TEMA 5 REDES DE COMUNICACIONES DIGITALES. 1 Sistem Básico de Comunicciones. Redes de Comunicción...1 2 El Multiplexdo...3 3 L Conmutción...4 4 Ls Redes de Acceso...5 5 Fuentes de Informción...6 6 El Codificdor de Fuente...7 7 Crcterístics de los Cnles de Trnsmisión...7 8 Cpcidd del Cnl...8 9 Arquitectur de Comunicciones...8 10 Fibilidd. Control de Errores...12 11 Control de Flujo...14 12 Un Ejemplo de Codificción: Ls Comuncciones Serie...14 13 Tipos de Comunicciones...15 14 Entrmdo de l Informción...17 15 Clsificción de ls Redes...18 16 Crcterístics de l Telecomunicción...19 1 SISTEMA BÁSICO DE COMUNICACIONES. REDES DE COMUNICACIÓN Los sistems ctules de telecomunicción tienen por misión l trnsferenci fible de informción entre un o vris fuentes de informción y uno o vrios destintrios medinte señles electromgnétics. Un definición de telecomunicción l d l UIT (Unión Interncionl de Telecomunicciones) 1 que l define como tod emisión, trnsmisión y recepción de signos, señles, escritos e imágenes, sonidos e informciones de culquier tipo por hilo, rdioelectricidd, medios ópticos u otros sistems electromgnéticos. Un sistem básico de comunicciones está compuesto por un emisor o fuente de informción, un cnl y un receptor. El cnl es un medio físico que trnsmite l informción entre l fuente y el receptor, crcterizándose por el ncho de bnd, el ruido (imperfecciones letoris del medio) y ls distorsiones (imperfecciones determinists). Físicmente el cnl está compuesto por un red de trnsporte, conmutción y multiplexdo y un red de cceso. El medio físico más usul pr construir ests redes es el cobre, l fibr óptic o el ire. En los dos primeros csos estmos hblndo de medios lámbricos, mientrs que el último es inlámbrico. L red de cceso incluye lo que se conoce típicmente como ADSL (Asymmetricl Digitl Subscriber Line, o Líne de Subscripción Asimétric Digitl) 2, RDSI (Red Digitl de 1 Interntionl Telecommunictions Union -- ITU (Unión Interncionl de Telecomunicciones) Agenci de ls Nciones Unids que coordin los diversos estándres ncionles de telecomunicciones de form que ls persons puedn comunicrse entre sí independientemente del pís donde vivn. 2 Asymmetricl Digitl Subscriber Line -- ADSL (Líne de Subscripción Asimétric Digitl) Tecnologí de trnsmisión de tipo xdsl, que permite los hilos telefónicos de cobre convencionles un lt velocidd de INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 1 de 21
Servicios Integrdos o ISDN, Integrted Services Digitl Network 3, PPP (Protocolo Punto Punto o Point-to-Point Protocol) 4, Ethernet 5 o WAP (Wireless Appliction Protocol o Protocolo de Aplicción de Telefoní Inlámbric) 6. Emisor Red de Acceso: ADSL, RDSI, PPP, Ethernet, WAP Red de trnsporte, conmutción y/o multiplexdo ATM, Ethernet, RTC, etc Red de cceso Receptor Figur 1. Digrm de bloques de un sistem de telecomunicción. L red de trnsporte nivel físico (cobre, fibr óptic, rdioenlce, etc...) es lo que conocemos nivel de enlce como Ethernet, ATM (Asynchronous Trnsfer Mode o Modo de Trnsferenci Asíncron) 7, RTC (Red Telefónic Conmutd) 8 o nivel de red como Internet 9. L red de trnsporte, multiplexdo y conmutción tiene l misión de trnsportr l informción grndes distncis uno o vrios destinos, optimizndo l trnsmisión y segurndo su fibilidd (trnsporte), buscndo el cmino entre nodos (conmutción) bse de comprtir el cnl entre vrios usurios (multiplexdo). trnsmisión. Es l más utilizd ctulmente y se denomin simétric porque permite más velocidd en l recepción de dtos por prte del usurio que en l emisión de dtos por éste. 3 Integrted Services Digitl Network -- ISDN (RDSI,Red Digitl de Servicios Integrdos ) Tecnologí de trnsmisión que combin servicios de voz y digitles trvés de l red en un solo medio, hciendo posible ofrecer los clientes servicios digitles de dtos sí como conexiones de voz trvés de un solo 'cble', con un velocidd máxim de trnsmisión de 128 Kbps. Los estándres de l ISDN los especific l Interntionl Telecommunictions Union (ITU). 4 Point-to-Point Protocol -- PPP (Protocolo Punto Punto) Protocolo pr comunicciones entre ordendores medinte un interfz de serie. Utiliz el protocolo Internet. 5 Ethernet - Sistem de red de áre locl de lt velocidd. Se h convertido en un estándr de red corportiv. 6 Wireless Appliction Protocol -- WAP (Protocolo de Aplicción de Telefoní Inlámbric) Protocolo que permite los usurios de teléfonos móviles el cceso servidores web especilizdos, visulizndo l informción en el visor del teléfono. 7 Asynchronous Trnsfer Mode -- ATM (Modo de Trnsferenci Asíncron) Estándr que define l conmutción de pquetes (cells-- celds o céluls) de tmño fijo con lt crg, lt velocidd (entre 1,544 Mbps. y 1,2 Gbps) y signción dinámic de ncho de bnd. ATM es conocido tmbién como pquete rápido (fst pcket). 8 Red Telefónic Conmutd -- RTC Red de teléfono diseñd primordilmente pr l trnsmisión de voz, unque pued tmbién trnsportr dtos, como es el cso de l conexión Internet trvés de l red conmutd. 9 Internet (L Red,Internet ) Red de telecomunicciones ncid en 1969 en los EE.UU. l cul están conectds centenres de millones de persons, orgnismos y empress en todo el mundo, myoritrimente en los píses más desrrolldos, y cuyo rápido desrrollo está teniendo importntes efectos sociles, económicos y culturles, convirtiéndose de est mner en uno de los medios más influyentes de l llmd Sociedd de l Informción y en l Autopist de l Informción por excelenci. Fue conocid como ARPANET hst 1974. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 2 de 21
