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Universidad Católica de TemucoEscuela de Informática
Apuntes de TeleprocesosPrimera Parte
Alejandro Mauricio Mellado GaticaMagíster en Telecomunicaciones
Mayo de 2003
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Índice de contenidoCapítulo I Introducción...................................................................................................................................4
Teoría de la Información...........................................................................................................................4Sistema de comunicación.....................................................................................................................4Características de la información.........................................................................................................5Conceptos..............................................................................................................................................6
Definición de Teleinformática..................................................................................................................6Modelo de Referencia OSI........................................................................................................................7
Capitulo II Medios Físicos y Topologías de Red........................................................................................10Medios físicos de transmisión.................................................................................................................10
Medios guiados...................................................................................................................................10Fibra Óptica....................................................................................................................................10Cable Coaxial.................................................................................................................................11Cable de par trenzado....................................................................................................................11
Medios no guiados..............................................................................................................................13Microondas terrestres.....................................................................................................................13Microondas por satélite..................................................................................................................13Ondas de radio................................................................................................................................14Infrarrojos.......................................................................................................................................14
Topologías de Red...................................................................................................................................15Topología Bus.....................................................................................................................................15Topología Anillo.................................................................................................................................15Topología Estrella...............................................................................................................................17
Tecnologías de Red y Topologías...........................................................................................................17Ethernet................................................................................................................................................17Token Bus............................................................................................................................................18Token Ring..........................................................................................................................................18
Capítulo III Comunicaciones de Datos........................................................................................................19Frecuencia................................................................................................................................................19Datos analógicos y digitales....................................................................................................................20
Perturbaciones en la transmisión........................................................................................................20Codificación de Datos.............................................................................................................................20Datos digitales, Señales digitales............................................................................................................21
Términos básicos................................................................................................................................21Datos digitales, Señales Analógicas.......................................................................................................24Datos analógicos, Señales digitales........................................................................................................25
Modulación por impulsos Codificados..............................................................................................26Datos Analógicos, Señales Analógicas..............................................................................................26
Transmisión de datos...............................................................................................................................27Elementos de un sistema de transmisión...........................................................................................28Transmisión de Datos en Serie y Paralelo.........................................................................................29Transmisión asíncrona........................................................................................................................29
Transmisión Síncrona....................................................................................................................30Modos de explotación de un circuito de datos.......................................................................................31
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Comunicación Conmutada......................................................................................................................31Conmutación de circuitos...................................................................................................................31Conmutación de paquetes...................................................................................................................32
Capítulo IV Funciones a Nivel de Enlace...................................................................................................33A. Inicialización de la Comunicación.....................................................................................................33B. Identificación.......................................................................................................................................33C. Transparencia......................................................................................................................................34D. Segmentación y Delimitación de la Trama.......................................................................................34E. Sincronización.....................................................................................................................................34
Clases de Sincronismo........................................................................................................................34a. sincronismo de bit......................................................................................................................34b. Sincronismo de caracter.............................................................................................................34c. Sincronismo de Trama...............................................................................................................34
Métodos de Sincronismo de Trama..........................................................................................35F. Coordinación de la Comunicación - Acceso al Medio......................................................................35
Centralizado........................................................................................................................................36A. Selección ..................................................................................................................................36B. Sondeo.......................................................................................................................................36
Coordinación descentralizada: Contienda.........................................................................................37G. Control de Errores de Secuencia........................................................................................................38
a. Método Directo:..............................................................................................................................38b. Método Indirecto:...........................................................................................................................38
H. Control de Flujo..................................................................................................................................39I. Recuperación de Fallas........................................................................................................................39J. Terminación de la Comunicación.......................................................................................................40K. Gestión de Enlace ..............................................................................................................................40L. Estrategias de Retransmisión..............................................................................................................40
Los Mensajes de reconocimiento (o acuse).......................................................................................40a. Parada y espera...........................................................................................................................40b. Envío Continuo..........................................................................................................................41
Referencias....................................................................................................................................................42
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Capítulo I Introducción
Teoría de la Información
Buscapodertransmitir informacióna máximavelocidadposiblepor un canalde comunicacióncon lacantidad mínima de errores posibles.
La teoríade la comunicaciónfue formuladapor ClaudieShannon(Ingenieroy Matemático)en1940yaparece publicado por primera vez en 1948.
Sistema de comunicación
Figura 1. Sistema de comunicación
Fuente:Componentedenaturalezahumana,mecánicao eléctricaquedeterminael tipo demensajequese transmitirá y su grado de complejidad.
Transmisor: Recursotécnicoque transformael mensajeoriginadopor la fuentede informaciónenseñales apropiadas.
Canal: Medio generalmentefísico que transportalas señalesen el espacio(cumple funcionesdemediación y transporte).
Receptor: Recurso técnico que transforma las señales recibidas.
Destino: Componente terminal del proceso de comunicación, al cual está dirigido el mensaje.
Ruido: Expresióngenéricautilizada parareferirsea las distorsionesoriginadasen forma externaalproceso de comunicación.
Los efectos del la información según Shannon son:
� “Información es lo que reduce la incertidumbre”
� “Es el conjunto de datos que permiten tomar una decisión”
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Fuente Canal DestinoTransmisor Receptor
Fuente de ruido
Luego:
� “Información es una expresióno (mensaje),enviadapor un ente emisor que es aceptadacomointegrante de una comprensión de un ente receptor“.
� Entonces,paraqueseaposiblela comunicación,tantoel emisorcomoel receptordebenposeerunalfabeto común.
Una definición más cercana del fenómeno de la comunicación sería:
“Información es un cambioestructuralproducidoen un organismoreceptora partir de un estimulo(mensaje) originado en el entorno (emisor)“.
Figura 2. Información como cambio estructural.
“La información es inversamente proporcional a la probabilidad de ocurrencia del mensaje”.
Desde otro punto de vista la información es un concepto primitivo por lo que en forma exacta no sepuede definir, sin embargo sabemos que se puede hacer con ella:
� Almacenar� Procesar� Transmitir
Nótese que el hombre en su vida, Almacena la Información, Procesa la Información, y Comunicaciónla Información.
Características de la información
� Inmaterial (no es materia ni energía)� Esta en todo lo creado� Independiente del tiempo y el espacio� Se manifiesta a través de señales� Se puede medir por medio de los cambios en las señales
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ReceptorEmisor Mensaje
Conceptos
Señal: Representación física del mensaje por medio de la variación de uno o varios de sus parámetrosdel la magnitud física.(Las señales también pueden ser: transmitidas, almacenadas y procesadas).
Semántica: Se preocupa del contenido o significado del la información.
Codificación: Adapta las señaleso ciertos aspectosrelacionadoscon la información al medio deprocesamiento, transmisión o almacenamiento.
Mensaje: Secuenciadesímboloso estados,quesirvenparatransmitirinformación(ejemplo:Lenguaje,música, variables numéricas, diagramas, etc).
Datos: Informaciónpresentadapor mediodeun símboloo mediantefuncionescontinuas,deacuerdoauna convención dada.
¿ Cómo se mide la información ?
INF = ld 2 = 1 bit (binary digit)
1 bit constituye la cantidad mínima de información.
Definición de Teleinformática
Entendemos como teleinformática o telemática como el conjunto de elementos y técnicas que permitenla transmisión automática de datos.
Al hablarde transmisiónse asumeque existeuna distanciaapreciableentre origen y destinode lacomunicación;Estees,el sentidodel prefijo tele. Además,es automáticapuestoque no se requiereintervenciónhumanapara llevar a cabo la comunicación.En cuantoa los datos,entendemoscomotales, a las entidades susceptibles de ser tratadas por un computador.
En un principio, los computadoreseran caros y escasos.Los organismosque disponíande uncomputadorlo dedicabana la ejecucióndeprogramaslocales.Un usuarioutilizabalos dispositivosdeentrada(tarjetasperforadas,teclado,unidadesde disco,etc.)paracargarel programay los datosenelcomputadory, tras la ejecución,recogíalos resultadosmediantelos dispositivosde salida( tarjetasperforadas,impresora,terminal, etc.). No obstante,pronto se hizo necesariocompartir los datosyrecursosentrecomputadores,así comoel accesoa datosremotos.A partir de estanecesidadfueronsurgiendomecanismoscadavezmásevolucionados,comenzandopor lasprimerasconexionespuntoa
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puntoentrecomputadoresmediantelíneasdedicadas.Los grandesfabricantescomenzarona investigarenesteaspecto,dandocomoresultadola apariciónde lasredeslocales,quepermitenla interconexiónde varios computadores entre sí[1].
Modelo de Referencia OSI
El modelo de referenciaOSI es la definición de un modelo de arquitectura,desarrolladopor laOrganizaciónde EstándaresInternacionales(ISO, International Standar Organization). Este esfrecuentementeusadopara describirla estructuray función de los protocolosde comunicacionesdedatos.Este modelo llamadaInterconexiónde SistemasAbiertos (OSI, Open SystemInterconnect),provee una referencias para todos los sistemas de comunicación.
