1 Anastacio Antolino Hernández “Introducción a las Comunicaciones y Medios Físicos de Transmisión” Sistemas Distribuidos

1Anastacio Antolino Hernández

“Introducción a las Comunicaciones y Medios Físicos de Transmisión”

Sistemas Distribuidos

Introducción a las Comunicaciones

Telecomunicaciones:

Las Telecomunicaciones son aquellas herramientas o medios que permiten transmitir, emitir o recibir signos, señales, textos, imágenes fijas o en movimiento, sonidos o datos de diferente naturaleza, entre 2 o más puntos geográficos a cualquier distancia, a través de cables, ondas electromagnéticas, medios ópticos u otros sistemas.

Introducción a las ComunicacionesIntroducción a las Comunicaciones

En el área de comunicaciones se usan los términos transmisor y receptor. El camino físico sobre el cual la información viaja del transmisor al receptor de denomina canal de transmisión. La comunicación es un patrón físico entendible tanto por el emisor como por el receptor.


Códigos de información

Si a una información se le asigna un símbolo, entonces decimos que la información ha sido codificada.

Esto significa que el emisor ha usado un conjunto de códigos para enviar la información, la cual, debe ser interpretada correctamente por el receptor.


Códigos de información

Generalmente los sistemas de comunicación, en especial los electrónicos, usan alguna forma de codificación y decodificación cuando manejan información del emisor al receptor.

Existen muchas formas de codificación en los sistemas de comunicación.



Comunicación a lo largo de la historia

Las primeras formas de comunicación entre 2 personas, se relaciona con la habilidad física para generar patrones primitivos de comunicación, la cual generalmente era por medio de los sentidos.

La persona que transmitía, tenía que generar patrones de luz, sonido ó texturas en cierta secuencia que el receptor pudiera entender. La comunicación a lo largo de la historia ha tenido diferentes técnicas hasta llegar a la actualidad.



Comunicación por medio del habla:

Los sonidos fueron los primeros elementos de un lenguaje, en forma de palabras simples.

Este vocabulario primitivo creció hasta convertirse en un lenguaje.

La comunicación se realizaba por la generación de ondas de sonido a través de las cuerdas vocales del transmisor y el receptor identificaba la información por medio de su oído.


Tambores:

El problema de comunicación por medio del habla tenía el inconveniente de ser lento y de alcance reducido.

Este problema se solucionó por medio de tambores o de algún otro instrumento de percusión, el cual podía llegar muy lejos.

El problema ahora era que se podía transmitir poca información por lo que sólo se utilizaba para transmitir señales de alerta.


Telégrafo:

Este medio de comunicación utilizaba energía eléctrica a través de un alambre, por el cual se enviaban, por medio de un interruptor, un conjunto de impulsos eléctricos.

Estos impulsos estaban codificados por medio de impulsos cortos y largos, el cual se conoce como código Morse, y por medio de éste, se podía codificar todo el alfabeto y los números.

Por este medio se pudo transmitir a largas distancias una gran cantidad de información, con una velocidad de hasta 100 palabras por minuto.



Teléfono:

Este sistema también utiliza la energía eléctrica para transmitir información, pero ahora se podían comunicar por medio de la voz.

La voz del transmisor se codificaba en un patrón de señales eléctricas, el cual se enviaba por un alambre a largas distancias.

Al llegar al receptor se decodificaban estas señales para convertirse nuevamente en voz, la cual podía entender el receptor.

La tasa de transmisión era de acuerdo a la velocidad con la que las personas podían hablar.


Telégrafo inalámbrico:

El precursor de la radio fue el telégrafo inalámbrico.

Tenía la ventaja de transmitir a grandes distancias sin la necesidad de contar con un alambre para el envío de la señal.

Para la transmisión se utilizan ondas electromagnéticas que viajan a través del medio ambiente.

Donde los emisores y receptores podían ser elementos móviles, como los barcos y los regimientos militares.


Radio:

Una vez que se perfeccionó el uso del telégrafo inalámbrico y con el perfeccionamiento del tubo de vacío, se logró la codificación de la voz humana en forma de una onda electromagnética montada sobre otra onda de mayor frecuencia, la cual podía viajar por el medio ambiente a largas distancias.