@1 Ethernet p2 p1 @ 2 desde @1 (por p1 decidido por este nodo de l red) [... dtos... ] ADSL @2 Figur 2. Esquem de envío de dtos desde l dirección @1 l dirección @2. El cmino p1 seguir se decide internmente en l red 2 EL MULTIPLEXADO El mecnismo de comprtir un medio físico, un recurso, entre vrios usurios se denomin multiplexdo. Básicmente existen dos tipos de multiplexdo el temporl y el frecuencil. L técnic de multiplexdo que comprte los recursos temporlmente se denomin TDM (Time Division Multiplexing). En este cso el medio físico sólo es utilizdo instntánemente por un único usurio. Por ejemplo, un crril de un utopist (el recurso) es comprtido temporlmente por vrios vehículos que circuln uno detrás de otro por el crril. En este ejemplo, el crril multiplexrí temporlmente vrios usurios. En el cmpo de ls redes y servicios, el servicio de telefoní utiliz el multiplexje temporl pr trnsmitir vris conversciones telefónics sobre un mismo medio físico, que costumbr ser de cobre. L informción de cd uno de los usurios circul secuencilmente sobre el mismo medio físico. c n l c n l c n l c n l c n l c n l c n l 1 2 3 1 2 3 1 v=n v tx txi Multiplexdo temporl TDM Tiempo TDM...... t 1 t 2 t 3 t n t 1 t 2 t 3 t n t INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 3 de 21
Figur 3. Esquems del multiplexdo TDM. Se dej de trnsmitir el cnl 1 pr empezr trnsmitir el cnl 2, y sí sucesivmente, pero mnteniendo el sincronismo, sin sufrir ningún tipo de demors, es decir: t 1 =t TOTAL /n, por lo que l velocidd totl del medio debe ser n (el número de cnles) veces, l velocidd de cd cnl: v tx_cnl =n v tx_i Ejemplo: Tiempo de trnsmisión de 1 bit: T bit =0.1 µs Velocidd necesri del medio pr trnsmisión de tres cnles? V tx_cnl =3/0.1 µs=3 10 7 bit/s=30 Mbps c 1 c 2 c 3 MX TDM v tx_cnl =3 v tx_i Tmbién existe l posibilidd que vrios usurios utilicen un recurso simultánemente. L informción de cd usurio vij prlelmente en diferentes cnles. En este cso hblmos de multiplexdo frecuencil que se denomin FDM (Frequency Division Multiplexing). Frecuenci BW TOTAL =n BW ci f 3 cnl 3 c 2 c i c n c 1...... f 2 cnl 1 FDM f BW ci f 1 cnl 2 Multiplexdo frecuencil FDM Tiempo Figur 4. Esquems del multiplexdo FDM. El espcio como medio de trnsporte de ls onds hertzins, permite l trnsmisión de vris emisiones rdiofónics simultánemente. Nuestros receptores rdiofónicos son cpces de sintonizr uno de los diversos cnles FM o AM posibilitndo l udición de uno de los progrms que se emiten prlelmente en el tiempo. 3 LA CONMUTACIÓN Ls técnics de conmutción posibilitn l existenci de un cmino óptimo entre el emisor y el receptor pr trnsportr informción. Los conmutdores son los dispositivos que permiten dirigir los mensjes hci el destino, interconectdos trvés de enlces. Ls tbls de encminmiento relcionn puertos de entrd y puertos de slid, señlndo (encminndo) l tryectori de los pquetes de dtos. Ests tbls deben ctulizrse periódicmente tendiendo los cmbios que puedn producirse en el comportmiento INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 4 de 21
de l red. Ls técnics de conmutción eligen un cmino óptimo entre el emisor y el receptor pr trnsportr informción. Los dispositivos físicos de conmutción son los conmutdores (switches) y los encmindores o routers 10. @ d4 p1 @ destino 1 p2 @ d3 @ destino 2 @ d1 p1 @ d2 p1 @ d3 p2... Figur 5. Conmutdores que encminn dtos entre puertos de entrd y slid 4 LAS REDES DE ACCESO Ls redes de cceso interconectn los usurios o destintrios con l red de trnsporte. Cubren uns distncis del orden de metros lgunos kilómetros, utilizndo medios lámbricos o inlámbricos. Normlmente l red de cceso d servicios un usurio o un grupo reducido de usurios. En este último cso el medio físico se multiplex entre todos los usurios que lo comprten, necesitándose lgún tipo de regl pr su utilizción. Ests regls o modos de introducir informción en l red de cceso se denominn protocolos de cceso l medio. Por ejemplo, los crriles de entrd un utopist son ls redes de cceso l red de trnsporte, que es el tronco centrl de l utopist. Los vehículos pueden entrr si respetn un Ced el Pso. Est regl define el mecnismo de cceso l medio. L red de cceso del servicio de telefoní se denomin bucle de bondo. El bucle de bondo está compuesto por un pr de cobre que conect cd usurio con l centrl telefónic más próxim. En este cso cd pr de cobre sólo es utilizdo por un único usurio, desprovechándose el recurso cundo no existe un conversción telefónic. El servicio de telefoní móvil se bs en un red de cceso inlámbric que se comprte entre vrios usurios, todos quellos que mntienen un sesión y están bjo l cobertur de l mism celd. Tnto l telefoní móvil como l fij utilizn multiplexdo temporl. 10 router ( encmindor, direcciondor, enrutdor ) Dispositivo que distribuye tráfico entre redes. L decisión sobre donde envir los dtos se reliz en bse informción de nivel de red y tbls de direccionmiento. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 5 de 21
