III REPRESENTACIÓN DE DATOS

By Sedric Solis - junio 27, 2021

Representación de Datos

En este apartado analizaremos las diferentes técnicas de codificación de datos y el como se representan, dependiendo del medio en el que se transmiten, su formato y los recursos que utilizan.

3.1 Codificación de Datos

La información análoga o la información digital pueden ser codificadas mediante señales analógicas o digitales. La elección de un tipo particular de codificación dependerá de los requisitos exigidos, del medio de transmisión, así como de los recursos disponibles para la comunicación.

La codificación es un método utilizado para convertir un stream de bits de datos en un código predefinido. Los códigos son grupos de bits utilizados para ofrecer un patrón predecible que pueda reconocer tanto el emisor como el receptor. La utilización de patrones predecibles permite distinguir los bits de datos de los bits de control y ofrece una mejor detección de errores en los medios.

A continuación, se detallan las 4 combinaciones para la codificación de datos:

3.1.1 Datos digitales, señales digitales

La forma más sencilla de codificar digitalmente datos digitales es asignar un nivel de tensión al uno binario y otro nivel distinto para el cero. Para mejorar las prestaciones hay que utilizar códigos distintos al anterior, alterando el espectro de la señal y proporcionando capacidad de sincronización.

Los códigos que siguen esta estrategia comparten la propiedad de que el nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit; es decir, no hay transiciones (no hay retorno al nivel cero de tensión). Por ejemplo, la ausencia de tensión se puede usar para representar un 0 binario, mientras que un nivel constante y positivo de tensión puede representar al 1. Este código se denomina no retorno a cero (NRZ, Non-return to Zero).

3.1.2 Datos digitales, señales análogas

Los módems convierten los datos digitales en señales analógicas de tal manera que se puedan transmitir a través de líneas analógicas. Las técnicas básicas son:

la modulación por desplazamiento de amplitud (ASK),
la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) y,
la modulación por desplazamiento de fase (PSK).

En todas ellas, para representar los datos digitales, se modifican uno o más parámetros característicos de la señal portadora.

3.1.3 Datos análogos, señales análogas

A menudo se tienen datos analógicos (por ejemplo, la voz o cualquier tipo de audio) que es necesario digitalizar. Una de las primeras técnicas y de las más conocidas es la PCM.

La modulación por impulsos codificados (PCM por sus siglas inglesas de Pulse Code Modulation) es un procedimiento de modulación utilizado para transformar una señal analógica en una secuencia de bits (señal digital), este método fue inventado por Alec Reeves en 1937. Una trama o stream PCM es una representación digital de una señal analógica en donde la magnitud de la onda analógica es tomada en intervalos uniformes (muestras), cada muestra puede tomar un conjunto finito de valores, los cuales se encuentran codificados.

El proceso de convertir una señal analógica en

3.1.4 Datos análogos, señales digitales

Los datos analógicos se modulan mediante una portadora para generar una señal analógica en una banda de frecuencias diferente, la cual se puede utilizar en un sistema de transmisión analógico. Las técnicas básicas son:

la modulación de amplitud (AM),
la modulación de frecuencia (FM) y,
la modulación de fase (PM)

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|| COMUNICACIÓN A NIVEL FÍSICO

By Grupo 3 - junio 23, 2021

COMUNICACIÓN A NIVEL FÍSICO

2 INTRODUCCIÓN

Se abordará los aspectos relacionados con la transmisión de los datos a nivel físico; los métodos y medios de transmisión guiados y no guiados que se utilizan para la comunicación de datos. También se mencionarán las principales fuentes de distorsión que afectan el bit.

Comunicación a nivel físico

2.1 TRANSMISIÓN DE DATOS Y MÉTODOS DE TRANSMISIÓN

El objetivo de la transmisión de datos es la transmisión de información entre dos o más puntos. La transmisión de datos que se produce entre un emisor y un receptor se realiza a través de un medio de transmisión. Los medios de transmisión pueden ser guiados y no guiados.

