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II3476 - Telemática
Transmisión de Datos
Sistemas Electrónicos de Comunicaciones
• Modelo general:
Información (audio,
video, daos de
computadora, etc.)
Espacio libre
(radio), alambre,
fibra óptica, etc
Transmisor
(TX)
Canal o medio de
comunicación
Recuperación de la
información
Receptor
(RX)
Ruido
•
•
•
•
•
•
EL proceso de comunicación empieza cuando alguien genera algún tipo de mensaje, datos u otra señal que debe ser
recibida por los demás.
Al mensaje se le denomina información
El mensaje, en la forma de una señal electrónica, es alimentado al transmisor, el cual se encarga de transmitirlo por
medio de un canal de comunicaciones
El mensaje es captado por el receptor y transferido a otro humano
En este proceso se capta ruido en el canal de comunicación y en el receptor
Ruido es el término general aplicado a cualquier fenómeno que degrada o interfiere la señal de información
transmitida
Sistemas Electrónicos de Comunicaciones
• El mensaje es convertido a una forma electrónica adecuada para su
transmisión. Al maregen del tio de información a enviarse, deberá
ponerse en forma de una señal eléctrica
• El transmisor es una colección de componentes y circuitos diseñados
para convertir la señal eléctrica en una forma adecuada para
transmitirse a través de un medio de comunicación determinado
• El canal de comunicaciones es el medio por le cual la señal
electrónica se envía de un lugar a otro. Se utilizan muchos medios de
diferentes tipos, incluyendo los alambres conductores, el cable de fibra
óptica y el espacio libre
• El receptor es una colección de componentes electrónicos y circuitos
que acepta el mensaje transmitido del canal y lo convierte en una
forma inteligible para los humanos, es decir, recupera la señal original
Tipos de Comunicaciones Electrónicas
• Se clasifican con base en si son:
1. Transmisiones en un sentido o una vía (simplex) o en dos
sentidos (full duplex o half duplex) y
2. Señales analógicas o digitales
• Simplex: comunicación electrónica en un sentido, la información viaja
en una sola dirección (radio difusión de radio y TV)
• Full duplex: comunicación electrónica en dos direcciones.
Comunicaciones simultáneas de transmitor y recibir (teléfono)
• Half duplex: comunicación en ambos sentidos, en la cual sólo una de
las partes puede transmitir a un tiempo. La comunicación es en ambos
sentidos, pero las direcciones se alternan: las partes en comunicación
se turnan para transmitir y para recibir (radio banda civil)
Tipos de Comunicaciones Electrónicas
• Señales analógicas: es un voltaje o corriente que varía
suavemente y continuamente
– consiste en representar los datos por medio de la variación de una
cantidad física constante
• Señales digitales: en contraste con las señales analógicas
no varían en forma continua, sino que cambian en pasos o
en incrementos discretos. La mayoría de las señales
digitales utilizan códigos binarios o de dos estados
– Conformadas en base a un alfabeto de símbolos discretos (morse,
texto escrito)
• Binarios: dos símbolos (dos amplitudes)
• M-arios: M-símbolos (M-amplitudes)
Introducción a las Redes
¿Qué es una inter-red?
•
•
Es una colección de redes interconectadas por dispositivos intermediarios.
Funciona como una sola gran red
Las primeras redes de datos
• Las primeras redes fueron
desarrolladas para conectar
terminales a sistemas de
cómputo de tiempo compartido.
Tecnología utilizada
• Principalmente enlaces punto a
punto RS-232.
• Utilización de multiplexores
para simplificar cableado.
• Modems y líneas telefónicas
para enlaces de larga distancia.
Los retos de la interconectividad
•
•
•
•
•
•
Soportar las comunicaciones entre equipos dispares.
Confiabilidad.
Administración centralizada.
Seguridad.
Flexibilidad.
Escalabilidad.
Modelo de Referencia OSI
• Modelo de Referencia para la Interconexión de sistemas
abiertos.
• Fue desarrollado por la International Standars
Organization (ISO) en 1984.
• Considerado el principal modelo arquitectónico para la
intercomunicación entre computadoras.