EPSC Ethernet ADSL cs Internet en rigor no es un red de cceso, pero cumple sus funciones @ destino 2 Figur 6. Conexión entre los servidores Web de l EPSC e Internet 5 FUENTES DE INFORMACIÓN Ls fuentes de informción genern mensjes que generlmente se trnsportn eléctricmente u ópticmente. Los mensjes se pueden generr de form continu o discret. Un texto está formdo por un conjunto de símbolos definidos en un lfbeto que const de números, vocles y consonntes. En este cso el texto se puede similr l mensje emitido por un fuente textul que emite símbolos definidos sobre un lfbeto lfnumérico compuesto por números, vocles y consonntes. Ls fuentes discrets lnzn mensjes en instntes predetermindos y de form periódic. Los boletines rdiofónicos de noticis emiten informciones cd hor. Se podrín similr fuentes discrets cuyo periodo es de un hor. Ls fuentes continus genern informción continumente. Si similmos un reloj un fuente, ls mnecills de ls hors, minutos y segundos nos entregn continumente l informción horri. Ls fuentes de informción se pueden clsificr en digitles y nlógics. Ls primers genern mensjes definidos sobre lfbetos de un número de símbolos finito, mientrs que ls segunds mnejn lfbetos infinitos. Un fuente lfnuméric es digitl en l medid que emite mensjes que se cren prtir de un lfbeto de 128 elementos, vocles y consonntes myúsculs y minúsculs, números, crcteres de puntución, etc. Ls fuentes más usules son ls binris definids sobre lfbetos de dos símbolos Los ltímetros se pueden socir fuentes nlógics y que nos indicn instntánemente l ltitud en metros. Los cnles pueden trnsportr o trnsmitir tnto señles nlógics como digitles. Precismente, medinte los dispositivos electrónicos digitles, ls señles digitles se pueden procesr lmcenr y regenerr fácilmente, ofreciendo todo un conjunto de ventjs y prestciones que ls hcen superiores ls señles nlógics. Por ejemplo es imposible regenerr l señl de TV lmcend en un cint de vídeo, en cmbio es fctible regenerr un señl digitl procedente de un medio de trnsmisión. En l ctulidd los sistems que permiten el procesdo, el lmcenmiento y l trnsmisión fible de informción digitl se denominn sistems telemáticos. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 6 de 21
Ddo que los sistems de telecomunicción se bsn en l utilizción de señles eléctrics, será necesrio incluir un subsistem trnsductor con el objetivo de recoger tod l informción en lenguje humno que se quier envir y trducirl un lenguje eléctrico. Algunos ejemplos de trnsductores son los micrófonos, que convierten l presión sonor en señl eléctric de udio, l cámr de vídeo, cpz de recoger los fotones de un escen y convertirlos en un señl eléctric, el escáner que digitliz textos o contenidos impresos o un tcómetro de un motor que convierte l velocidd de giro en un señl eléctric. De form nálog en el receptor, generlmente existe un trnsductor que convierte el mensje de tipo eléctrico un informción inteligible por el ser humno. Por ejemplo los ltvoces ctún como trnsductores que convierten ls señles eléctrics en onds de presión que serán procesds por el sistem uditivo humno, o los tubos de imgen TRC que trducen l señl eléctric escens visules. 6 EL CODIFICADOR DE FUENTE Ls fuentes de informción costumbrn generr mensjes que contienen informción redundnte, que se lmcen o se trnsmite por un cnl de form innecesri. En l medid de lo posible es interesnte eliminr tods ls redundncis con el objetivo de optimizr el espcio de lmcenmiento o reducir l velocidd de trnsmisión. Fuente de informción Trnsductor Codificdor de fuente Codificdor de cnl Moduldor Generdor de informción Trnsform l Informción de l fuente bits Elimin l informción redundnte e irrelevnte Figur 7. Digrm funcionl de un emisor. Añde nuev informción redundnte pr protegerse contr errores del cnl (por ejemplo el bit de pridd) Adpt l señl codificd l cnl Los dispositivos que eliminn l informción redundnte de los mensjes se denominn codificdores de fuente o compresores. 7 CARACTERÍSTICAS DE LOS CANALES DE TRANSMISIÓN Los cnles de trnsmisión trnsportn l informción de los usurios trvés de onds electromgnétics. Ls modulciones son un conjunto de mecnismos que posibilitn l fuente y l destintrio introducir y extrer l informción del cnl. Los moduldores y desmoduldores son dispositivos que implementn ls técnics de modulción. Los moduldores y desmoduldores dptn l fuente y el receptor l cnl, de modo que l informción pued vijr óptimmente. Los cnles se pueden crcterizr por l velocidd de trnsmisión de los mensjes, que en los sistems digitles se expres en bits por segundo, el ncho de bnd y el ruido. El ncho de bnd nos indic l velocidd de trnsferenci de l energí y se expres en INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 7 de 21