Las transmisiones se realizan por medio de ondas electromagnéticas.
En los medios guiados como la fibra óptica las ondas se transmiten a lo largo del camino físico. Mientras que, en los medios de transmisión no guiados, las ondas se propagan a través del aire, el mar o el vacío.

Los métodos de transmisión se refieren al número de señales digitales que pueden viajar por un medio físico a la vez.

2.1.1 Conceptos y terminología
Una señal es una magnitud física o detectable mediante la que se puede transmitir mensajes o información Una cantidad física o un valor que varía en el tiempo.

Transmisión analógica: consiste en enviar información en forma de ondas, a través de un medio de transmisión físico. Los datos se transmiten a través de una onda portadora que transporta los datos modificando sus características. Se denomina transmisión de modulación de la onda portadora.

Señales analógicas

Frecuencia: es el número de repeticiones de un evento en el tiempo. Se calcula contando el número de ocurrencias de un suceso, en un intervalo temporal, y luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Se mide en hercios Hz.

Frecuencia

Transmisión digital: es la transferencia física de datos por un canal de comunicación punto a punto o punto a multipunto.

Señal digital

2.1.2 Canal de comunicación

Es el medio de transmisión por el que viajan las señales portadoras de la información que pretenden intercambiar emisor y receptor. Es frecuente referenciarlo también como canal de datos.

2.1.3 Enlace punto a punto

Hace referencia al camino de transmisión entre dos dispositivos en el que la señal se propaga directamente del emisor al receptor sin ningún otro dispositivo en medio, que no sea un amplificador o repetidor. Se le conoce como punto a punto porque proporciona un enlace directo entre dos dispositivos.

Enlace punto a punto

2.1.4 Enlace multipunto

En una transmisión guiada multipunto el mismo medio es compartido por más de dos dispositivos.

Enlace multipunto

2.2 MÉTODOS DE TRNAMISIÓN

La transmisión a través un canal de comunicaciones entre dos equipos o hosts puede ocurrir de varias maneras. La transmisión está caracterizada por:
- La dirección en que sucede el intercambio de información,
-El modo de transmisión o cuántos bits son enviados simultáneamente y,
-La sincronización entre el transmisor y el receptor.

DTE(Equipo de terminación de datos): es un terminal que reside en la capa física o puede ser cualquier cosa que se pueda generar para consumir datos digitales como las computadoras. Funciona como un destino para datos digitales.

DCE(Equipo de terminación de circuito de datos): involucra unidades operativas que transfieren o reciben datos en forma de señal digital o analógica dentro de una red. En la capa física, el DCE obtiene los datos producidos por el DTE y los convierte en señales adecuadas. Luego introduce la señal en el enlace de telecomunicaciones.

2.2.1 Simplex
En la transmisión simplex o unidireccional, las señales se transmiten en una sola dirección; siendo un dispositivo el emisor y el otro el receptor. Es difícil realizar la corrección de errores causados por interferencia en esta transmisión.

2.2.2 Half Duplex
Permite transmitir en ambas direcciones; sin embargo, la transmisión puede ocurrir solamente en una dirección a la vez. Tanto transmisor y receptor comparten una sola frecuencia.

Half Duplex

2.2.3 Full Duplex
Tanto el emisor como el receptor puede transmitir simultáneamente. El medio es capaz de transportar señales en ambos sentidos. Cualquier error en la transmisión se puede corregir de manera permanente e instantánea.

Full Duplex

2.3 TRANSMISIÓN ANALÓGICA Y DIGITAL

La señal es una función del tiempo, pero se puede representar en función de frecuencia, es decir, que la señal tiene componentes de distintas frecuencias. En función del tiempo las señales pueden ser: continuas y discretas.

Análogo y digital puede referirse a continuo y discontinuo respectivamente, y se aplica a los datos, a las señales y a la transmisión. En el caso de los datos analógicos pueden tomar un valor en un intervalo continuo. Los datos digitales solo pueden tomar valores concretos.

Una señal digital es una secuencia de pulsos de tensión discretos y discontinuos, donde cada pulso es un elemento de señal. Los datos binarios se transmiten codificando cada bit de datos en cada elemento de señal.