• Es un modelo conceptual.
• Describe como la información originada en una aplicación
de software ejecutándose en una computadora se mueve
a través de una red hacia otra aplicación de software
ejecutándose en otra computadora.
• Las redes no solo interconectan equipos, interconectan
aplicaciones.
Modelo de Referencia OSI
• Divide las tarea de mover la
información a través de la red en
7 tareas más pequeñas más
manejables.
• Cada capa es razonablemente
autosuficiente de modo que su
funcionamiento no depende de
las demás.
• Las 7 capas se pueden dividir en
2 grupos:
– Grupo de aplicación
• Las 3 capas superiores
generalmente implementadas
únicamente en software.
– Grupo de transporte
• Las 4 capas inferiores, las dos
inferiores a menudo
implementadas en hardware.
Protocolo de comunicación
• En el contexto de las redes de datos un protocolo es un
conjunto formal de reglas y convenciones que gobiernan el
como las computadoras intercambian la información entre
ellas.
• Los protocolos pueden operar en cualquier capa del
Modelo OSI.
MEDIO DE TRANSMISIÓN
Comunicación entre aplicaciones
• El camino horizontal seguido por los protocolos es
conceptual.
• El camino que siguen los datos es a través de las capas y
el medio de trasmisión.
Aplicación
Aplicación
MEDIO DE TRANSMISIÓN
Interacción entre las capas
• Una capa se comunica únicamente con otras 3 capas:
– La capa superior para proporcionarle servicios.
– La capa inferior para utilizar sus servicios.
– La capa correspondiente en el otros sistema para coordinarse.
Los Puntos de Acceso a Servicios
• Tres elementos básicos están involucrados en los
servicios de las capas:
– El proveedor de servicios.
– El usuario de servicios.
– El punto de acceso a servicios.
Información de control
•
•
•
Las 7 capas utilizan información de control para comunicarse con sus
contrapartes.
Esta información consiste de solicitudes e instrucciones (protocolos).
La información de control toma una de dos formas:
– Cabeceras, encabezados o headers, se colocan al frente de los datos.
– Apéndices, colas o trailers, se colocan al final de los datos.
•
•
Las cabeceras, datos y colas son conceptos relativos que dependen de la
capa que los coloca y los retira.
Juntos los datos y la información de control forman una unidad de información
la cual recibe diferentes nombres dependiendo de la capa en que se
producen:
– Celdas, tramas, paquetes, segmentos, datagramas, mensajes, etc.
Encapsulamiento
• La porción de datos de una unidad de información puede
potencialmente contener cabeceras y colas de las capas superiores.
• Cada capa agrega información de control en el nodo fuente y la
remueve en el nodo destino.
• Al descender la información a través de las capas en su camino hacia
el medio de trasmisión, se van acumulando cabeceras y colas.
Capa física
• Está en contacto con el medio físico.
• Define las especificaciones mecánicas, eléctricas,
funcionales y procedimentales para activar, mantener y
desactivar el medio físico.
• Se encarga de convertir la información en señales
adecuadas para su viaje por el medio de transmisión.
• Transmisores-receptores para:
– Cable de cobre en banda ancha o base.
– Enlaces inalámbricos de microondas terrestres y satelitales, redes
locales inalámbricas, etc.
– Fibra óptica.
Capa de enlace de datos
• Proporciona mecanismos para aumentar la confiabilidad
de los datos en su viaje por un medio de transmisión
susceptible a fallos.
– Función básica: Detección de errores.
• La corrección se deja para capas superiores.
Detección de errores
• Esquemas que determinan si los datos han sufrido
alteraciones en su viaje a través de la red.
• Un esquema común es la verificación cíclica redundante
CRC (Cyclical Redundancy Check) que detecta y descarta
los datos dañados.
– El trasmisor ejecuta un conjunto de cálculos con base en la
información a trasmitir.
– El trasmisor incorpora en la trama el resultado.
– El receptor repite los cálculos y compara su resultado con el
incluido en la trama.
• Los esquemas de detección de errores pueden
encontrarse en varias capas OSI.