hertzios (Hz). El servicio de telefoní ofrecido por l Red Telefónic Básic (RTC) tiene un ncho de bnd de 300 3400 Hz. El ncho de bnd tmbién nos indic en qué porción del espectro está confind l energí de l informción que se dese trnsmitir o procesr. El ruido es inherente todo medio físico. Existen diversos tipos de ruido, térmico, impulsivo, etc. Culquier dispositivo posee un ruido térmico debido l movimiento electrónico, que se sum l informción trnsmitid por l fuente enmscrndo el mensje. Los cnles pueden distorsionr ls señles imposibilitndo en los csos extremos l recuperción de los mensjes por prte del receptor. 8 CAPACIDAD DEL CANAL En los sistems de comunicciones l velocidd de trnsmisión (v tx en bits/s o bytes/s) está limitd por ls crcterístics del medio físico y de l fuente de trnsmisión. L máxim velocidd de trnsmisión (independiente del sistem de codificción empledo) se denomin cpcidd del cnl y es función del ncho de bnd del cnl, de l potenci de ruido y de l potenci con que l fuente emite un mensje. L cpcidd que se expres en bits por segundo es C = W log 2 (1+P señl /P ruido ), donde W es el ncho de bnd y P señl, P ruido son ls potencis de señl y ruido respectivmente. L red de cceso de l red telefónic básic está constituid por un pr de cobre que enlz el teléfono con l centrl locl, siendo el ncho de bnd de 3100 Hz. y l relción de potencis P señl /P ruido de 30 db. Hllr l cpcidd máxim que ofrece el bucle de bondo expresdo en bits por segundo. 30 db= 10 log 10 P señl /P ruido P señl /P ruido =10 30/10 =10 3 C=3100 log 2 (1+10 3 )=3100 log 10 (1+10 3 )/ log 10 (2)=30898,4 bps 9 ARQUITECTURA DE COMUNICACIONES Pr poder nlizr o diseñr un sistem de telecomunicción se requiere dividir el sistem en subsistems menos complejos que relicen un grupo de funciones dentro de un mismo nivel. En 1980 l ISO 11 plnteó un rquitectur, llmd OSI (Open Systems Interconnection), 12 de siete niveles, físico, enlce, red, trnsporte, sesión, presentción y 11 Interntionl Orgniztion for Stndrdiztion -- ISO (Orgnizción Interncionl pr l Normlizción) Orgnizción de crácter voluntrio fundd en 1946 que es responsble de l creción de estándres interncionles en muchs áres, incluyendo l informátic y ls comunicciones. Está formd por ls orgnizciones de normlizción de sus píses miembros. 12 Open Systems Interconnection -- OSI (Interconexión de Sistems Abiertos) Modelo de referenci diseñdo por comités ISO con el objetivo de convertirlos en estándres interncionles de rquitectur de redes de ordendores. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 8 de 21
plicción, que desempeñn distints funciones en l trnsmisión de dtos dentro de un red de comunicciones. Nivel de plicción Nivel de presentción Aplicción de lo que puede hcerse con el lenguje Nivel de sesión Nivel de trnsporte Nivel de red Nivel de enlce Nivel físico Lenguje de comunicción pr buscr cminos (cp 3) y segurr l fibilidd (cp 4) TCP/IP (cceso) - Soporte físico: hy un cnl y funcion Figur 8. Niveles de l rquitectur OSI de l ISO. El nivel inferior de l OSI es el nivel físico y el superior el nivel de plicción. L OSI se crcteriz porque cd nivel recibe servicios solmente del nivel inferior. Est clsificción no se sigue con totl exctitud en l práctic, TCP/IP 13, por ejemplo, es un pil simplificd (Ethernet). Son niveles trnsprentes en el sentido que el usurio no los ve, del mismo modo cundo no se ve (no se es consciente) ni el lenguje ni el cnl empledo (encpsulmiento). En Internet: o Nivel de Trnsporte: TCP o Nivel de Red: IP 14 o Aplicciones: http 15, smtp 16 /pop 17, ftp 18, telnet 19... 13 Trnsmission Control Protocol/Internet Protocol -- TCP/IP (Protocolo de Control de Trnsmisión/Protocolo Internet) Sistem de protocolos en los que se bs buen prte de Internet. El primero se encrg de dividir l informción en pquetes en origen, pr luego recomponerl en destino, mientrs que el segundo se responsbiliz de dirigirl decudmente trvés de l red. 14 Internet Protocol -- IP (Protocolo Internet) Conjunto de regls que reguln l trnsmisión de pquetes de dtos trvés de Internet. L versión ctul es IPv4 mientrs que en el proyecto Internet2 se intent implementr l versión 6 (IPv6), que permitirí mejores prestciones dentro del concepto QoS (Qulity of Service). 15 HyperText Trnsfer Protocol -- HTTP (Protocolo de Trnsferenci de Hipertexto) Protocolo usdo pr l trnsferenci de documentos WWW. 16 Simple Mil Trnsfer Protocol -- SMTP (Protocolo Simple de Trnsferenci de Correo) Protocolo que se us pr trnsferir correo electrónico entre ordendores. Es un protocolo de servidor servidor, de tl mner que pr cceder los mensjes es preciso utilizr otros protocolos. 17 Post Office Protocol -- POP (Protocolo de Oficin de Correos) Protocolo diseñdo pr permitir sistems de usurio individul leer correo electrónico lmcendo en un servidor. L Versión 3 es l más reciente y más utilizd, llmd POP3. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 9 de 21