2.3.1 Señal continua
Es aquella cuya intensidad varia suavemente en el tiempo, es decir, que no tiene saltos o discontinuidades.

2.3.2 Señal discreta
Es aquella en la que la intensidad se mantiene constante durante un determinado periodo de tiempo, tras el cual la señal puede cambiar a otro valor constante. Este tipo de señal corresponden a los valores binarios 1’s y 0’s

Sistema Binario

2.4 PERTURBACIONES DE LA SEÑAL

Es la pérdida de información ocurridas en el transporte de la señal desde el emisor hasta el receptor. Las perturbaciones son casi siempre inevitables.

2.4.1 Propagación
Un bit toma al menos una pequeña cantidad de tiempo para viajar o propagarse a través del cable. Si el receptor no puede manejar la velocidad con que arriban los bits, los datos se perderán.
Para evitar pérdidas:
- Almacenar (buffering) los bits que arriban en memoria para su posterior procesamiento
- Enviar un mensaje al origen para disminuir la velocidad de propagación.

2.4.1 Atenuación
Es la pérdida de energía de la señal. La señal se degrada o pierde en amplitud mientras viaja en el medio. Significa que el receptor no puede distinguir entre 1 y 0.
Para evitar pérdidas:
- No exceder la distancia permitida por el medio
- Utilizando repetidores para amplificar

2.4.3 Reflexión
Se refiere a la energía reflejada resultante de que la impedancia de la tarjeta de red o dispositivo inalámbrico de conexión con la red y el medio no son idénticas.

2.4.4 Ruido
El problema de ruido o SNR son adiciones a la señal. Demasiado ruido puede dañar un bit cambiando un 1 por 0 o viceversa, generando errores.
Para evitar pérdidas:
- A través del blindaje de los alambres en un cable con un recubrimiento o funda metálica.
- Utilizando la cancelación de pares de alambres cruzados para proveer una protección auto blindaje o “self-shielding” intrínsico al medio.

2.4.5 Latencia
Es el retraso de la señal por la suma de todos los retardos acumulados desde el origen hasta el destino. Se puede calcular por:
- El tiempo que toma un bit en llegar al destino.
- El tiempo que toma un bit en pasar los equipos de redes de la entrada a la salida.

2.4.6 Jitter
Es causado por señales de reloj no sincronizadas entre el origen y destino. Esto significa que los bits arribarán más temprano o tarde de lo esperado.
En ausencia de jitter, cada paquete tardará el mismo tiempo en atravesar la red. Supongamos que lleva 10 ms. En una red afectada por jitter, el tiempo de tránsito de cada paquete fluctuaría.
Niveles aceptables de Jitter:
- Jitter: <30 ms
- Pérdida de paquetes: <1%
- Latencia general de la red: <150 ms

2.4.7 Colisiones
Ocurren en topologías de “broadcast”, donde los equipos comparten el acceso al medio. Una colisión sucede cuando dos equipos intentar transmitir en el medio compartido al mismo tiempo. Estas destruyen los datos, por lo cual el origen debe volver a transmitir los datos.

2.5 MEDIOS DE TRANMISIÓN

Constituyen el soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse en una red informática. Las transmisiones se realizan habitualmente empleando ondas electromagnéticas o pulsos de luz que se propagan a través del canal.

2.5.1 Medios Guiados
Están constituidos por un cable que se encarga de la conducción de las señales desde un extremo al otro.
Características:
-El tipo de conductor utilizado,
-La velocidad máxima de transmisión,
-Las distancias máximas que puede ofrecer entre repetidores,
-La inmunidad frente a interferencias electromagnéticas,
-La facilidad de instalación y,
-La capacidad de soportar diferentes tecnologías de nivel de enlace.

Medios Guiados

2.5.1.1 Cables Trenzados: es el más utilizado por ser barato. Son dos hilos de cobre, uno envuelto con un aislante y entrecruzados en forma de espiral. Cada par de cables constituye un enlace de comunicación. Se utilizan varios pares que se encapsulan mediante una envoltura protectora. El uso del trenzado disminuye las interferencias electromagnéticas

Par Trenzado

2.5.1.2 Cables Multipares: más conocido como manguera multipar es un conjunto de hilos de cobre de un diámetro entre 0,4 y 0,6 mm, agrupados por pares y trenzados. El aislante suele ser de PVC o polietileno, y su uso más extendido es en instalaciones de telefonía.