Control de flujo
• Es una función que previene la congestión de red.
• Impide que una estación trasmisora sature a la estación
receptora o a los dispositivos intermediarios.
• Algunos mecanismos son:
– Almacenes temporales (buffers).
– Acuses de recibo.
Multiplexación
• Es el proceso por medio del cual múltiples canales de
datos se combinan para viajar por un mismo medio físico.
• Desmultiplexación es el proceso inverso.
Secuenciación
• Mecanismos para garantizar que los datos llegan a su
destino en el mismo orden en que salieron.
• Se utilizan etiquetas numeradas secuencialmente y buffers
de almacenamiento.
Conmutación de capa 2 en LAN
• Medio de trasmisión compartido.
• Múltiples orígenes y destinos.
• Mecanismo de control de acceso al medio.
• Solo una estación trasmite cada vez.
• Un destino (unicast), múltiples destinos (multicast), todos (broadcast)
• Subcapa MAC IEEE 802.3 (Ethernet), IEEE 802.5 (Token Ring).
• Direcciones:
– Permiten identificar origen y destino de las tramas.
Trasmite
Recibe
Espera
Conmutación de capa de red en WAN
• Aquí radican las
funciones de conmutación
de paquetes.
– Direcciones de capa 3.
– Determinación de rutas.
– Reenvío de paquetes.
• Enlaces punto a punto
físicos o virtuales.
• Dispositivos
intermediarios de
conmutación.
• Múltiples orígenes y
destinos.
• Protocolos.
– IP, IPX, X.25, NetBeui,
Apple Talk.
Enrutador
Trasmite
Recibe
Direccionamiento
• Los dispositivos en una red necesitan una identificación única a fin de
poder participar en la red de conmutación.
• Algunos esquemas de direccionamiento agrupan a las estaciones en
familias o subredes.
• Se encuentran direcciones en las capas de enlace de datos y de red.
• Una estación tendrá una dirección de red por cada protocolo de capa
3 que soporte y por cada interfaz de comunicaciones que opere.
Capa de transporte
• Acepta datos de la capa de sesión y los segmenta a
fin de formar unidades de información a partir de un
flujo constante de datos.
• Circuitos virtuales
– Servicios orientados a conexión a partir de los servicios no
orientados a conexión de capa de red.
– Un “sistema telefónico” por encima del sistema de entrega de
paquetes (“sistema postal”) de la capa de red.
• Para lograr esto:
– Detección y corrección de errores.
• Multiplexación estadística.
– Secuenciación
– Control de flujo.
• Direccionamiento de aplicaciones.
– Introduce el concepto de puerto.
Direccionamiento de aplicaciones
Dirección destino + puerto destino = aplicación destino
RED
Dirección origen + puerto origen = aplicación origen
Clases de servicios
• Orientados a conexión
– Similares al sistema
telefónico.
– Circuitos físicos o lógicos
(virtuales).
– Cierta garantía de entrega.
– Tres fases:
• Establecimiento de la
conexión.
• Utilización de la conexión.
• Cierre de la conexión.
• Orientados a datagramas
–
–
–
–
No orientados a conexión.
Similares al sistema postal.
No hay garantía de entrega.
Solo fase de utilización.
Redes Locales
Origen
• Fuertemente relacionado
con las computadoras
personales.
– Dos o más computadoras
físicamente próximas.
• Impulsadas por la
necesidad de compartir
más que comunicar.
– Almacenamiento
– Impresoras.
Requerimientos
• Distancia corta.
– Medio de trasmisión
propio.
• Grandes volúmenes de
información
– Altos regímenes de
trasmisión.
• Enlaces punto-punto
inadecuados.
– Cableado complejo.
– Poder de cómputo limitado
para conmutación
– Puede haber
computadoras apagadas.
Redes WAN y LAN
• Redes de área amplia
– Enlaces punto a punto.
– Conmutación de capa de
red.
– Alta dependencia sobre los
dispositivos de
conmutación.
– Larga distancia*.
– Medios de trasmisión
contratados*.