y ls comunicciones siempre se relizn conforme un rquitectur cliente/servidor (un cliente pide un servicio que es ofrecido por el servidor). Ethernet IP TCP HTTP cliente http TCP extremo extremo servidor http TCP IP IP IP IP IP ATM ATM ADSL nodo 1 pto pto r1 r2 r3 Ethernet Figur 9. Ejemplo de conexión según el protocolo TCP/IP nodo 1 cs r1 r2 r3 nodo 2 EPSC routers Nivel físico - Define ls crcterístics mecánics y eléctrics de los medios físicos de trnsmisión. - Tipo de interfces entre dispositivos: Conectores, etc. - Crcterístics mecánics: Tmño, configurción, etc. - Crcterístics eléctrics: Potenci eléctric, de ruido, etc. - Tipo de medio físico: Cobre, fibr óptic, cble coxil. - Ls uniddes visibles en este nivel son los bits de informción. Nivel de enlce - Tiene l misión de envir l informción digitl fiblemente entre dos puntos próximos (dycentes). - El nivel de enlce grup l informción en trms de longitud fij o vrible enviándols fiblemente un destino próximo. - Reliz tres de envío de informción, control de errores y control de flujo. - Los dispositivos físicos que encminn l informción entre puntos dycentes se 18 File Trnsfer Protocol -- FTP (Protocolo de Trnsferenci de Ficheros) Protocolo que permite un usurio de un sistem cceder, y trnsferir desde, otro sistem de un red. FTP es tmbién hbitulmente el nombre del progrm que el usurio invoc pr ejecutr el protocolo. 19 Telnet (Telnet) Telnet es el protocolo estándr de Internet pr relizr un servicio de conexión desde un terminl remoto; hoy es poco utilizdo. Es un crónimo de tele network. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 10 de 21
denominn puentes o bridges. - Ls uniddes visibles en este nivel son ls trms de informción. Nivel de red - Este nivel se encrg de hllr un cmino optimo, de menor coste, entre el emisor y el o los receptores de informción (en redes conmutds). - El coste de un cmino puede ser retrdo, ncho de bnd, seguridd, coste económico, etc. - Los protocolos que dentro del nivel de red tienen l misión de encminr o enrutr se denominn protocolos de encminmiento. - Los dispositivos físicos que encminn l informción se denominn routers o encmindores. - Ls uniddes visibles en este nivel son los pquetes de informción. - Un vez encontrd un rut entre el emisor y el receptor se trnsmiten los pquetes sin fibilidd extremo-extremo. Nivel de trnsporte Nivel de sesión Nivel de presentción Nivel de plicción - Este nivel suministr el trnsporte de pquetes de informción entre el emisor y el receptor fiblemente. Es decir, culquier informción digitl se trnsmite por el cnl y lleg l destino libre de errores y ordend. - El nivel de trnsporte reliz un control de flujo, control de congestión y control de errores extremo-extremo con el objetivo de ocultr l red los niveles superiores, que ven l red como un túnel que une el emisor con el receptor, de modo que l informción se trnsport fiblemente de uno otro extremo. - Ls uniddes visibles en este nivel son los mensjes. - Los dispositivos físicos de este nivel y superiores son ls psrels o gtewys. - Gobiern el dilogo de l comunicción, bre un dilogo, lo control y lo cierr. - Inicilmente l fuente llm l destino negociándose los prámetros de l comunicción (velocidd de trnsmisión, tipo de dilogo, etc.). Posteriormente se bre el cnl de comunicción y se inici l trnsmisión de l informción, controlándose el estdo de l trnsmisión. - Finlmente, un vez finlizdo el envío de l informción, el nivel de sesión cierr ordendmente l comunicción. - El cnl que control l comunicción (pertur, mntenimiento y cierre) se denomin cnl de señlizción. - Este nivel present l informción l usurio en un formto inteligible. Tiene por misión el intercmbio de formtos de l informción. - En el cso que un fuente de informción generse crcteres lfnuméricos el nivel de sesión relizrí un intercmbio de modo que cd crácter lfnumérico lo representrímos en un lfbeto binrio. - El nivel de presentción el receptor relizrí l función contrri intercmbirí los bits por crcteres. - Este nivel trt con ls plicciones de usurio. - Cd plicción present un interfície person-máquin o máquin-máquin que es el vínculo de conexión entre el usurio y l plicción. - Existen diverss plicciones de dtos, voz, correo electrónico, nvegdores, etc. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 11 de 21
cliente Aplicción TCP IP Acceso extremo extremo pto pto trnsprentes: trzn el cmino entre emisor y receptor (el usurio no los ve ) 10 FIABILIDAD. CONTROL DE ERRORES En un sistem telemático, los receptores reconstruyen el mensje emitido por l fuente eliminndo o mitigndo ls imperfecciones del cnl (ruido y distorsiones) que se sumn l señl recibid. Ests imperfecciones del cnl producen errores en l señl reconstruid que tienen que ser detectdos y corregidos. El conjunto de técnics que permiten l detección y corrección de errores se denominn códigos detectores y correctores de errores. Generlmente en ls redes de pquetes clásics ls técnics de detección de errores se bsn en djuntr l mensje originl un informción extr o redundnte, que permit l receptor de informción detectr l existenci de errores. R = f (dtos) Fuente de dtos L informción se divide en bloques de m bits EMISOR + Dtos n bits R Codificdor de cnl Figur 10. Esquem de un codificdor de cnl de tipo