Es modelo de referencia OSI posee 7 capas que definen las funciones de los protocolos decomunicacionesdedatos.Cadacapadel modeloOSI presentala ejecucióndeunafunción,cuandolosdatosson transferidosentre aplicacionescooperativasque estáncorriendoen la red. Observandolafigura 4 se distingue que claramente que los protocolos están en una pila de bloques uno sobre otro.
Figura 4. Modelo de Referencia OSI
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Capa de AplicaciónEsta compuesta por programas y/o
aplicaciones que se usan en las redes
Capa de PresentaciónEstandariza la presentación de los
datos para las aplicaciones
Capa de SesiónManeja y controla las sesiones entre
aplicaciones
Capa deTransporteProvee detección y correción de
errores entre las extremos
Capa de RedAdministra conexiones de la red
para las capas superiores
Capa de EnlaceProvee entrega confiable de datos a
través del medio físico
Capa FíscaDefine características físicas del
medio de red
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Unacapano defineun simpleprotocolo,estaidentificay definefuncionesdecomunicacionesdedatos,que puedenser ejecutadaspor cualquier número de protocolos.De este modo, cada capa puedecontenermúltiplesprotocolos,cadauno, proveiendoun conjuntode serviciosparala función de estacapa.Por ejemplo un: protocolo de transferenciade archivosy un protocolo de correo electrónicoprovee servicios de usuario, y ambos son parte de la capa de aplicación.
Todo protocolo comunicapuntosextremos.Un punto extremoes una implementacióndel mismoprotocolo,es decir, el protocolo de transferenciade archivos local es el extremodel protocolo detransferencia de archivos remoto. El nivel de comunicación en los extremos debe ser estandarizada paraque los comunicación sea exitosa.
En la comunicacióndebeexistir acuerdosobrecomo pasardatosentre las capassobreuna simplecomputadora,porquecadacapaestainvolucradaenel envíodedatosdesdeunaaplicaciónlocal a unaaplicaciónremotaequivalente.En el puntoremotolos datossonpasadossobrela pila paraa recepcióndela aplicación.Las capasindividualesno necesitanconocercomolascapasqueestánsobrey debajodeellasfuncionan,ellassólonecesitanconocercomopasardatoshaciasusub-capainferior y superiorrespectivamente.Aislandolasfuncionesdecomunicacionesdedatosendiferentescapasseminimizaelimpactode los cambiostecnológicossobreel conjunto total de los protocolos.Nuevasaplicacionespuedenseragregadassin cambiarlas red física y nuevasredesde hardwarepuedenser instaladassinre-escribir el software de aplicación.
Definición de funcionalidades por cada capa:
Capa1, Física:Seencargade la transmisióndecadenasdebits no estructuradossobreel mediofísico;estaencargadodelascaracterísticaseléctricas,mecánicas,funcionalesy deprocedimientoparaaccederal medio físico que lleva la señal.Algunos ejemplosson el cablede par trenzado,el cablede fibraóptica, el cable coaxial y los cables seriales.
Capa2, Enlacede datos:Proporcionaun serviciode transferenciade datosseguroa travésdel enlacefísico; envíabloquesdedatos(tramas)llevandoa cabola sincronizaciónel controldeerroresy deflujonecesarios.Controlael accesoa la redy asegurala transferenciaconfiablede tramassobrela red.Laespecificaciónde más conocidade enlacede datoses el AccesoMúltiple sensibleal portadorcondetección de colisión (CSMA/CD) de Ethernet.
Capa 3, Red: Proporcionaindependenciade los niveles superioresrespectoa las técnicas dedireccionamiento(comunicacióny transmisión)utilizadosparaconectarlos sistemas,es responsabledel establecimiento,mantenimientoy cierre de conexiones.Administra el movimiento de los datosentrediferentesredes.Los protocolosde estacapasonresponsablesde encontrarel dispositivoal queestán destinado los datos. Algunos ejemplos son IP, IPX y AppleTalk.
Capa4, Transporte:Proporcionaseguridady transferenciatransparentededatosentrelos puntofinales,proporcionaademásprocedimientosde recuperaciónde erroresy control de flujo origen-destino.Aseguraquelos datosalcanzansudestinointactosy enel ordencorrecto.El protocolodeControldelatransmisión (TCP) y el protocolo de datagrama de usuario (UDP) operan en esta capa.
Capa5, Sesión:Proporcionael controlde la comunicaciónentrelasaplicaciones;establece,gestionaycierralasconexiones(sesiones)entreaplicacionescooperativas.Establecey Terminalasconexionesy
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poneenordenlassesionesdedoscomputadoras.Algunosejemplosdela capadesesiónsin la llamadaa procedimiento remoto (RPC) y el protocolo ligero de acceso a directorio (LDAP).
Capa 6, Presentación:Proporcionaa los procesosde aplicación independencia,respectoa lasdiferenciasen la presentaciónde los datos(sintaxis).Da Formatoa los datosparapresentarlosenpantallao imprimirlos. Algunos ejemplosde protocolosde la capade presentaciónson el protocololigero de presentación y NetBIOS.
Capa7, Aplicación: Proporcionael accesoal entornoOSI paralos usuariosy tambiénproporcionaserviciosde información.Algunos ejemplosde protocolosde aplicaciónson el protocolosimplesdetrasferencia de correos (SMTP) y el protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP).
Lasaplicacionesde la red dela capa7 sonla razónde la existenciade las6 capasinferiores.Muchosde estosprotocolosse usaronpor primeravez en los sistemasUNIX, dadoque el sistemaUnix sedesarrollo en paralelo con Internet.
Figura 5. Todas las capas OSI ejecutan un protocolo para administrar las conexiones entre losdispositivos.
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Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Producto final
Iniciar, detener, reanudar, etc
Salida por pantalla
Administración punto a punto
Direcciones, rutas
Acceso al medio
Transmisión binaria
Medio de redNormalmente un cable
Dispositivo de red A
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Capitulo II Medios Físicos y Topologías de Red
Medios físicos de transmisión
Las comunicacionessiemprese realiza a travésde un medio de transmisión.Existen dos tipos demedios:
Medios guiados (Cables)Medios no guiados (Aire, mar, vacío)
Por estos medios la comunicación se realiza a través de ondas electromagnéticas o a través de luz.
Medios guiados
Los mediosfísicos de transmisiónen las redesson las carreteraspor dondepasala información, ladenominaciónmás común dada es cableado.Las redesfuncionan sobre dos tipos de medios detransporte físicos:
• El Cable de Cobre• El Cable de Fibra Óptica
Prácticamentetodaslas redesde árealocal quese instalanen el mundode hoy sondel algunaformacablesde cobre. El cableadode fibra óptica se usa principalmentepara redes troncalesde altavelocidad.
Fibra Óptica
La fibra ópticaesun medioflexible y extremadamentefino, capazde transmitirenergíade naturalezaóptica.Parasu construccióno se usandistintostipos de cristalesy plásticos.La Fibra de vidrio o elplástico, con un índice de refracción alto, que se emplea para transmitir luz.
La fibra ópticaesun elementodiscretode transmisiónópticacompuestanormalmentepor un núcleoy un revestimiento,ambosde fibra. Al ser un sistemade guía de luz normalmentecilíndrico, secomponede un materialdi-eléctricotransparentecon un determinadoíndicede refracciónmenor;ode un cilindro cuyo índice de refracción va disminuyendoprogresivamentesegúnnos vayamosalejandodel ejedel cilindro. La longituddeunafibra esnormalmentemuchomayorquesudiámetro.La fibra debidoa su refraccióninternatransmiteluz a travésde su eje longitudinal la luz entraporuno de susextremosy salepor el otro, con pérdidasquedependenotrosde la longitud, absorción,dispersión y otros factores.
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Cable Coaxial
Consisteen un conductorcilíndrico externoque rodeaa un cable conductorinterno. El conductorinterno se mantienea lo largo de un eje axial, medianteuna serie de anillos aislantesde materialdieléctrico.Estácompuesto,defueraa dentro,deunafundaplástica,habitualmentedecolor negro,trasla cual seencuentraunamallaentrelazadade hilos de cobrequecubrena unaprotecciónplásticaconun hilo de cobre central.
SeusaconMultiplexión por división deTiempoparapodertransportarmásde10.000Canalesdevozsimultáneamente.
La distanciamáximautilizadaenestetipo decableesde150metrosy 15 nodos(normativaestándar)ó300 metros. y 30 nodos (normativa extendida). Entendiendo por nodo un corte realizado a dicho cable.