Radio:

De esta manera, se instalaron cientos de radiodifusoras por todo el planeta y a la vez se vendían miles de receptores a precios económicos, los cuales podían funcionar en cualquier parte y podían sintonizar una gran cantidad de emisoras, a una velocidad de transmisión de la velocidad de la luz.

El radio fue el primer sistema de comunicación totalmente electrónico.


Espectro electromagnético

El espectro electromagnético es el conjunto de frecuencias de señales senoidales. Estas señales físicas pueden ser calor, vibraciones, sonido, ó eléctricas.

En el caso del área de comunicaciones, se tratan las señales de tipo eléctrico.

Un ejemplo del espectro, es el arco iris que se observa cuando llueve y por efecto de los rayos solares se observan diferentes colores.


Espectro electromagnético

Los colores del arco iris pertenecen al rango visible del espectro electromagnético.

El ojo humano es capaz de detectar en forma de colores una parte del espectro electromagnético, el cual en comparación con todo el ancho de banda del espectro representa una fracción muy pequeña.



Señales contínuas y discretas:

Una señal electromagnética puede ser tanto contínua como discreta. Una señal contínua es aquella en la que la intensidad de la señal varía suavemente en el tiempo, es decir, no presenta saltos o discontinuidades. Un ejemplo de ello sería la señal de la voz.

Una señal discreta es aquella en la que la intensidad se mantiene constante durante un determinado intervalo de tiempo, tras el cual la señal cambia a otro valor constante. Por ejemplo, una señal binaria (ceros y unos).



Señales periódicas:

Las señales más sencillas son las periódicas, las cuales se caracterizan por contener un patrón que se repite a lo largo del tiempo. Existen señales periódicas contínuas (ondas senoidales) y las ondas periódicas discretas ó digitales (ondas cuadradas). Matemáticamente una señal es periódica si cumple con:

S ( t + T ) = s ( t ) - < t < +

donde T es el periodo de la señal. La onda seno es la

señal contínua fundamental por excelencia.


Señal Seno: Cualquier onda seno se representa mediante 3

parámetros: la amplitud (A), la frecuencia (f) y la fase().

La amplitud es el valor pico de la señal en el tiempo, típicamente este valor se mide en volts.

La frecuencia es la razón (en ciclos por segundo ó Hertzios = Hz) a la que la señal se repite. Un parámetro equivalente es el periodo (T), definido como la cantidad de tiempo transcurrido entre 2 repeticiones consecutivas de la señal, por lo tanto T = 1 / f.

La fase es una medida de la posición relativa de la señal dentro de un periodo de la misma





Características de la comunicación:

Todas las computadoras usan el sistema binario a nivel de máquina:

0 ó 1 = 1 bit 8 bits consecutivos = 1 byte Conjunto de bits ó bytes = campo 01010010 01011001 01111001 = Campo de 3 bytes Palabra = no. De bytes que una arquitectura de CPU

esta diseñada para manejar en cada ciclo

• 6) Manual de CISCO - Tom Shaughnessy con Toby Velte / traducción de la primera versión en inglés / McGraw Hill / Madrid España 2002 / ISBN: 84-481-2727-7 / Páginas: 635




Para comunicarse el humano con la computadora utiliza un lenguaje simbólico llamado Lenguaje de Programación, el cual por medio de un compilador es traducido al lenguaje máquina.



Internet:

Está compuesto por millones de dispositivos conectados entre sí mediante un esquema de direccionamiento global.

Utiliza estándares de Hardware, Software y Equipos de comunicaciones.



Internet:

Internet no es una sola tecnología, es una colección de tecnologías relacionadas que posibilitan la interconexión de redes:

Se pueden dividir de la siguiente manera:

1) Medio Físico.2) Tecnologías de Red.3) TCP/IP.4) Tecnologías operacionales.5) Protocolos de Aplicación.



1) Medio Físico: Desde los conectores y cables hasta los cables de fibra óptica de alta velocidad, los enlaces físicos que conectan todo entre sí son el fundamento de la interconexión de redes.