bloque (n, m). L longitud de los dtos es de m bits y l longitud totl de l trm n bits. L informción redundnte (R) se obtiene procesndo l informción originl medinte un función mtemátic o lgoritmo f (dtos). Est función f () puede plicrse de form periódic sobre los dtos de usurio es decir, l informción originl se troce en bloques de longitud fij, clculándose pr cd uno de ellos un redundnci de longitud fij. A este tipo de códigos de cnl se les denomin códigos bloque. En l figur se muestr un esquem de un codificdor de tipo bloque (n, m). El mensje emitido por l fuente se troce de m en m bits formndo l slid bloques de m bits que están compuestos por los dtos de usurio (m bits) y l redundnci (n-m bits). INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 12 de 21
Bloque de informción recibid Dtos R Se clcul l redundnci R = f (dtos) Se compr R y R si mbos son igules los dtos deben ser correctos Descodificdor de cnl RECEPTOR Figur 11. Esquem de un descodificdor de cnl de tipo bloque. Tmbién existe l posibilidd de codificr l informción de form continu. Pr ello l informción originl se le ñde permnentemente l informción redundnte. En este cso se hbl de codificción convolucionl. L informción generd por el codificdor de cnl se introduce l moduldor pr ser dptd y trnsmitid l medio físico de trnsmisión. En el receptor, el desmoduldor dpt l señl recibid del cnl l descodificdor de cnl que tiene por misión reconstruir el mensje emitido por l fuente ser posible libre de errores. Los descodificdores se construyen con funciones mtemátics o lgoritmos que relizn funciones o procedimientos inversos los relizdos por los codificdores de cnl. L complejidd, eficienci y bondd de estos dispositivos depende de un buen elección de ls funciones de codificción. Pr reconstruir el mensje originl los descodificdores pueden empler dos mecnismos el FEC (Forwrd Error Control) y el ARQ (Automtic Repet request). En ls técnics FEC l informción redundnte es suficiente pr detectr y corregir los errores y reconstruir el mensje originl. Ls técnics ARQ detectn l existenci de errores en l informción reconstruid, de modo que en el cso de detectr un bloque erróneo solicitn l emisor su reenvío. Los mecnismos ARQ emplen códigos bloque y necesitn un cnl de retorno que interconecte el receptor con el emisor que sirve pr comunicr el reenvío del bloque erróneo. Los mecnismos ARQ se utilizn en los sistems de trnsmisión de dtos convencionles que disponen de cnles de retorno como son, ls redes de áre locl, Internet, etc. Los mecnismos FEC requieren procesos de cálculo complejos y no necesitn cnles de retorno. Se plicn en los nuevos sistems de trnsmisión de dtos como son l emisión de cnles de TV digitl terrestre (Digitl Video Brodcsting) bsdos en el estándr MPEG II 20. L plicción de ests técnics se h inicido en l décd de los 90 grcis 20 Motion Picture Experts Group -- MPEG (Grupo de Expertos en Películs) Sistem de codificción digitl de imágenes en movimiento. L versión 2 de este estándr permite un buen nivel de compresión del espcio que ocupn dichs imágenes en soportes digitles. MPEG-1 Audio Lyer-3 -- MP3 (Estrto de Audio 3 de MPEG-1) Método de grbción y reproducción digitl de udio que permite un buen clidd de sonido, teniendo los ficheros obtenidos un tmño rzonble. Su rápid populrizción trvés de Internet h cusdo grve preocupción ls empress del rmo y los orgnismos encrgdos de l protección de los derechos de utor. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 13 de 21
l disponibilidd de dispositivos microelectrónicos y procesdores de comunicciones que permiten el procesdo de l informción en tiempo rel. 11 CONTROL DE FLUJO Son unos procedimientos que evitn el desbordmiento del receptor prtir del control de l ts del emisor. En el cso que el cnl este libre de errores ningun trm se puede perder, llegr fuer de orden o tener errores. El mecnismo de control de flujo más simple es el de prd y esper. Trm 1 Trnsmisión de un trm Reconocimiento positivo Tiempo propgción t p Tiempo de trnsmisión de un trm t t Tiempo proceso, t proceso Tiempo trnsmisión del reconocimiento t conf Trm 2 tiempo Figur 12. Mecnismo de control de flujo de prd y esper. 12 UN EJEMPLO DE CODIFICACIÓN: LAS COMUNCACIONES SERIE Ls comunicciones serie son uno de los mecnismos de telecomunicción digitl más comúnmente empledos entre dos dispositivos de trnsmisión de dtos cuy proximidd es del orden de lgun decen de metros. Ls comunicciones serie se utilizn pr trnsferir ficheros (informción digitl) entre dos PC trvés de sus puertos serie, o trnsferir informción entre un PC y un módem (Modultor-DEModultor), entre otrs plicciones. Según l rquitectur OSI este protocolo podrí residir en los niveles físico, de enlce y de trnsporte, pero no de red, y que no necesit trbjr con direcciones. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 14 de 21