Características de Transmisión
El coaxialseusatantoparaseñalesanalógicascomodigitales.Esmenossusceptiblea lasinterferenciascomo la diafonía. Sus principales limitaciones son la atenuación,el ruido térmico y el ruidointermodulación.
Aplicaciones
� Distribución de Televisión (CATV, “Community Antenna Television”).� Telefonía de larga distancia� Conexión con periféricos� Redes de área local.
Cable de par trenzado
Consiste en dos pares de cobre embutidos en un aislante entrecruzado en forma espiral. El uso deltrenzado tiende a reducir las interferencias electromagnéticas (diafonía) entre los pares adyacentesdentro de una misma envoltura. El Par trenzado es más usado en Telefonía y en Redes de Área Local.
El partrenzadoquequegeneralmenteseusaenredesdecomputadoresesuncablecompuesto,defueraa dentro,de unafundade plástico,habitualmentede color gris, tras la cual se encuentran8 hilos decobre cubiertos de una funda plástica y entrelazados en pares dando dos vueltas y media por pulgada.
La distanciamáxima utilizada en estetipo de cable es de 105 metrosentre la tarjeta de red y elconcentrador.
Características de Transmisión
Los paressepuedenusarparatransmitirtantoseñalesanalógicascomoseñalesdigitales,entelefoníaserequieren repetidores cada 2 o 3 km.
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Existendostipos deparestrenzados:El par trenzadono apantallado(UTP, “UnshieldedTwister Pair)queeseconómicoy fácil de instalary El par trenzadoapantallado(STP,“ShieldedTwisterPair”), quees más costoso y difícil de instalar.
El cable de par trenzado es de dos tipos fundamentalmente:
STP (Shielded Twisted-Pair; Par Trenzado apantallado). Un mediode cablede dosparesrecubiertopor una pantalla aislante para disminuir las interferencias electromagnéticas de las señales.
UTP (Unshielded Twisted-Pair; Par Trenzado sin apantallar). Un mediode cableadode cuatroparesno recubierto con una pantalla. UTP es lo que se usa en la mayoría de las redes.
Cuanto más apretadosestán los filamentos del cable de cobre, menos probable es que hayainterferenciao pérdidasde señal.El cableSTP sólo tiene dos parestrenzados,pero lo compensasuapantallamiento;UTP no tieneapantallamiento,pero lo compensacon un par extrade cables.ComoUTP es rápido, fiable y más baratose ha convertidoen el tipo de cableadopredominanteusadoactualmenteen interconexiónde redes.El uso de la tecnologíaSTP es máscostosay se restringeaentornos más hostiles con un elevado nivel de interferencias electromagnéticas.
Especificaciones de Cableado
La siguiente tabla explica las 6 categorías de par trenzado sin apantallar especificados por unaorganización de estándares internacional llamada TIA/EIA (Telecomunication IndustryAssocitioon/Electronics Industry Association). Estas especificaciones de cableado son importantes yaque la tasa de transferencia (velocidad) a que los datos pueden transmitir de forma confiable quedadeterminada por la combinación de los siguientes factores:
• Lo apretado que esté el cable trenzado de cobre.• La calidad del cobre del cable.• El tipo de aislamiento que se usan para recubrir el cable.• El diseño y la calidad de los conectores.
En la siguientetabla, la categoría5 representanla mejor elecciónen lo que respectaa redesde partrenzadoactuales.Nótesequelos númerosde categoríasmásaltasindicantasasde transferenciasmásaltas [7].
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Categoría
Descripción del Cable Aplicación del Cable
Cat 1 Cable telefónico tradicional No se puede usar para redes.Cat 2 Par trenzado de cuatro hilos. 4 Mbps. No es recomendable para
redesCat 3 Par trenzado de cuatro hilos con tres giros
por pie, alcanza frecuencias de 16 Mhz.10Mbps en Ethernet y 4 MbpsToken Ring, también se usaactualmente en telefonía.
Cat 4 Par trenzado de cuatro hilos, alcanzafrecuencias de 20 Mhz.
Redes Token Ring de 16 Mbps.
Cat 5 Par trenzado de cuatro hilos con ocho girospor pie, alcanza frecuencias de 100 Mhz.
Se principalmente en redes FastEthernet de 100 Mbps.
Cat 5 mejorada Par trenzado de cuatro hilos con ocho giropor pie pero fabricado con materiales demejor calidad. Alcanza frecuencia de 200Mhz.
Alcanza tasas de transferencia dehasta el doble de la capacidad detransmisión de la categoría 5.
Cat 6 Par trenzado de cuatro hilos con cada parenvuelto en un apantallamiento de aluminio;todo cubierto con un polímero.
Alcanza tasa de transferencias dehasta 1 Gbps.
Medios no guiados
Microondas terrestres
Las microondasterrestressonun mediono guiadoparala transmisiónde datosa travésdel aire (sinalambres).Paracual es necesarioposeerequipamientode transmisión,una antenaparabólicay elenlacedebeserdevista,o sea, no debeexistir ningúnobstáculoentrelasantenas.Suprincipalusosonlas telecomunicaciones de larga distancia para comunicaciones de televisión y voz.
El uso de microondasrequierede un menor númerode repetidoresy amplificadoresque el cablecoaxial, pero es necesario que las antenas estén alineadas.
Microondas por satélite
Los satélitessonestacionesqueesencialmenteretransmitenmicroondas,seusancomoenlaceendosomás receptores terrestres llamadas estaciones base.
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Las aplicacionesson. Difusión de televisión y transmisióntelefónica de larga distanciay redesprivadas.
Ondas de radio
Difieren delasmicroondasenquelasondasderadiosonomnidireccionales,no necesitanparabólicas,ni deben estar alineadas, ejemplo telefonía rural, Radiodifusión, televisión de señal libre.
Infrarrojos
Las comunicacionesmedianteinfrarrojosserealizanmediantetransmisores-receptores(“tranceivers”)quemodulanla luz infrarroja.Los tranceiversdebenestaralineadosdirectamenteo puedecomunicarsemediante reflexión en una superficie coloreada.
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Topologías de Red
El diseño físico de la red se conoce como su topología.
Topología Bus
UnatopologíaBusutiliza un solomediode transmisiónllamadobus(cable).Todoslos computadoresenunaredsimilar seconectandirectamenteal bus.Casisiempreun cablecoaxialsirvecomomediodetransmisiónenunatopologíadeestetipo. En la figura7 semuestraunareddecomputadoresutilizandouna topología en bus.
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Figura 7. Topología en bus.
En unatopologíaenbusla informaciónpuedeviajar enambasdirecciones.Estatopologíarequieredeconexionesterminales(o terminadores)especialesen ambosextremosdel bus.Una interrupciónfísicaen cualquier parte del bus provoca la falla de toda la red.
Topología Anillo
La topologíaen Anillo no poseeconexionesde terminales,es decir, forma un anillo continuo (nonecesariamentecircular)a travésdela cualpuedeviajar la información.Debidoa suformacircular,enunatopologíaanillo los datosviajan sóloen unadirecciónalrededordeeste.La figura 8 describeunared de computadores usando esta topología.
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Figura 8. Esquemas de conexión de computadores usando la topología bus.
Como la topologíaanillo necesitauna ruta sin interrupciones,entre los computadores,un corte encualquier punto provocaría que las comunicaciones en la red fueran interrumpidas.
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Topología Estrella
En la topologíaestrellatodoslos computadoresde la redseconectana un concentradorcentral(huboswitch). En estecasono existe comunicacióndirectaentre computadores,toda la comunicaciónescentralizada por el concentrador. La figura 9 muestra un red usando esta topología.
Figura 9. Topología de red tipo estrella.
Estatopologíaesla másusada.Sumayorventajaesquesi ocurrieraun corteen la comunicaciónentreel concentrador y un computador, esta falla solo afectaría al computador y no a toda la red.
Tecnologías de Red y Topologías
Ethernet
La redEthernetesunatecnologíadesarrolladaen1973por un equipode investigadoresdel CentrodeInvestigacionesdeXerox enPaloAlto (PARC,PaloAlto ResearchCenter).Las redesEthernetpuedenconfigurarseen estrellao bus.Antiguamentepor lo generalel cablecoaxial era el tipo de cableadousadocomo medio de transmisióncon una estructurade tipo bus. Hoy día las redesEthernetse
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estructurancon cableUTP, conectoresRJ-45y equiposconcentradorescomoHubso Switch.En esteúltimo casola topologíade red es híbrida, lógicamenteun bus y físicamenteuna estrella.La redesEthernetson normadasbajo el estándarIEEE 802.3 y el métodosde accesoal medio que usa esCSMA/CD (Acceso Múltiple Sensible al Portador con Detección de Colisión).
Token Bus
La red TokenBus combinala topologíade busy el métododeaccesoal mediopasode testigode lasTokenRing. El mediode transmisiónescablecoaxial, las tasasde transferenciavaríanentre1 y 10Mbps. Este tipo de redes está normada por el estándar IEEE 802.4, y su uso no está muy extendido.
