se suele expresar en decibelios db S N db =10log S N 23
Ejemplo Ejemplo: niveles 100Mbps y 1Gbps (Ethernet 100BASET y 1000BASET). 24
Bases teóricas de la comunicación. 25
Medios de transmisión Clasificación: Transmisión por cable. - Medios magnéticos. - Par trenzado. - Cable coaxial. - Fibra óptica. Transmisión inalámbrica. - Por radio. - Óptica. 26
Medios de TX: Magnéticos Es frecuente transportar datos de un ordenador a otro mediante disquetes, cinta, CD-ROM o incluso intercambiando el HD. Bajo coste. Elevado ancho de banda. Elevado retardo de recepción. 27
Medios TX por cable: Par trenzado Dos hilos de cobre aislados y trenzados. Originario del teléfono. Trasmiten señales analógicas y digitales. Trata de reducir las interferencias. Ancho de banda varios Mbps a varios Km. Bajo coste del cable y de la electrónica de Tx. 28
Medios de tx por cable:par trenzado Se agrupan en mangueras de 4 a 256 pares. Los utilizados en redes son: UTP:(Unshielded twisted pair) Es como el que hemos visto. - UTP-CAT3 (categoria 3) Permiten la conexión de telefonos, datos a 10 Mbps y señal de video. - UTP-CAT5 (categoria 5) Ademas datos a 100 Mbps. El paso del trenzado es menor y el aislante es mejor. STP: (Shielded twisted pair) Par trenzado apantallado. Esta recubierto de una malla de blindaje. Original de IBM. Son más caros y les afectan las interferencias como a los UTP. 29
Medios de tx por cable:par trenzado Cableado estructurado: El cable UTP soporta voz, datos y vídeo. Se cablea todo el edificio para las necesidades futuras. Según se va necesitando se interconecta en un panel. P.Ejem. - Se da de alta una roseta de teléfono, - Se da de alta una toma de red, - Se traslada un teléfono etc. No es preciso poner nuevos cables. Se prefiere UTP-CAT5. 30
Cableado estructurado Racionalización del cableado. Independencia del fabricante. Comunicación de ordenadores y teléfono. También video. Sistema flexible. Sistema jerárquico basado en troncales entre armarios de comunicaciones y el área de trabajo. Facilidad de mantenimiento. Fiabilidad. 31
Cableado estructurado o cableado NO estructurado 32
Medios de tx por cable:cable coaxial. Dos conductores con el mismo eje de simetría. Buena inmunidad al ruido. Buen ancho de banda. Pequeña atenuación. 33
Medios de tx por cable:cable coaxial. Dificultad de montaje y de ramificación. Ramificación en T. Caro. Se prefiere la fibra óptica o el UTP. 34
Medios de tx por cable:fibra óptica. La transmisión se hace por luz: Destello de luz = 1. Ausencia de luz =0. A partir de un cierto ángulo la reflexión es total. El sistema se compone de: Emisor de luz (LED láser o LED). Fibra óptica. Fotodetector. Características: Magnífica inmunidad al ruido. Altísimo ancho de banda. Pequeña atenuación. Electrónica cara. Empalmes caros. 35
Medios de tx por cable:fibra óptica. Difracción 36
Medios de tx por cable:fibra óptica(ii). Pueden ser: Multimodo: hay varios caminos del rayo. Monomodo : solo hay un camino. El núcleo de la fibra es de menor diámetro ( 10µm). Permiten mayores velocidades. 30 Gbps a 1km. Es más difícil de fabricar. 37
Medios de tx por cable:fibra óptica(iii). 38
Medios de tx por cable:fibra óptica(iv). Empalmes: Hay distintos tipos según las necesidades. Ordenados por orden decreciente de atenuación: - Conectores especiales. - Empalme mecánico. - Soldadura por fusión de las dos fibras. 39
Medios de tx por cable:comparativa Coaxial. Cada vez se usa menos. Fibra óptica. Mayor capacidad para igual diámetro. Mejor inmunidad eléctrica. Cable de pares. Fácil de empalmar. Electrónica barata. 40
Medios de transmisión inalámbricos: Puede transmitirse por el vacío o por la atmósfera. Usan una parte de espectro electromagnético. 41
Medios de transmisión inalámbricos: Por radio. El espectro esta saturado, quedan pocas frecuencias libres: microondas. Necesitan una licencia del ministerio. Hay bandas libres para WLAN. Radioenlaces de microondas. - Propagación rectilínea. - No puede haber obstáculos. - Hasta unos 30 Km. - Bajo coste de la obra civil. 42
Medios de transmisión inalámbricos: Satélites: 43
Medios de transmisión inalámbricos: Comunicación óptica. Comunicación visual. Espectro no visible. No necesitan una licencia del ministerio. Desvanecimiento por lluvia, niebla y turbulencias. 44
Multiplexación. Se trata de aprovechar un canal de alta velocidad para transmitir canales afluentes de baja velocidad. Economía de escala. La suma de los afluentes ancho del canal. n salidas n entradas CANAL n entradas n salidas 45
Multiplexación. Puede ser: FDM. Por división en frecuencias (longitud de onda). TDM. Por división en el tiempo. 46