2) Tecnologías de Red: Los protocolos LAN son los que controlan la forma en que se transmite la información dentro y fuera de una red.



3) TCP/IP: Es el protocolo que mantiene unida a Internet.

4) Tecnlologías Operacionales: La interconexión de redes se basa en varios estándares para poder funcionar.

5) Protocolos de Aplicación: Definen las tareas de una red (transferencias de archivos, correo, web,etc).



Medios Físicos de Transmisión

Medios Físicos de Transmisión:

Los medios físicos de transmisión de datos se han diversificado de tal manera que existe una amplia variedad para poder diseñar e implementar todo tipo de redes de comunicación al nivel de hardware, sean redes de alta velocidad, de baja, con UTP, coaxial, fibra, infra-rojos, radiofrecuencias, etc.

Es conveniente por lo tanto conocer plenamente las características físicas de estos elementos.

Medios Físicos de TransmisiónMedios Físicos de Transmisión

Cable Par Trenzado Más conocido como UTP, es el más utilizado

para la transmisión en las redes telefónicas y posteriormente en las redes de computadoras.

Categorías del cable UTP Existen 5 categorías y en proyecto una sexta.

También se pueden clasificar en 2 grandes tipos, los de transmisión de voz y los de datos en computadoras.


Categoría 1: Diseñado especialmente para redes telefónicas y es empleado en los teléfonos caseros y en las compañías telefónicas.

Categoría 2: Es utilizado para la transmisión de voz y datos hasta 4Mbps.

Categoría 3: Se emplea en redes de computadoras con velocidades de hasta 16 Mbps.

Categoría 4: Soporta comunicaciones en redes de computadoras de hasta 20 Mbps.

Categoría 5: Se considera el estándar para las redes LAN y puede lograr hasta 100 Mbps.


Construcción física del UTP para comunicaciones de voz

El cable está compuesto internamente por un conductor que es de alambre electrolítico recocido, aislado por una capa de polietileno coloreado.

Debajo del aislamiento coloreado existe otra capa de aislamiento también de polietileno que contiene en su composición una sustancia antioxidante para evitar la corrosión del cable.

El conductor sólo tiene un diámetro de

aproximadamente medio milímetro y mas el aislamiento, el diámetro puede superar el milímetro.



Características del UTP:

Este tipo de cables no se maneja individualmente sino por pares ó grupos de pares conocidos como cables multipar.

Todos los cables del multipar están trenzados entre sí con el objeto de mejorar la resistencia de todo el grupo hacia diferentes tipos de interferencia electromagnética externa.

Debido a ésto, surge la necesidad de definir colores para los cables, que permitan al final de cada grupo de cables conocer cual cable va con el otro.


Características del UTP:

Los colores del aislante están normalizados con el fin de manipularlos en grandes cantidades y por cualquier persona que conozca el código de colores.

Los cables telefónicos pueden ser armados de 6,10, 18, 20, 30, 50, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 900, 1200, 1500, 1800 y 2200 pares.

Para reemplazar posibles cables defectuosos se colocan pares de reserva en cables que tengan 100 o más pares. Se ubican en la parte más externa del cable y su número no puede ser mayor al 1% de la cantidad total de pares de cable.


Cable de Multihilos



Estructura de la Fibra Optica:

Está compuesta por 2 capas, una denominada Núcleo (core) y la otra denominada recubrimiento (clad).

La relación de recubrimientos es de 1 de recubrimiento por 3 de núcleos.

El delgado hilo de vidrio está cubierto por una capa plástica que le brinda la protección necesaria.


Estructura del cable UTP Categoría 5:

Es de 8 hilos, es decir, 4 pares trenzados formando una sola unidad.

Vienen recubiertos por una vaina plástica que mantiene al grupo unido, mejorando la resistencia ante interferencias externas.

Cada uno de los 4 pares tiene un color diferente, pero a su vez cada par tiene un cable de un color específico y otro blanco con algunas franjas el color de su par.

Esta disposición permite una adecuada y fácil identificación de los mismos con el objeto de proceder a su instalación.