Cable Multipares

2.5.1.3 Cable Coaxial: al igual que el cable de par trenzado, tiene dos conductores, aunque tiene un rango mayor de frecuencia. Consiste en un conductor cilíndrico externo que rodea a un cable conductor. El conductor interior se mantiene a lo largo del eje axial mediante una serie de anillos aislantes. El conductor exterior se cubre con una cubierta protector.

Cable Coaxial

2.5.1.4 Fibra Óptica: es un medio flexible y fino, capaz de conducir energía de naturaleza óptica. Utiliza diversos tipos de cristales y plásticos. Un cable de fibra óptica tiene forma cilíndrica y está formado por tres secciones concéntrica: el núcleo, el revestimiento y la cubierta. El núcleo es la sección más interna, está constituido por una o varias fibras de cristal o plástico. Cada fibra tiene su propio revestimiento. La capa más exterior que envuelve a uno o varios revestimientos es la cubierta, que está hecha de plástico.

Fibra Óptica

2.5.2 Medios no guiados
No guiados, las ondas se propagan a través del aire, el mar o el vacío. La transmisión como la recepción se lleva mediante antenas. Hay dos tipos de configuraciones para las transmisiones inalámbricas: direccionales y omnidireccionales.

Medios no guiados

2.5.2.1 Radiocomunicaciones
Las ondas de las radiocomunicaciones son omnidireccionales, a diferencia de las microondas, por lo tanto, no necesitan antenas parabólicas, ni necesitan que las antenas estén instaladas sobre una plataforma.

Radiocomunicación

                2.5.2.2 Microondas
                La antena más común en las microondas es la de tipo parabólico. Esta                        antena se fija rígidamente y transmite un haz estrecho que de estar                           perfectamente enfocado hacia la antena receptora. Las antenas de                                microondas se sitúan a una altura apreciable sobre el nivel del suelo.
                Para llevar a cabo transmisiones a larga distancia, se utiliza                                            la concatenación de enlaces punto a punto entre antenas situadas en torres                adyacentes, hasta cubrir la distancia deseada. El uso principal de los                            sistemas de microondas terrestres son los servicios de telecomunicación de                larga distancia.

                2.5.2.3 Satélite
                Son ondas electromagnéticas que permiten trasmitir información por medio                    de los satélites artificiales. Un satélite puede definirse como un repetidor de                radio en el cielo (transponder), un sistema satelital consiste en un                                transponder, una estación basada en tierra, para controlar su                                        funcionamiento, y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que                        proporciona las facilidades para transmisión y recepción del tráfico de                            comunicaciones, a través del sistema de satélite.

Satélite

                2.5.2.4 Guía de ondas
              Es el nombre que se utiliza para designar los tubos de un material conductor                de forma circular o elíptica, en los cuales la dirección de la                                            energía electromagnética debe ser principalmente conducida al largo de la                    guía.
                son especialmente importantes para  transportar información de banda                        ancha.
               Están constituidos por uno o más dispositivos receptor-transmisores, cada                    uno de los cuales cubre una franja lo suficientemente ancha de la superficie                terrestre obteniendo de esta manera una cobertura global.

                2.5.2.5 Sistema láser
              Es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión                    inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente tanto espacial                    como temporalmente. La coherencia espacial se corresponde con la                            capacidad de un haz para permanecer con un pequeño tamaño al                                transmitirse por el vacío en largas distancias y la coherencia temporal se                        relaciona con la capacidad para concentrar la emisión en un rango espectral                muy estrecho.

Sistema Laser

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I CONCEPTOS DE COMUNICACIÓN DE DATOS

By Roberto H. - junio 13, 2021

Una breve introducción

Nos encontramos en un momento decisivo respecto del uso de la tecnología para extender y potenciar nuestra red humana.