Mux por división en frecuencias. FDM como la TV o la radio (analógicas). Al mismo tiempo se tramiten todos los canales, pero en diferentes bandas. Apto para canales analógicos. 47
Mux por división en frecuencias. FDM (WDM). También con fibra óptica. 48
Mux por división en el tiempo. TDM. Utiliza la misma banda de frecuencias. El tiempo se reparte entre los afluentes. Apto para canales digitales. Puede ser: - TDM síncrona. - TDM aleatoria o estadística. 49
TDM síncrona. 50
TDM síncrona. Los datos de cada afluente se guardan en una memoria temporal FIFO. A cada afluente se le asigna una ranura de tiempo en que se transmite. Se sincroniza la multiplexión con la desmultiplexión. Si no hay datos para transmitir, esa ranura queda vacía. Podría usarse para otro afluente. Los ordenadores transmiten en ráfagas. 51
TDM aleatoria o estadística. No envía ranuras vacías. Debe añadir un campo de dirección D. (Pérdida de rendimiento). Suma velocidad efectiva afluentes velocidad efectiva canal. Velocidad efectiva del canal = velocidad del canal x eficiencia. eficiencia = longitud total datos longitud total datos + dirección A1 B1 A2 B2 A3 MULTIPLEXOR SÍNCRONO D A1 D B1 D A2 D B2 D A3 MULTIPLEXOR ALEATORIO Puede haber pérdidas de datos si transmiten todos los afluentes. 52
Repetidores En el mundo analógico cuando se amplifica una señal se amplifica también el ruido asociado. No es posible recuperar la señal original. Hay un deterioro. En el mundo digital se amplifica la señal y se regenera la forma de la onda: REPETIDOR. Se puede recuperar la señal original. El ruido se elimina. Es electrónico. No hay memoria (almacenamiento y reenvío). Es posible transmitir a mayores distancias. Ejem. No se aprecia cambio de calidad al llamar por teléfono a las antípodas o a la misma ciudad. 53
Sistema telefónico Evolución del sistema telefónico (a) (b) (c) Fig. 2-14. (a) Fully interconnected network. switch. (c) Two-level hierarchy. (b) Centralized 54
Sistema telefónico Jerarquía de centrales IXC #1's# toll office IXC #2's# toll office 1 2 IXC pop 1 2 1 2 1 2 Tandem# office To local loops End# office LATA 1 LATA 2 LATA 3 55
Sistema telefónico Bucle de abonado analógico # Telephone # End# office # Toll# office Intermediate# switching# office(s) # Toll# office # End# office # Telephone Local# loop Toll# connecting# trunk Very high# bandwidth# intertoll# trunks Toll# connecting# trunk Local# loop Fig. 2-15. Typical circuit route for a medium-distance call. 56
Sistema telefónico Bucle de abonado analógico para datos. 57
Sistema telefónico: Modem Modulación 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 (a) (b) (c) (d) Phase changes Fig. 2-18. (a) A binary signal. (b) Amplitude modulation. (c) Frequency modulation. (d) Phase modulation. 58
Sistema telefónico: Modem Modulación QAM Cancelación de eco Mejor aprovechamiento del canal. Misma banda para tx y rx: se pueden confundir. Fundamento Lo que B transmite es lo que recibe A menos el eco de lo que transmite A Redundancia/correccion/compresión 59
Digitalización de las comunicaciones. Teorema del muestreo. Voz+datos+ música+ imágenes. Datos más rápidos. Tecnología más barata. Mantenimiento. Servicios de valor añadido. 60
Digitalización de las comunicaciones. 61
RDSI de banda estrecha. Bucle de abonado digital Mismo cable de cobre. Equipo terminal de red. Bus pasivo. Terminales de usuario (<8). 62
RDSI de banda estrecha Centralitas RDSI Adaptadores POTS-RDSI 63
Interfaz RDSI (ISDN) Multiplexión TDM. RDSI básica - Canales: 2B (datos 64kbps)+D (señalización 16Kbps). - Permite 128kbps full dúplex. D (64 Basic rate (a) D (16 kbps) B1 to B2 Primary rate (b) B1 to or B3 # Fig. 2-42. (a) Basic rate digital pipe. (b) Primary rate digital pip La RDSI básica ha tenido poca penetración en el mercado. 64
Interfaz RDSI (ISDN) RDSI-primario(Europa) Canales: 30B (datos 64kbps)+D (señalización 64Kbps). 2048 Kbps 65
Jerarquía digital europea 66
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line 67
ADSL 68
ADSL (Europa) (USA) 69
xdsl 70
xdsl El ADSL es un miembro de la familia xdsl. Comparativa (xdsl-usa): 71
Otros 72
Otros LMDS local multicast distribution service (IEEE 802.16 man inalámbrica ) GSM, GPRS, UMTS 73
Power Line Communication PLC power line (carrier) communication PLC utiliza la red de electricidad de la casa que ya existe. El circuito de electricidad de 230V es la infraestructura para la red de datos. PLC provides the following: Last mile for utilities Last 100 yards for XDSL, Cable Modems and Utilities In-Home LAN for consumers New Revenue Stream for Power Utilities 74