Cable STP o Par Trenzado Blindado: El cable UTP tiene un pariente cercano que se

denomina STP ó Par Trenzado blindado, el cual tiene una mayor protección contra interferencias, aunque tiene un mayor precio.

En cuestión de redes el cable UTP es suficiente.


Cable STP o Par Trenzado Blindado:


Cable Coaxial: En su momento, llegó a ser el estándar en

conexiones de computadoras en todo el mundo, aunque en la actualidad ha sido reemplazado por el par trenzado.

Estructura:

Está compuesto por dos conductores, uno interno o central y otro exterior que lo rodea totalmente. Esta forma de colocar los conductores permite un excelente blindaje entre los dos conductores.


Estructura:

El conductor interno está fabricado generalmente de alambre de cobre rojo recocido mientras que el revestimiento en forma de malla está fabricado de un alambre muy delgado, trenzado de forma helicoidal sobre el dieléctrico o aislador.

Entre ambos conductores existe un aislamiento de

polietileno compacto o espumoso, denominado dieléctrico.

Externamente existe un aislante compuesto por

PVC o policloruro de vinilo.





Tipos de cable coaxial: Existen básicamente 2 tipos de cables, el de Banda

Base y el Banda Ancha. Cable Coaxial de Banda Base: Es el que normalmente se emplea en redes de

computadoras, con una resistencia de 50 ohms. Cable Coaxial de Banda Ancha: Se emplea en señales analógicas, permitiendo

transmitir una gran cantidad de información por varias frecuencias, su uso más común es en la televisión por cable. En algunos países ya se puede tener acceso a internet a través de este tipo de conexiones.


Fibra Optica:

Se utiliza como un elemento importante dentro de una red, ya que es el encargado de conectar grandes distancias, como pueden ser oficinas, edificios y hasta ciudades.

Se utiliza principalmente en redes del tipo ATM, FDDI, Frame Relay y aún en tramos de redes LAN.


Características principales de la Fibra Optica:

Es capaz de lograr enviar una gran cantidad de información (hasta 10,000 llamadas telefónicas en un solo cable).

Es inmune a cualquier tipo de interferencia

electromagnética ó electrostática, ya que en vez de transmitir impulsos eléctricos envía haces de luz.


Construcción física de la Fibra Optica:

La fibra es un hilo fino de vidrio ó plástico, cuyo grosor puede asemejarse al de un cabello humano, capaz de conducir la luz por su interior.

Esta luz es de tipo infrarrojo (invisible al ojo humano).

La modulación de esta luz permite transmitir información tal como lo hacen los medios eléctricos.



Está compuesta por 2 capas, una denominada Núcleo (core) y la otra denominada recubrimiento (clad).

La relación de recubrimientos es de 1 de recubrimiento por 3 de núcleos.

El delgado hilo de vidrio está cubierto por una capa plástica que le brinda la protección necesaria.




Principios de la propagación de la luz:

La fibra óptica está compuesta por dos capas de vidrio, cada una con un índice de refracción diferente.

El índice de refracción del núcleo es mayor que el del revestimiento, debido a esto, la luz introducida al interior de la fibra se mantiene y se propaga a través del núcleo.


Cono de aceptación de una Fibra Optica:

Los rayos de luz pueden entrar a la fibra óptica si se encuentran dentro de un cierto ángulo denominado cono de aceptación.

Un rayo no entra si no cumple con el cono de aceptación.

El ángulo del cono de aceptación depende del material del cual esta construida la fibra óptica.



Atenuación de una señal que viaja sobre Fibra Optica:

La fibra óptica presenta niveles de atenuación de la señal muy bajos, lo cual permite transmitir luz por varios kilómetros sin necesidad de reconstruir la señal (regenerar).

Tipos de Fibra Optica:

Existen 3 tipos básicos, de acuerdo al modo de propagación de la luz en su interior:1) Monomodo.2) Multimodo (índice gradual).2) Multimodo (índice escalonado).


Atenuación de una señal que viaja sobre Fibra Optica:

La fibra óptica presenta niveles de atenuación de la señal muy bajos, lo cual permite transmitir luz por varios kilómetros sin necesidad de reconstruir la señal (regenerar).


Fin

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