La globalización de Internet se ha producido más rápido de lo que cualquiera hubiera imaginado. El modo en que se producen las interacciones sociales, comerciales, políticas y personales cambia en forma continua para estar al día con la evolución de esta red global. Estamos en la etapa de nuestro desarrollo en la cual los innovadores usan Internet como punto de inicio para sus esfuerzos, creando nuevos productos y servicios, diseñados específicamente para aprovechar las capacidades de la red.

Mientras los desarrolladores empujan los límites de lo posible, las capacidades de las redes interconectadas que forman Internet tendrán una función cada vez más importante en el éxito de esos proyectos.

"La tecnología al alcance de nuestras manos"

Internet se ha convertido rápidamente en parte integral de nuestra rutina diaria. La compleja interconexión de dispositivos y medios electrónicos que constituyen la red es transparente a millones de usuarios que la consideran como una parte valiosa y personal de sus vidas.

A lo largo de la historia, las personas, con raras excepciones, hemos dependido de la estructura de diferentes redes comunitarias para nuestra seguridad, alimentación y compañía. Las personas llevamos interconectadas mucho tiempo. La forma en como interactuamos cambia constantemente. A la vez que se han producido desarrollos técnicos, también se han desarrollado métodos de comunicación humana. Hubo un tiempo en el que los sonidos y los gestos era todo lo que los humanos utilizaban para comunicarse, pero Internet nos permite ahora mediante las computadoras, compartir de forma instantánea todo tipo de comunicación (documentos, imágenes, sonido y vídeo) con miles de personas más o menos cercanas a nosotros.

No hace muchos años antes, las personas nos comunicábamos principalmente a un nivel local, porque la comunicación que teníamos más lejos resultaba compleja y costosa. Teníamos que hablar en persona o utilizar el teléfono para la mayoría de las comunicaciones por voz. El correo entregaba la mayoría de los mensajes escritos y la televisión difundía una comunicación de vídeo unidireccional. Todos estos métodos siguen funcionando, pero los tres están convergiendo en tecnologías de comunicación basadas en la Web.

Con cada avance en la tecnología de la comunicación, la creación y la interconexión de redes de datos robustas tiene un profundo efecto. Las antiguas redes de datos estaban limitadas a la hora de intercambiar información basada en caracteres entre los sistemas de computación conectados. Las redes actuales han evolucionado y ahora pueden transportar voz. Flujos de vídeo, texto y gráficos entre diferentes tipos de dispositivos. Los distintos métodos de comunicación separados han convergido en una plataforma común. Esta plataforma proporciona acceso a un amplio abanico de métodos de comunicación alternativos y novedosos que nos permiten interactuar directamente entre nosotros y de forma casi instantánea.

En el mundo actual la tecnología es quizás el agente de cambio más importante, ya que ayuda a crear un mundo en el que las fronteras nacionales, las distancias geográficas y las limitaciones físicas se han convertido en unos obstáculos menos relevantes.

La creación de comunidades online para el intercambio de ideas e información tiene el potencial de aumentar las oportunidades de productividad a través del mundo. Como Internet conecta a las personas y promueve la comunicación sin restricciones, representa la plataforma sobre la que hacer negocios, canalizar las emergencias, informar a los individuos y apoyar la educación, la ciencia y la gobernación.

¿Qué es la comunicación?

La comunicación puede definirse esencialmente como el proceso de compartir un mensaje. Las personas tenemos muchas formas de comunicamos entre sí. La comunicación de datos se refiere a compartir un mensaje virtual a través de diversos medios.

Tareas en los sistemas de comunicación

Control de flujo. Para evitar que la fuente no sature al destino transmitiendo datos más rápidamente de lo que el receptor pueda procesar y absorber, se necesitan una serie de procedimientos denominados control de flujo.

Direccionamiento y enrutamiento. Cuando cierto recurso se comparte por más de dos dispositivos, el sistema fuente deberá de alguna manera indicar a dicho recurso compartido la identidad del destino. El sistema de transmisión deberá garantizar que ese destino, y sólo ése, reciba los datos. Es más, el sistema de transmisión puede ser una red en la que exista la posibilidad de más de un camino para alcanzar al destino; en este caso se necesitará, por tanto, la elección de una de entre las posibles rutas.