Inicio trm Informción usurio Pridd pr Fin trm Inicio trm Informción usurio Pridd impr Fin trm 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Pridd pr Figur 13. Ejemplos de cálculo de pridd pr e impr. Pridd impr Ls comunicciones serie o comunicciones síncrons se crcterizn por trnsmitir el mensje de usurio en bloques fijos de 7, 8, 9 o 10 bits introduciendo un bit de redundnci que se bs en l pridd de los dtos. El bit de redundnci puede ser de pridd pr o impr dependiendo de l pridd del número de unos lógicos que contiene el bloque de informción más l redundnci. Bit Inicio Informción usurio (6 8 bits) Bit Pridd Bit Fin Figur 14. Estructur sintáctic de un bloque RS-232. Ls comunicciones serie tmbién se crcterizn por envir los dtos por el cnl en bnd bse, sin modulr, dptndo l señl del puerto ls crcterístics del cnl con l utilizción de un código denomindo RS-232. 13 TIPOS DE COMUNICACIONES En ls redes telemátics el mecnismo de l comunicción se puede producir: entre persons, por ejemplo un sesión de videoconferenci entre dos interlocutores, person-máquin, como es l búsqued de informción en un bse de dtos, máquin-máquin como es l trnsferenci de informción entre dos ordendores. Cd uno de estos tipos de comunicciones tiene unos requerimientos de tiempo, tipo de dilogo, etc. Cundo intervienen diversos usurios y destintrios pueden existir distintos tipos de comunicciones: unicst, multicst, brodcst y nycst. L comunicción unicst se crcteriz por trnsferir l informción de un fuente un solo usurio, es un comunicción estblecid entre un solo emisor y un solo receptor en un red, mientrs que l multicst l informción de l fuente se trnsfiere múltiples nodos de l red y, por lo tnto, múltiples usurios, típicmente un grupo reducido de ellos. Un comunicción telefónic es un comunicción unicst, sólo intervienen un emisor y un receptor. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 15 de 21
En l comunicción brodcst l fuente emite pr l totlidd de los usurios. Ls emisors de rdiodifusión o de TV cren emisiones que pueden ser recibids por todos los receptores de rdio o TV. Es un término utilizdo originrimente en el mundo de l rdio y de l televisión pr indicr que sus emisiones ls puede recibir culquier que sintonice un emisor. Hoy en Internet se emite tmbién rdio y televisión en modo brodcst, de hecho l mism WWW es un medio de este mism nturlez. En nycst l petición de comunicción v dirigid culquier posible receptor, de entre los cules sólo uno estblece l comunicción (Ethernet). En ls redes telemátics cundo un usurio dese conocer l dirección de un nodo remoto reliz un petición un grupo de servidores de nombres recibiendo respuest de uno solo de ellos. Est comunicción es de tipo multicst. Ls comunicciones entre dos o más dispositivos costumbrn ser bidireccionles, es decir existe un diálogo entre mbos, que no es más que un intercmbio recíproco de informción. Por ejemplo el servicio telefónico estblece un diálogo vocl entre dos o más interlocutores, sin embrgo l difusión de un cnl de TV terrestre es un comunicción unidireccionl, l emisor emite informción en un solo sentido hci un conjunto de receptores. Comunicción brodcst o difusión Comunicción multicst Figur 15. Comunicciones brodcst y multicst. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 16 de 21
Cnl unidireccionl Comunicción simplex Dos cnles unidireccionles que trnsmiten en sentidos opuestos Comunicción full-duplex Un cnl unidireccionl que trnsmite lterntivmente en sentidos opuestos Comunicción semi-duplex Figur 16. Comunicciones simplex, full-duplex y semi-duplex. Al modo de comunicrse unidireccionlmente se denomin comunicción simplex, mientrs que l trnsmisión bidireccionl simultáne se denomin full-duplex. Tmbién es posible trnsmitir informción bidireccionlmente de modo que en cd instnte de tiempo sólo circule en un único sentido. A este tipo de comunicciones se denomin semi-duplex, utilizándose el cnl unidireccionlmente en cd instnte de tiempo. 14 ENTRAMADO DE LA INFORMACIÓN Situémonos en los niveles de enlce, red y trnsporte de l OSI. En ls redes de conmutción de pquetes, l informción digitl se proces, trnsmite o lmcen en trms que son uniddes mínims de informción de longitud fij o vrible. L trm trnsport informción de usurio e informción dicionl, que hce que los dtos de usurio lleguen l destino fiblemente. Ls trms tienen un estructur sintáctic que ls hce utocontenids. L informción de ls trms se orden por cmpos que contienen tnto informción de usurio como informción dicionl. Tods ls trms trnsportn informción cerc de quién ls h generdo, dirección origen, y quién vn dirigids, dirección destino. Generlmente cd nodo de un red de conmutción de pquetes tiene un dirección únic. Normlmente ls direcciones se expresn en notción binri cuys longitudes osciln entre 32, 48, 128 o 170 bits. Al ser ls trms de longitud vrible es necesrio que exist un ptrón binrio que identifique el inicio y el fin de trm. El ptrón binrio del inicio se puede utilizr pr sincronizr el receptor. El ptrón binrio no puede repetirse en ningún cmpo de l trm que no se el de inicio o fin, y que en cso contrrio provocrí flss trms en el receptor. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 17 de 21