La red debesercapazde transmitira todoslos dispositivosconectadosal Bus. Paraello sedivide laseñalutilizando dos canalesde transmisión,uno para la señalde ida y otro parala señalde vuelta.Cuandounaseñalllegaal final de la redpor un canal,sere-modula(cambiode frecuencia)y seenvíapor el otro canal de regreso.Esto permite a cualquier estacióncomunicarsecon cualquier otra,independiente de su posición dentro de la red.
Se utiliza una técnicade pasode testigosobreuna red que no es un anillo físico, pero sí un anillológico. Todos los dispositivostienenuna direccióndentro de la red de forma que cadadispositivotransmite a la siguiente dirección lógica del bus.
La redTokenBus tienela ventajadeserfácil de instalarya queel cableadoesmássencilloqueen lasredesenanillo. El inconvenienteprincipalesqueseproducesobrecargaenla redal tenerquecapturarpor cada dispositivo el testigo, regenerarlo y tener que enviárselo al siguiente dispositivo.
Token Ring
La red Token Ring de IBM, normada por el estándar IEEE 802.5. En si la Token Ring es una mezcla detecnologías,queusael pasodetestigocomométododeacceso(anillo) y lasconexionesdesusnodosanivel físico van a un concentrador.Por lo tantoestatecnologíaeshíbridade las topologíasestrellayanillo. La TokenRing utiliza la topologíaestrellajuntoconun dispositivollamadoMAU (Multi-stationAccessUnit, UnidaddeAccesoMulti-estación),quefuncionacomoelementocentralde la red (formafísica). Sin embargo,estatecnologíatambiénutiliza la topologíaanillo (funcionamientológico de laMAU a nivel de enlacededatos).El tipo de cableadousandoen unaTokenRing puedesercoaxialoUTP. La configuración de la Token Ring con cable coaxial usa dos cables para conectarsealconcentrador;el nodoconectadotransmitedatoshaciael concentradorpor unalineay recibedatosporlas otra. El uso del cable UTP conecta cada nodo con el concentrador.
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Capítulo III Comunicaciones de Datos
Conceptoqueabarcatoda transferenciade informaciónentredospuntoso dossoportescualesquieradentrode un campocubiertopor un sistemade comunicación,basadoen tratamientopor computadorde aquella información.
Frecuencia
Las señalespuedenser continuaso discretas,las señalescontinuasmássencillasson las periódicascomo por ejemplo un onda sinuosidad:
Representación de una señal continua:
s(t + T) = s(t)
donde t es el tiempo y T es el periodo.
Cualquier función seno se puede representar por amplitud, frecuencia y fase:
Expresión general:
s(t) = A sen (2 π f t + φ)
donde la fase φ es la posición relativa de la señal dentro de n periodo de la misma.
Figura 10. Señal sinuosidad continua
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Valor picode la señal
T=1/f
Amplitud
Datos analógicos y digitales
Los datos digitales toman valores discretos (números, caracteres)
Los datos analógicos toman valores en cierto intervalo continuo (vídeo, voz, sensor de temperatura)
Así comosetienendatosdigitalesy analógicos,tambiénse tienenseñalesdigitalesy analógicas.Laseñalanalógicaesun ondaelectromagnéticaquevariacontinuamente.La señaldigital esun secuenciade pulsos de tensión entre valores positivos y negativos representando el 1 y el 0 lógico.
Perturbaciones en la transmisión
La señales sufren perturbacionesproducidas por degradaciones,en las perturbacionesmássignificativas se tienen:
� Atenuación y distorsión de atenuación� Distorsión de retardo� Ruido
La atenuación es la energía de la señal que decae con la distancia en cualquier medio de transmisión.
La distorsiónderetardoesun fenómenodelos mediosguiados,causadopor el hechodequevelocidadde propagación de la señal varía con la frecuencia.
Dentro del ruido se tienen 4 tipos:
El ruido térmico (o ruido blanco) que es la agitación térmica de los electrones,el ruidointermodulaciónqueseproducecuandoexistendosseñalesde distintafrecuenciaen el mismomedio,la diafoníaqueesun acoplamientono deseadoy el ruido impulsivoquesonpulsosirregularesdecortaduración y de amplitud relativamente grande.
Codificación de Datos
La transmisiónanalógicase basaen en una señalcontinuay de frecuenciaconstante,denominadaportadora.Esta se elige paracompatibilidaddel medio que se va a utilizar. Entonceslos datossepueden transmitir modulando la señal portadora.
La modulaciónesel procesodecodificar los datosgeneradospor la fuenteen la señalportadorade lafrecuencia. La modulación implica la modificación de los parámetros de amplitud, frecuencia y fase.
La señalde entradapuedeser tantoanálogacomodigital y sedenominaseñalmoduladorao tambiénseñalenbandabase,s(t). Las cuatroposiblescombinacionesmostradasen la figura 11 seutilizan confrecuencia;si bien, las razonespor las que se elige puedenser de diversa índole, como las que se
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indican a continuación:
� Datos digitales, señales digitales.� Datos analógicos, señales digitales.� Datos digitales, señales analógicas.� Datos analógicos, señales analógicas.
Figura 11. Técnicas de Codificación y Modulación
Datos digitales, Señales digitales
Las señalesdigitalessonsecuenciasde pulsosde tensióndiscretos,cadapulsode unaseñaldigital esun elementodeseñaly los datosbinariossetransmitencodificandocadabit dedatosencadaelementode señal.
Términos básicos
Señal unipolar: Es cuando todos los elementos de una señal son del mismo signo.
Señalpolar: Es un estadológico que se representamedianteun nivel positivo de tensióny el otromediante un nivel negativo.Razónde datosde una señal(Bit Rate): Velocidad de transmisiónde datosexpresadosen bit porsegundo.
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Codificador Decodificador
Modulador Demodulador
g(t)Digital
oanalógico
m(t)Digital
oanalógico
g(t)
m(t)
x(t)
Digital
s(t)
Analógica
x(t)
s(t)
fc
(a) Codificación de una señal digital
(b) Modulación de una señal analógica
Duración o longitud de un bit: Tiempo empleado para emitir un bit.
Velocidadde modulación:Velocidada la que cambiael nivel de señal.Se expresaen baudiosqueconstituye un elemento de señal por segundo.
Interpretación de las señales
El receptor debe conocer, la duración de cada bit; cuando comienza y cuando termina.
Los factores que determinan el éxito o fracaso del receptor al interpretar la señal de entrada serían:
1. La relación señal a ruido.2. La velocidad de Transmisión de datos3. El ancho de banda.
Definición de los formatos de codificación digital de señales
NRZ-L No retorno a a cero 0 = nivel alto1 = nivel bajo
NRZI No retorno a cero invertido
0=No hay transmisión al comienzo del intervalo (un bit)1=No hay señal
Bipolar AMI0=No hay señal1=Nivel positivo o negativo alternante
Pseudoaleatoria0=Nivel positivo o Negativo alternante1=No Hay señal
Manchester0=Transición de alto a bajo en la mitad del intervalo1=Transición de bajo a alto en la mitad del intervalo
Manchester diferencialSiempre hay una transición en la mitad del intervalo0=Transición al principio del intervalo1=No hay transición al inicio del intervalo
NRZ-L: Semantienenlos nivelesde tensióndiferentesparacadauno de los bits, ausenciade tensiónrepresenta un cero y la tensión negativa 1.
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Figura 12. Formatos de codificación con señal digital.
NRZI: Los datosse representande acuerdoa la transiciónde la señal.Los códigosNRZ puedensersusceptible a diferencias de temporización.
Bipolar-AMI: En estecasoel 0 serepresentapor ausenciadeseñaly el unoserepresentapor un pulsopositivo o negativo. Todos los pulsos correspondientes a los unos (1s) deben tener polaridad alternante.
Conesteesquemano habráproblemasdesincronizaciónconcadenaslargasdeunos(1s).Si embargocadenas largas de cero aún constituyen un problema.
En el casode Pseudoternarioel bit 1 se representapor ausenciade señaly el cero por pulsosdepolaridad alternante.
En el códigoManchestersiemprehayunatransiciónenla mitaddel intervalodeduracióndel bit. Estosirvecomosincronizacióna la vezquetransmitedatos:Una transiciónbajoalto representaun 1 y unatransición alto bajo representa un 0.
En el Manchesterdiferencialla codificacióndeun 0 serepresentapor la presenciadeunatransiciónalprincipio del intervalo del bit y un 1 por ausencia de transición.
Ventajas del Manchester diferencial:
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Sincronización: Debido a la transición que siempre ocurre durante el intervalo de duracióncorrespondiente a un bit, el receptor puede sincronizarse usando dicha transición.