– Baja velocidad*.
– *No necesariamente.
• Redes de área local
– Medio de trasmisión
compartido.
– Conmutación de capa de
enlace de datos.
– Mecanismo de acceso al
medio de trasmisión.
– No hay equipos
conmutadores*.
– Corta distancia*.
– Medios propios*.
– Alta velocidad*.
Aloha
• Fue un sistema de redes de ordenadores pionero
desarrollado en la Universidad de Hawái bajo la
dirección de Norman Abramson.
• La idea fue utilizar radios de bajo costos para crear
una red de cómputo que uniera los campus
universitarios ubicados en distintas islas.
• Inició operaciones en 1970.
• Los conceptos esenciales de esta red es la base
para Ethernet.
• Al usar un medio compartido para la transmisión
requirió de un sistema de gestión de acceso como
CSMA/CD, usado por Ethernet.
Ethernet
• Originalmente desarrollado en Xerox
PARC en 1973–1975 por un equipo
dirigido por Robert Metcalfe
basándose en el trabajo de Abramson.
• El sistema fué desplegado
experimentalmente en PARC en 1976
corriendo a 3 Mbps utilizando
direcciones de 8 bits.
• Utiliza una topología de difusión o en
canal (bus).
• En 1983 se desarrollo la especificación
IEEE 802.3 para cable coaxial a 10
Mbps.
Topología de Red
• Organización física de los
nodos de una red y sus
enlaces.
• Determinada por la
tecnología empleada y las
necesidades del usuario.
Topología lógica
• En el contexto de las redes locales se define como el
orden seguido por las estaciones de una red para ganar
acceso al medio de trasmisión.
– Canal o bus: utilizado por las redes CSMA/CD
– Anillo: utilizado por las redes Token Passing
Redes de Área Amplia
¿Que es una red de área amplia?
• Una red que cubre un área geográfica relativamente
grande.
• Utiliza enlaces punto a punto.
• Se basan en conmutación de paquetes de capa 3 (capa
de red).
• Los medios de trasmisión son por lo general servicios
contratados a compañías de telecomunicaciones.
Orígenes
• Las primeras redes de datos fueron de área amplia.
– Las redes locales aparecieron junto con las computadoras
personales.
• Las primeras redes conectaban computadoras
multiusuario de tiempo compartido a una red de terminales
de acceso.
– No había conmutación puesto que todas las comunicaciones iban
y venían hacia y desde la única computadora.
– El medio de trasmisión típico era la línea telefónica conmutada
analógica.
– Se utilizaban modems para la conversión digital-analógico-digital.
Los orígenes
Los medios de trasmisión
• Servicios contratados a compañías de telecomunicaciones
(telcos, carriers):
– Líneas privadas dedicadas
• Analógicas y digitales
– Líneas conmutadas
• Analógicas y digitales
– Conmutación de paquetes
– Circuitos virtuales
Líneas privadas
• Proporcionan un camino permanente preestablecido para
la información a través de la infraestructura de un
proveedor.
• El proveedor reserva medios de trasmisión e
infraestructura de forma exclusiva para el servicio.
• Tarifas fijas mensuales o anuales se basan en capacidad
del canal y distancia del enlace.
• Tecnología:
– Iniciaron como líneas de cobre con modulación analógica.
– Hoy utilizan fibra óptica y modulación digital.
• Ventajas:
– Seguridad y confiabilidad.
• Desventajas:
– Costos altos y falta de flexibilidad.
Conmutación de paquetes
• En las redes de área amplia la conmutación de paquetes
se realiza en la capa 3.
– Se utiliza el protocolo IP
• Protocolo de capa 3 no orientado a conexión actualmente utilizado en
la Internet pero que puede ser empleado en redes privadas.
– Se utilizan dispositivos conmutadores de paquetes conocidos
como “enrutadores” que se encargan de hacer llegar los paquetes
a su destino encontrando la ruta más corta
– Los paquetes contienen una direción IP fuente y destino
– Los enrutadores utilizan estas direcciones para realizar su principal
función: determinar las rutas y reenviar los paquetes