En ls trms es necesrio trnsportr un informción de control que gobiern el estdo de l trnsmisión. Est informción fcilit l receptor ls tres de secuencir l informción, controlr el flujo de dtos o mitigr l congestión. L informción de control se trnsport en el cmpo de control de l trm. Inicio trm Dirección destino Dirección origen Control Informción usurio Detección de errores (FCS) Fin trm Figur 17. Formto sintáctico de un trm. Si se dese fibilidd en l trnsmisión de un trm es necesrio introducir de form inteligente, un informción extr de modo que el receptor pued detectr l existenci de errores en l informción de usurio. Est informción redundnte se trnsport en el cmpo denomindo Frme Check Sequence (FCS) o secuenci de comprobción de trm. Por tnto ls trms estrán formds por unos cmpos de inicio de trm, dirección destino, dirección origen, control, dtos de usurio, FCS y fin de trm. 15 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES Ls redes de trnsmisión de dtos se pueden clsificr tendiendo l extensión geográfic que dn servicio, su titulridd, ncho de bnd que ofrecen, o l modo de trnsferenci que utilizn (técnics de multiplexdo, conmutción y trnsporte). Atendiendo l extensión geográfic se dividen en: Redes locles: distncis del orden de metros un decen de kilómetros. Ejemplos: LAN 21, Token-Ring 22, Ethernet. Redes metropolitns: distncis metropolitns del orden de 100 kilómetros. Ejemplos: DQDB. Redes de áre extens: distncis de bsto regionl, ncionl o interncionl. Ejemplos: Red Telefónic básic, Red Digitl de Servicios Integrdos de Bnd Estrech (RDSI). Según su titulridd se dividen en: Privds: gestionds por orgnismos privdos. Ejemplos: redes de áre locl. Públics: gestionds por operdores de telecomunicciones. Ejemplos: redes de telefoní móvil (GSM 23, etc.). Corportivs: utilizn recursos mixtos (p.e. redes bncris, redes de emergencis, etc.) 21 Locl Are Network -- LAN (Red de Áre Locl) Red de dtos pr dr servicio un áre geográfic máxim de unos pocos kilómetros cudrdos, por lo cul pueden optimizrse los protocolos de señl de l red pr llegr velociddes de trnsmisión de Gbps (gigbits por segundo). 22 Token Ring (red en nillo) Un red en nillo es un tipo de LAN con nodos cbledos en nillo. Cd nodo ps constntemente un mensje de control token (prend, señl) l siguiente, de tl form que culquier nodo que teng un token puede envir un mensje. 23 Globl System for Mobile communiction -- GSM (Sistem Globl pr comunicciones Móviles) Sistem comptible de telefoní móvil digitl desrrolldo en Europ con l colborción de operdores, Administrciones Públics y empress. Permite l trnsmisión de voz y dtos. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 18 de 21
Ls redes pueden utilizr distintos modos de trnsferenci como son: Conmutción de circuitos. Mientrs dur l comunicción el cmino físico que une el emisor con el receptor es empledo totlmente por el usurio. L red telefónic básic y l telefoní móvil utilizn conmutción de circuitos. Conmutción de pquetes. El cmino físico que se emple pr trnsportr l informción entre el emisor y el receptor se comprte con otros usurios. El medio físico se multiplex entre todos los usurios. Ejemplos: Redes de conmutción rápid de pquetes (Frme Rely). Modo de trnsferenci síncrono. Combin ls fciliddes de conmutción de pquetes y conmutción de circuitos. Redes de bnd nch (RDSI-BA). Ls redes tmbién se pueden clsificr según los servicios que soportn: Vocles: telefoní,.. Dtos: fcsímil, terminl virtul, trnsferenci de ficheros,... Multimedi: hipertexto (WWW), correo multimedi,... Videotelefoní: voz sobre IP,.. Videoconferenci: H.323,.. Difusión o brodcst: TV nlógic, TV digitl,... Integrdos: integrción de servicios de bnd estrech (RDSI-BE) o bnd nch (RDSI-BA). 1 Gbps Velocidd de trnsmisión 100 Mbps 10 Mbps Redes de áre locl Ethernet Fst Ethernet Gibbit Ethernet Token-Ring LANs sin hilos (WL) Red digitl de servicios integrdos de bnd nch RDSI-BA 1 Mbps Red digitl de servicios integrdos de bnd estrech RDSI-BE Frme Rely. Internet Red telefónic conmutd (RTC). Módems. Telefoní móvil. 100 m 1 Km 10 Km 100 Km 1000 Distnci Figur 18. Clsificción de ls redes en función de l distnci geográfic y el ncho de bnd. 16 CARACTERÍSTICAS DE LA TELECOMUNICACIÓN INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 19 de 21
L trnsmisión de informción trvés de ls redes telemátics present un conjunto de elecciones que debemos relizr sobre sus crcterístics: Medio físico de trnsmisión Qué medio físico utilizremos pr interconectr un emisor con un receptor de informción? Direccionmiento Cómo diferencimos los distintos emisores y receptores de informción de form únic? Encminmiento Cómo podemos lcnzr el destino de form óptim? Fibilidd Cómo podemos trnsferir l informción de form fible? Integridd de l informción Cómo se sincroniz l velocidd de emisión de un mensje con l cpcidd de proceso del receptor? Formteo de l informción De qué modo se trnsmite un mensje digitl? Regls del diálogo Qué protocolo utilizrá el emisor y el receptor pr estblecer mntener y liberr un dilogo, que posibilite l trnsferenci de informción? INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA - Tem 5 - Redes de Comunicciones Digitles - Pàgin 20 de 21