No tiene componente continua: Con todas la implicaciones antes mencionadas.
Deteccióndeerrores:Sepuedendetectarerroressi sedetectaunaausenciadetransiciónesperadaenlamitad del intervalo.
Datos digitales, Señales Analógicas
Técnicas de codificación
La modulación afecta a uno o más parámetroscaracterísticosde la señal portadora(Amplitud,Frecuenciay Fase.Por esto existen tres técnicasbásicasde codificación o de modulación,quetransforman los datos digitales en señales analógicas.
� Desplazamiento de Amplitud (ASK, “Amplitudes-Shift Keying).� Desplazamiento de Frecuencia (FSK, “Frecuency-Shift Keying).� Desplazamiento de Fase (PSK,”Phase-Shift Keying).
En todosestoscasosla señalresultanteocupaun anchode bandacentradoen torno a la frecuenciaportadora.
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Figura 13. Modulación para datos digitales.
En ASK los dos valores binarios se representan mediante amplitudes diferentes de la portadora,
En FSK los valoresbinariosse representanpor dos frecuenciasdiferentes,próximasa la frecuenciaportadora.
En PSK la fase de la señal portadora es desplazada, con ello los datos digitales.
Datos analógicos, Señales digitales
A esteprocesose puedehacerreferenciacomola conversiónde datosanalógicosen datosdigitales,también llamado digitalización.
Cuando los datos son convertidos a datos digitales, puede ocurrir lo siguiente:
1. Los datosdigitalesse transmitenusandoNRZ-L. En estecaso,se ha realizadodirectamenteunaconversión de datos analógicos a señales digitales.
2. Los datosdigitalessecodificanusandoun códigodiferenteal NRZ-L. Por lo queesnecesariounpaso adicional.
3. Los datosdigitalesseconviertenen señalesanalógicasusandoalgunasde la técnicasmencionadasanteriormente.
Figura 14. Digitalización de datos analógicos.
El dispositivo que se usa para la conversiónde los datosanalógicosen digitales y posteriormenterecuperalos datos analógicosiniciales de los digitales se denomina CODEC (Codificador/De-codificador).
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Digitalizador Modulador
Datos analógicos(voz)
Datos digitales(NRZ_L)
Señal analógica(ASK)
Existen dos técnicas usadas en los CODEC:
� Modulación por Impulsos Codificados� Modulación Delta
Modulación por impulsos Codificados
Esta modulaciónestábasadaen el teoremadel muestreque en síntesisdice: “Si una señal f(t) semuestreaa intervalosregularesde tiempocon una frecuenciamayor que el doble de la frecuenciasignificativamásalta de la señal,entonceslas muestrasasí obtenidascontienentoda la informaciónde la señal original”.
Si los datosdevoz selimitan a frecuenciaspordebajodelos 4000Hz, paracaracterizarcompletamentela señalde voz, seríasuficienteobtener8000 muestraspor segundo,o sea,una muestracada125microsegundos. Modulación Delta
La modulacióndelta surgecomo una técnicamejoradacon respectoa la Modulaciónpor Impulsoscodificados.
Datos Analógicos, Señales Analógicas
Las señalesde voz se transmitena travésde línea telefónicasusandosu espectrooriginal, esto sedenomina transmisión en banda base.
Existencasosen los queno esposibletransmitir las señalesen su forma original, debidoa queparallevar a cabounatransmisiónmásefectivapuedequesenecesiteunafrecuenciamayor.Paramediosnoguiados,es prácticamenteimposible transmitir señalesen banda base ya que las antenasseríanexageradamente grandes (varios kilómetros).
Algunos de los tipos de modulación analógica son:
� Modulación en Amplitud (AM)� Modulación en Frecuencia (FM)� Modulación en Fase (PM)
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Figura 15. Modulación en amplitud, fase y frecuencia de una portadora.
Transmisión de datos
La transmisióndedatospuedeserentendidacomoel movimientode informaciónquehasido o va haserprocesaday codificada,generalmenteenformabinaria,sobrealgúnsistemadetransmisióneléctricou óptico.
Es precisoentoncesla existenciade una fuente de datos(emisor), un destinatario(receptor)y uncamino de unión entre ambos.
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Elementos de un sistema de transmisión
Figura 16. Elementos de un sistemas de transmisión
[ETD] EquipoterminaldeDatos.Cumplecon dosfuncionesbásicas:Serfuenteo destinofinal de losdatos y controlar la comunicación.Este conceptoengloba tanto los normalmentedenominadosterminales más o menos inteligentes como también el más completo computador.
[ETCD] Equipode Terminaciónde Circuito de Datos:Elementocuyamisión consisteen transformarlas señales portadoras de la información a transmitir, utilizada por los ETD.
[Línea] Conjunto de mediosde transmisiónque une los ETCD, cuya constitucióndependeráde ladistancia,velocidad,etc.Y quedebecumplir unasdeterminadasespecificaciones,apoyándosesiempreen la infraestructura de comunicación.
[ED] Enlace de Datos: Unión entre fuente y colector de datos,formado por los controladoresdecomunicación, ETCD y Línea.
[CD] Circuito de Datos: Conjunto formado por los ETCD (modems)y la línea cuya misión seráentregar en la interfaz con el ETD colector las señalesbajo la misma forma y con la mismainformación que recibió en la interfaz con el ETD fuente.
Un ejemplo para clarificar lo anteriormenteexpuesto estaría dado cuando se estableceunacomunicación entre dos computadores, haciendo uso de una interfaz serial o paralela.
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Figura 17. Conexión por interfaz serial.
Transmisión de Datos en Serie y Paralelo
TransmisiónenSerie: Con independenciadel código,tipo detransmisión,velocidad,etc,los datossontransmitidosbit a bit utilizando un único canal.Es la forma normal de transmitir datosa grandesdistancias.
TransmisiónenParalelo: En estecasosetransmitensimultáneamentetodoslosbits deuncaractero deunapalabrademaquina,lo queimplicaun mediodetransmisióncontantoscanalescomobits contengael elementobase.Ello implicaunamayorcomplejidaddel medioy redundaenunamayorvelocidaddetransmisión.
Transmisión asíncrona
En las figura 6 los n bits queformanla palabradel códigocorrespondiente,vansiempreprecedidosdeun bit 0 llamadobit dearranque(o start)y seguidosal menos,deun bit 1 conocidocomobit deparada(o stop),quepuedeseren algunossistemasde 1 o 2 bits. El conjuntocitadoconstituyeun caracter,pudiendomediarentredosconsecutivos,cualquierseparación.Estetipo de transmisiónsebasaen laexistenciadentrodel receptordeunabasedetiempos(reloj), teóricamenteigual a la quedebeexistirenel transmisor.
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Interfaz Serial
PC PC
RS232 RS232Interfaz Serial
Figura 6. Transmisión asíncrona ó (inicio/parada)
El sincronismode bit se alcanzaarrancandoel reloj del receptoren el mismo instanteen que secomienza el bit de arranque.
El sincronismodecarácteresaquímuy simpleya queel receptorsabequeel primerbit significativoessiempre el que sigue al arranque.
Transmisión Síncrona
En la transmisiónsíncronalos datosfluyen de la fuenteal colectorcon unacadenafija y constante,marcada por una base de tiempos común para todos los elementos que intervienen en la transmisión.
La señaldesincronismo,enel extremotransmisor,puedeestargeneradapor el ETD o el ETCD, segúnlos casos,perosiempreescomúnenambos.En el extremoreceptor el ETCD (módem)reconstruyelaseñaldereloj deorigena partir de la señalrecibidaenlínea,realizándoseenél, el sincronismodebit yentrega al ETCD ambas señales (datos y reloj) sincronizadas.
El sincronismode caractersehaceen el ETD medianteel envío decombinacionesespecialesde bitsirrepetiblespor el desplazamiento,recibidasestasconfirmaciones,el ETD sabeque cada n bitsconsecutivos forman un caracter.
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Modos de explotación de un circuito de datos
Los computadores utilizan diferentes métodos para transmitir información, estos métodos determinan elmodo en que se usará el circuito de datos para la transmisión de información.
Simplex: La transmisiónse realizasolamenteen un sentidosin posibilidadde hacerloen el sentidoopuesto. Este método no es muy usado en la transmisión de datos.
Semi duplex: La transmisiónse lleva a caboalternativamenteen uno o otro sentido, exigiendouncierto tiempo para cada inversión (esto reduce la eficiencia del sistema).Este modo de explotaciónes el más corrientementeusa en la transmisiónde datos, incluso sobrecircuitos que permiten el modo duplex.
Duplex (Full-Duplex): Consisteen la transmisiónsimultáneae independienteen ambossentidos,yaseaenviandodatoslos dos,o bien datosen uno y control de los mismosen otro. Estemétodosi bienreportagraneficienciade la línea,exige unosterminalesmuy complicados,por lo que raramenteesusado salvo en la unión de computadores.
Comunicación Conmutada
Parala transferenciade información las redesutilizan comunicaciónconmutada,que permite a losdispositivos (hardware) compartir líneas físicas de comunicación.
Conmutación de circuitos
La conmutaciónde circuitos,creaunaruta únicae ininterrumpidaentredosdispositivosquequierencomunicarse.Duranteel tiempoquedurela comunicación,ningúnotro dispositivopuedeusaresaruta.Cuandola comunicaciónha finalizado, la ruta se libera paraqueotrosdispositivospuedanutilizarla.Dicho de otro modo,la conmutaciónde circuitospermitea variosdispositivoscompartirlas lineasdeconmutación, pero cada uno debe esperar sus turno para hacer uso de ellas.
Generalidades de la conmutación de circuitos:
• El circuito físico se establece antes de iniciar la transmisión.• Buena para el flujo continuo de información, mala para discontinuo.• La recepción se realiza con un retardo fijo respecto de la la transmisión.• La red no almacena la información.• Para establecer la conexión se necesita un tiempo que es relevante para el funcionamiento de la
red.• Tasa de errores alta.
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Conmutación de paquetes
Las redesde computadoresusanconmutaciónde paquetes.Por ejemplo,Internetes unagran red depaquetesconmutados.De hechola conmutaciónde paquetesconsisteen la división de los datosenpequeños fragmentos independientesdenominados paquetes, estos son transmitidos por loscomputadoresa la red. Los paquetesbuscansu destino de acuerdoa una estructuradenominadacabecera que contiene la información del origen y destino del paquete.
Generalidades de la conmutación de paquetes
• Los datos son tratados por la red como mensajes.• Los nodos encaminan los paquetes hacia su destino.• Los nodos son:�
Inteligentes con capacidad de procesamiento de paquetes recibidos.�
PoseenMemoria paraalmacenarlos paquetesrecibidoshastasu transmisiónhaciaelsiguiente nodo.
• Retar de recepción variable.• Alta disponibilidad de la red.• Baja tasa de errores.• Adecuada para fuentes intermitentes.
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Capítulo IV Funciones a Nivel de Enlace
Paraasegurarlos objetosfundamentalesdel controlde enlacededatos(DataLink Control , DLC), lasentidadesdela capadeenlacededatos(ED) tienenquecumplir tantocon las exigenciasdel mediodecomunicación,comocon lasdel usuario.En el transcursodel tiemposeha establecidoun conjuntodefuncionesgeneralesdeED, actualmentecomunesparatodoslos protocolosdeestenivel, sin embargo,la forma en queserealizanestasfuncionesvaríacon el tipo y gradode sofisticaciónde un protocoloparticular. El conjunto de de estas funciones se presentan a continuación:
A. Inicialización de la ComunicaciónB. IdentificaciónC. TransparenciaD. Segmentación y Delimitación de la Trama.E. Sincronismo de la Trama.F. Coordinación de la Comunicación (Acceso al Medio).G. Control de Errores y de Secuencia.H. Control de FlujoI. Recuperación de FallasJ. Terminación de la ComunicaciónK. Gestión de enlaceL. Estrategias de retransmisión
Estasfuncionescomotalescomprendenun conjuntode“servicios” del DE, queponea disposicióndelsistema a través de los límites de la capa de red.
A. Inicialización de la Comunicación
La función de inicializaciónestarelacionadacon el establecimientode unaconexiónactivade enlacede datos,sobreun canal físico existente.Este canal puedeser formado por uno o varios circuitosfísicos.La adquisicióndeestacanaly el movimientosde los bits sobreél, esdepor si responsabilidaddel medio físico. La inicializacióncomo tal, normalmente,involucraun intercambiode secuenciadecontrol que sirven para establecerla disponibilidadpara recibir o trasmitir datosy en cuantoseanecesario a la vez también determinar la identificación de las partes.
B. Identificación
El procesode Identificaciónesnecesarioparaidentificar un determinadoreceptor o transmisorentrevariospresentesenunaconfiguraciónmultipuntoo entreun grannúmeroaccesiblede interlocutoresatravésde una red conmutada.La identificacióna nivel del ED normalmentese realizaa travésdelintercambiode unadirecciónde ED, a vecesasignadaa priori. El procesode identificaciónpuedeavecesexigir un intercambiodeparámetrosdeacuerdoa lascaracterísticaso capacidaddelasestacionesque se comunican.
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C. Transparencia
La función de transparenciapermite al control de ED ser totalmente“transparente”, tanto de laestructura,comodel formatodela informacióndel usuario.De estamanerael usuariopuedetransmitirsu informaciónen cualquiercódigo,formatoo longitud con la seguridadquesu informaciónno seráinterpretada como datos de control del ED.
D. Segmentación y Delimitación de la Trama
El mecanismopara formar bloqueso tramases necesariocon el fin de dividir la información delusuarioen segmentosadecuadospara la transmisióna travésdel ED. Los bloquesextremadamentelargos corren peligro de no poder sobrevivir sin errores en un ambiente de transmisión ruidoso. Por otrolado, bloques muy cortos pueden resultar ineficientes. En mecanismo de formar bloques y tramas apoyaelectrónicasprocesodesincronizaciónenla identificaciónde los datosdeusuarioy proveedebloquesadecuados para la detección de errores.
E. Sincronización
Clases de Sincronismo
a. sincronismo de bit
En el circuito físico los datossetransmitenenserie,siendorecuperadosenel receptorpor mediodeunreloj quedebeestaren sincroníacon el transmisor.Estaclasede sincronismoestaa cargodel nivelfísico. Paraasegurarque el nivel físico establezcasincroníasin necesidadde disponerde un canaladicional,paraleloal canaldedatosdedicadoa la transmisióndereloj, seconocendiversastécnicasdeextracciónde reloj a partir de una señalde datosrecibida,codificadaen un código “en línea”. Paradisminuir el tiempodeadquisicióndel sincronismodebit, seutilizan comopreámbulosecuenciascontransiciones tales como: 01010101010101010...
b. Sincronismo de caracter
Cuandola transmisiónde datosseefectúaen forma de byteso caracteres,es precisoagruparlos bitsrecibidosen estaforma, cosaquerealizaa nivel físico. Habitualmentelos caracteressonde longitudfija y la sincronizacióndecarácterseestablececonunoa varioscaracteresdesincronización,enviadosa principiosde la transmisióny posteriorcuentade bits. Es decir, los bits recibidosintroducenen unregistrodedesplazamientode longitud igual a un caracterdesincronización.A partir deesemomentolos caracteresseformanpor simplecuentadebits. La sincronizacióndecaracterpuedeefectuarseconun convertidor de serie-paraleloespecializado,denominadocomercialmenteUSART (Transmisor,Receptor, Asíncrono, Síncrono, Universal).
c. Sincronismo de Trama
Setratadeun funciónpropiadeEnlacedeDatos,queconsisteenrecuperarlos mensajesy delimitarlas
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tramas a partir de la secuencia de bits o de caracteres recibidos por el medio físico. Este sincronismo estambién responsablepor un buen funcionamientodel sincronismo de carácter, controlando suadquisición,mantenimientoy restablecimiento,comoasímismopor el alineamientodel mecanismodedecodificacióndel receptorcon el del transmisor.En el nivel de enlace,los datosrecogidosdel nivelsuperiorseagrupanpareasu transmisiónformandotramas(paquetes,bloques,mensajes)queincluyenbits de redundancia(SVT, CRC, LRC, BCC) y otrosbits de control del protocolo.Paradelimitar elprincipio y fin de la tramaseusancaracteresde control o cadenasdebits específicos.El usode estosdelimitadorespuederestringirel conjuntode caracteresutilizablespor el nivel superiory parapodertransmitircualquiercadenabinariaesprecisoadoptarmecanismosdetransparenciaqueremuevanesaslimitaciones.
Métodos de Sincronismo de Trama
Básicamenteexisten3 estrategiasal respecto,las dos primerasutilizan caracteresde control de unalfabeto tal como ASCI, EBDIC o Transcodigo de 6 bits.
a. Principio y Fin
Paramarcarel principio (PDT) y el fin (FDT) utiliza los caracteresde control de unode los alfabetosmencionados, tales como:
STX: Start of TextSOH: Start Of HeaderETX: End of TextETB: End of BlockCC: Son otros caracteres de control, tales como origen y destino de la trama, CRC, etc.
b. Principio y Cuenta
Empieza con un número que marca el principio y continuaciónindica el número de caracterescontenidos en la trama.
c. Guión o Bandera
Unamuestrafija debits (bandera)marcatantoel principio comoel fin de la trama.Cuandoaparecelamisma combinación en el texto, se intercala un cero.
F. Coordinación de la Comunicación - Acceso al Medio
Paracoordinarla comunicaciónsenecesitanreglasquedeterminanel turnodeintervencióna travésdelenlace.De estamanera,a nivel deenlaceexistenlos siguientesmétodosbásicosdecoordinaciónde lacomunicación
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Centralizado
La coordinacióncentralizadaen un controladores típica de los primerossistemasteleinformáticos,dondeun grupodeterminalesaccedea un recursocentral(computadorconcentradordeterminales)queposeeademáslasfuncionesdemoderadory la comunicaciónsedesarrollaentreel recursocentraly losterminalessin que existacomunicacióndirectaentreterminales.En función del sentidodel flujo deinformación los procedimientosse denominan:Sondeo(Polling) que es el flujo del terminal alcontrolador, y selección (SLECT) que es el flujo del controlador al terminal.
A. Selección
Cuandoel controladordeseeenviar informacióna un terminal lo seleccionamedianteun mensajedecontrol, el terminal responde si está listo o no para recibirlo.La primerafasedela comunicaciónesel establecimientodel enlacemedianteel mensajedeselecciónyla respuestacorrespondiente.Si estaes positiva, el enlaceestáestablecidoy se entra en la fasedetransferenciade información,el controladorenvía tramasde informacióny el terminal confirma sucorrectarecepciónconun ACK (Respuestadereconocimiento).Unavezqueno haymásinformaciónque transmitir se entra en la fase de terminación del enlace con la transmisión del mensajecorrespondiente.Si espocoprobablequeel terminalno estépreparadopararecibir, puedeutilizarseunavariablemáseficiente, la “selección rápida”, que consiste en añadir los datos al propio mensaje de selección.
B. Sondeo
a. Sondeo por lista
El Sondeopor lista es la forma clásicade sondeo.El controlador“PasaLista” a cadauno de losterminales,presentándolessi tieneninformaciónparatrasmitir , medianteun mensajedesondeoconelcódigode direccióncorrespondienteal terminal.Si éstetienealgúnmensajegrabado,lo transmite,encasocontrario,rechazala gestióna transmitiry el controladorpasaa sondearel siguienteterminaldelalista.
b. Sondeo con prueba
Cuando la actividad de los terminales es baja y su número es elevado, el controlador desperdicia muchotiempoen sondearterminalesquecasinuncatieneninformaciónparatransmitir.Una alternativamáseficiente,enesascircunstancias,esel sondeocon prueba,queconsisteen agrupara los terminalesendiferentesgrupos,demodoquecadaterminalreconocedosdirecciones:unaindividualy otradegrupo.Al reconocerun terminal su dirección de grupo, si tiene información pendientetransmite unaindicación,en casocontrario permaneceen silencio. El controladoral sondearun grupo, envía sudirecciónglobal; si algún terminal tiene información se activarála línea y entoncesel controladorefectuaráun sondeo individualizado dentro del grupo; en caso contrario, ningún terminal tieneinformación; la línea permanece inactiva y el controlador procede a sondear otro grupo.
c. Sondeo Circular
En el sondeopor lista los mensajesde sondeorecorrencadavez el trayectodesdeel controladoralterminal; si éstosestándistribuidosa lo largo de unaextensalíneade transmisión,con un retardode
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propagaciónelevado,se desperdiciamuchotiempo, pueslos mensajesde sondeosucesivosrecorrenlargostrayectos,quecoincidenen su mayor parte.Una soluciónmáseficiente,esel sondeocircular(hub polling), que consisteen empezarel ciclo de sondeoenviandoun mensajede sondeoa unterminal,y éste,unavez sevacía,si no lo estabaya, envíaun mensajedesondeoa otro terminaly serepite el proceso hasta que el último terminal envía un mensaje de sondeo al controlador.Con protocolosorientadosa bit seha realizadoun eficienteforma de sondeocircular, asociadaa unared en bucle que utiliza como mensajede sondeoel octeto 01111111.De forma que, cuandounterminalrecibeesteocteto,si no tienenadaquetransmitirlo retransmiteconun retrasodeun bit), perosi tieneun mensajepreparadoinvierte el último bit y el mensajede sondeoseorientaen el guión deaperturade trama,01111110,y a continuaciónenvíael mensaje;los demásterminalesretransmitenelmensaje hacia el controlador.
Hemosdescritolas técnicasde sondeocircularutilizandoun campode aplicaciónclásico,las redesdeaccesoa un recursocentral.No obstante,su fundamentooperativo( el pasodeun testigoparacederelturno de transmisión),tambiénesidentificableen ciertossistemasde accesomúltiple (Tokenpassingbus,Token passingring), usadosen al ámbitode redeslocales.La diferenciade matiz estribaen elhechode poder transmitir a cualquierotro interlocutor conectadoa la línea (y no sólo al recursocentral);perosiguesiendonecesariala presenciade un controladoro, mejor dicho, de un supervisorque evite el bloqueodel sistemaal extraviarseel testigo, (por ejemplo por caídadel terminal quedetenta el turno de transmisión).
Coordinación descentralizada: Contienda
En otrossistemasno existeun moderadorqueconcedala palabrani seutiliza un testigoconel mismofin. En estasoluciónlos interlocutorespuedenaccederencualquiermomentoal circuito.Si doso másde ellos tratan de transmitir al mismo tiempo, puedenpresentarseconflictos al competir en una"contienda"por posesionarsedelcircuito.Porejemplo,seandosterminalesunidospor un enlacesemi-dúplex,queintentancomunicarseal unísono;paraello cadaunointentaestablecerel enlacey envíauncarácterENQ (supuestoun protocoloorientadoa carácter)peroningunolo recibe,puesambosestánentransmisióny cuandopasana la escuchano recibennada.Otrasituacióndeconflicto puedepresentarseen redesde accesomúltiple al superponersetransmisionesde doso másterminales,quepor tantonoserán reconocidas por ningún receptor.
La característicabásicadeesosconflictosesqueun transmisorenvíaun mensajey sequedaesperandounarespuestaquenuncallegará.Paraevitaresaeventualsituaciónde bloqueoseestablecenplazosdeespera(timeout),de forma quesi expirael plazosin recibir respuesta,seretransmiteel mensaje.Noobstante,estemecanismono bastaparaevitar bloqueos.Puessi ambosretransmitena la vez hay unanueva colisión.
Estasituaciónse resuelvede forma que, tras detectarel bloqueo(por ausenciade respuesta),no seefectúala retransmisiónhastadespuésde un plazodiferenteparacadainterlocutor(predeterminado,dandoprioridad a algunode los interlocutores,o bien obtenidosen su momentopor generadoresdenúmero pseudoaleatorios),de forma que quien tenga plazo menor retransmitirá el primero, sincolisionarconlos anteriores.Perono sólointeresarecuperarsedela colisión;másinteréstienetratardeevitarla.Una forma muy sencillade prevenirlasesescucharentesde transmitir; existenunavariedadde técnicasde "auscultación"utilizadas en las redes de accesomúltiple (redes locales). Con la
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auscultaciónsimple (CSMA, carrier sensemultiple access)garantizamosque no se empieceunatransmisión mientras haya otra en curso.
No obstante,dostransmisionesiniciadasa la vezcolisionan.Paradetectarinmediatamenteesacolisióny no tenerqueesperara queexpireel plazode la respuestaseutiliza la auscultacióncon deteccióndecolisión (CSMA/CD-collision detect), que detectasi los datos en el circuito coinciden con lostransmitidosporel propioterminal;si sondiferentessesabequehaycolisióny seabortala transmisiónretransmitiendotrasun plazo.Existenmuchasvariantesde estastécnicasdiseñadasparamejoraraúnmás el rendimiento, en función del tipo de tráfico y topología de la red.Destacamosel hechode quelos protocolosde enlaceutilizadosen redeslocalessondiferentesde losclásicos,no sólo por trabajar en modo contiendade accesomúltiple, que no se ha utilizado enaplicacionesde teleproceso,sino tambiénpor la necesidadde incluir en las tramaslas direccionesdelremitente y el destinatario,al permitir la transferenciade información entre cualquier par deinterlocutoresconectadosa la red local,mientrasquelos protocolosclásicossólo incluyenla direccióndel terminal,yaquela transferenciadeinformaciónseefectúaexclusivamenteentreel recursocentralylos terminales.
G. Control de Errores de Secuencia
Seutilizan códigosde proteccióncontraerroresparacontrarrestarlos efectosdel ruido en el circuito.Existendiversasfamiliasdecódigoscondeferentespropiedadesdetectoras,y correctoras.No obstante,en aplicacionesteleinformáticasse utilizan casi exclusivamentetécnicasde detecciónde erroresypetición de retransmisión(ARQ, automaticrepearrequiest);puesla correcciónde errorestiene unacomplejidadelevaday sólo sejustifica suusoen condicionesextremas(típicamentecuandoel retardode propagación es muy grande y es ineficiente retransmitir; por ejemplo, en transmisiones espaciales).Para corregir errores de transmisión se emplean dos métodos:
a. Método Directo:
Pormediodeun códigocorrector de errores seubicany corrigenlos errores.Existeunagranvariedadde estaclasede códigoscon fundamentaciónmatemáticamuy sólida y altamentedesarrollada.Sinembargosu implementaciónresulta muy complicadacon la excepciónde algunoscódigos pocoeficientesy otros, llamados“Recurrentes”,cuya redundanciaes por lo menos50%. Se empleanencasos excepcionalesy en comunicacionesvía satélite, donde el método “indirecto” basadoenretransmisión resulta inaplicable por un retardo excesivo.
b. Método Indirecto:
Primerosi detectala presenciadeerrorespor mediodeun códigoy luegosepidela retransmisióndelbloque afectado. Los códigos empleados para este fin son:
• Códigos de paridad longitudinal y transversal• Códigoscapacesdecorregirerroresenel método“directo” (Geométricos,matriciales,cíclicos
basados en Campos de GALOIS, etc).• Códigos de redundancia cíclica basados en la división de polinomios con coeficientes binarios.
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Una vez detectadoen bloqueerróneo,automáticamentesepide su retransmisión,razónpor la cual elmétodo se denomina Automatic Repeat Request (ARQ)método preferentemente usado en telemática.En cuantoal control de secuencias,algunosprotocolosnumerany verifican los segmentoso tramasdedatos para garantizar la detección los segmentos perdidos.
H. Control de Flujo
Los receptorestienenquesercapacesderegularel flujo de informaciónpor serrecibidosconel fin deprevenirun posibleexcesodedatos,quesuperadoensucapacidad,no podríaserrecibido.Estamisiónestá a cargo de la función de control que reside en el nivel ED.
En la comunicaciónde datos ocurre que el ritmo de generaciónde información de datospor unremitenteesmuchomayorqueel consumodel destinatario.EjemploComputador-Impresora,razónporla cual es precisocontenerla fuente de información, lo que equivaleal control de flujo. Para lacontención existen tres estrategias:
BUSY (Ocupado):En unaInterfazen paraleloel problemaseresuelvepor mediode unalíneaad hocdel tipo Ocupado(BUSY). En unacomunicaciónenserieseempleanmensajesespecializados,quedanorigen a las siguientes soluciones:
• Frenado Brusco: Cuandoun destinatariono puedeseguir recibiendoinformación en formamomentánea,ésteenvíaa sucorresponsalunasecuenciadecontroltal comoWACK (Wait afterACK) seguidapor la trama RNR (ReceiverNot Ready),como es el casode los protocolosorientados al bit y al caracter.
• Interrupción de Inversión (Reverseinterrup): Es utilizada en los protocolosorientadosalcaracter,quese identifica con la secuenciade control RINT, formadapor el par de caracteresDLE. Estasecuenciaesenviadapor el destinatarioen lugardeunaconfirmación,parasolicitarel FIN PREAMBULO de la transferenciade datosencursoe iniciar unanuevafaseen la cuallos papelesdel destinatarioy de remitentese invierten.Estainterrupciónfacilita el envío demensajes urgentes.
• Ventanadeslizanteo ventanade crédito: Esempleadaen lasestrategiasde retransmisiónen elcaso de envío continuo de mensajes.En forma breve: El receptor no necesitaenviar laconfirmaciónACK inmediatamentedespuésde cadatrama.Sedenominaventanadeslizantealnúmero máximo de tramas que en un determinadomomento puedenestar pendientesdeconfirmación.Un remitenteno puededesbordara un destinatariosin su consentimiento.Lacadenciadel consumidorse adaptaa la del generador,puestoque si éstees más lento o seencuentramuy atareado,tardará en devolver la confirmación de las tramas pendientes,conteniendoasísuavementeal generador.Esdeobservar,quecadaconfirmaciónconstituyeuncréditopararecibir otra trama.Lastramassonademásnumeradasparaasegurarla confiabilidaddel sistema.Paraacomodarlas tramaspendientesde confirmación,el receptortienequetenerun buffer ad hoc.
I. Recuperación de Fallas
Estafunción incluye procesosrequeridosparadetectary recuperarsede situacionesanormales,talescomo perdidade respuesta,secuenciainválidas,enlacescortadosperdidadel caracterdel fin de la
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trama. Los mecanismos básicos utilizados para recuperación de fallas son:
• Tiempode expiración(timeout), queconsisteen establecerlos plazosmáximosde tiempodeespera.
• Solicitud de una nueva respuesta, si el plazo ya está vencido.
• Limitacióndel númerodereintentostranscurridos, cuyafalla sedapor irrecuperable(desdeelpuntodel vista del enlace),comunicándosetal circunstanciaal nivel de red paraque tomelasmedidasoportunas.Al no limitar el númerode reintentosse corre el peligro de entraren unciclo indefinido de solicitudesy respuestas,por ejemplosi un terminal seencuentrafuera defuncionamiento.
J. Terminación de la Comunicación
Una vez terminadala transferenciade la informacióndel usuario,seprocedea terminarel enlacequehasido lógicamenteestablecidoal principio por mediodel procesode la inicialización.La función determinacióninvolucra la suspensióndel enlace,asegurándoseprimero,que todos los datosenviadoshansido efectivamenterecibidos.Una vez terminadaestaetapapreviaseprocedea removerel enlacelógico, cosa que no necesariamente significa la desconexión del camino físico.
K. Gestión de Enlace
La funcióndegestióndeenlacesirvedeinterfazentreel enlacededatosy el entornoOSI.Estafunciónincluye tantola activacióncomola des-activaciónde las funcionesde la capa,comoasímismodelosproceso de monitoreo y estadísticas.
L. Estrategias de Retransmisión
Lasfuncionesdecontroldeflujo, deerroresy desecuenciascomoasímismola recuperacióndefallas,normalmenterecurrena la retransmisiónde los bloquesafectados,para asegurarde estamaneralaconfiabilidad de la comunicación.
Los Mensajes de reconocimiento (o acuse)
El receptor informa al transmisor sobre las tramas recibidas por medio de los mensajesdereconocimientopositivo (ACK) o negativo(NACK) enviadoen una tramade retorno(“PiggybackedAcknowledgment”,porque el reconocimientoesta montadosobre una trama de retorno). De estamanera el transmisor sabe con precisión que tramas tendrá que retransmitir.
a. Parada y espera
Al enviar una trama el remitenteguardauna copia deteniendola transmisiónhastaque llegue sureconocimiento.Si la transmisión es correcta, el destinatario devuelve un mensaje con unaconfirmaciónpositiva(ACK) y el remitenteal recibirlo, libera la memoriaocupadapor la copia.Encambio,si el destinatariodetectaquela tramaeserrónea, devuelveun mensajede rechazo(NACK),que el remitente interpreta como solicitud de retransmisión.
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b. Envío Continuo
En la estrategiadeenvíocontinuoseenvíanlos bloquessin paradasintermediasentreellos (salvoqueel remitentetengamásquetransmitir),estandoautorizadoa tenermúltiplestramassin confirmaciónenforma simultáneaDe estael transmisormantieneunaventanade mensajespor transmitirmoviéndolahaciaadelantecon los envíosy el reconocimiento.Llegandoel reconocimientopositivo (ACK) por elcanalderetornola transmisiónsiguesumarchanormal,siguiendoconformasecuencialconlastramasnumeradas.Es deobservarqueestemétodoexigeun canalduplex.Paralos casosde rechazosexistendos modalidades de retransmisión:
b.1 Rechazono selectivo: Es esta caso el transmisorretransmitela trama rechazaday todos lossiguientes que había ya transmitido antes de la recepción del rechazo.
b.2 Rechazoselectivo:El transmisorprocedea retransmitirexclusivamentela trama rechazada,sinrepetir las demás. Esta modalidad es más eficiente pero requiere controladores más complejos.
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Referencias
[1] http://herodes.redes.upv.es/itd/Teoria/Tema%20Introd.htm
[2] Andrew S.Tanembaum, Redes de computadores, Ed. Prentice-Hall, 3ª ed.1.996.
[3] William Stallings, Comunicaciones y redes de computadores, Ed. MacMillan, 4ª ed. 1.994.
[4] Dr. Arturo Serrano Santoyo, Presentación PRAXIS TELECOM, 11 de Febrero de 1999.
[5] Kris Jamsa, Ken Cope, Programación en Internet, Mc Graw Hill Septiembre de 1996.
[6] Craig Hunt, TCP/IP Network Asministration, O’Reilly & Associates, Inc, Septiembre de 1993.
[7] Tom Shaugnnessy, Toby Velte, Manual de Cisco, Mc Graw Hill, 2000.
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