Recuperación. Es un concepto distinto a la corrección de errores. En ciertas situaciones en las que el intercambio de información se vea interrumpida por algún fallo, se necesitará un mecanismo de recuperación. El objetivo es ser capaz de continuar transmitiendo desde donde se produjo la interrupción, o al menos recuperar el estado donde se encontraban los sistemas involucrados antes de comenzar el intercambio.

Formato de mensaje. Está relacionado con el acuerdo que debe existir entre las dos partes respecto al formato de los datos intercambiados (ejemplo el código binario para representar los caracteres).

Seguridad. El emisor debe asegurarse de que sólo el destino deseado reciba los datos. Igualmente, el receptor querrá estar seguro de que los datos recibidos no se han alterado en la transmisión y que dichos datos realmente provienen del supuesto emisor.

Gestión de red. Todo sistema de comunicación es lo suficientemente complejo y se necesita la habilidad de un gestor de red que configure el sistema, monitoree su estado, reaccione ante fallos y sobrecargas, y planifique con acierto los crecimientos futuros.

Tipos de topologías

Topología física

Se refiere a las conexiones física e identifica como se interconectan los dispositivos finales y de infraestructura, como los enrutador, los conmutadores y los puntos de acceso inalámbrico.

Diagrama de topología física

Dentro de la topología física existen seis topologías físicas básicas:

1. Topología en bus

Se caracteriza por ser la forma mas sencilla de interconectar equipos, ya que todos están conectados mediante un mismo cable coaxial en común.

2. Topología en estrella

En esta tipología todos los ordenadores se conectan al mismo punto central, generalmente a un switch. Es más confiable que la de bus, ya que si falla algún terminal no afecta a la red y la información sigue fluyendo hacia los equipos en funcionamiento.

3. Topología en estrella

Tiene como base la topología en estrella pero interconecta a varias de estas, en donde cada dispositivo intermedio de las diferentes estrellas unitarias se conectan a un nuevo punto central.

4. Topología en anillo

Cada equipo se conecta punto a punto con el siguiente y el último se conecta al primero formando un bucle.

5. Topología en malla

En esta tipología cada ordenador tiene una conexión punto a punto mediante un cable con todos los equipos de la red.

6. Topología híbrida

Se caracteriza por implementar dos o más tipologías diferentes para formar una topología mayor.

Topología lógica

Se refiere a la forma en que una red transfiere tramas de un nodo al siguiente. Esta disposición consta de conexiones virtuales entre los nodos de una red. Los protocolos de capa de enlace de datos definen estas rutas de señales lógicas. La topología lógica de los enlaces punto a punto es relativamente simple, mientras que los medios compartidos ofrecen métodos de control de acceso al medio deterministas y no deterministas.

Diagrama de topología lógica

El siguiente video explicas a detalle las diferencia entre la topología física y lógica:

Para replicar las anteriores topologías puedes utilizar el software que brinda 👉 GNS3👈.

👉Protocolos de capa de enlace👈

La capa de acceso a la red de TCP/IP equivale a las siguientes capas del modelo OSI:

Enlace de datos (capa 2)

Física (capa 1)

Como se muestra en la ilustración, la capa de enlace de datos es responsable del intercambio de tramas entre los nodos a través de un medio de red físico. Permite que las capas superiores accedan a los medios y controla el modo en que los datos se colocan y se reciben en los medios.

Nota: la notación de la capa 2 para los dispositivos de red conectados a un medio común se denomina “nodo”.

Específicamente, la capa de enlace de datos realiza estos dos servicios básicos:

Acepta paquetes de la capa 3 y los empaqueta en unidades de datos denominadas “tramas”.

Controla el acceso al medio y realiza la detección de errores.

La capa de enlace de datos separa de manera eficaz las transiciones de medios que ocurren a medida que el paquete se reenvía desde los procesos de comunicación de las capas superiores. La capa de enlace de datos recibe paquetes de un protocolo de capa superior y los dirige a un protocolo de las mismas características, en este caso, IPv4 o IPv6. Este protocolo de capa superior no necesita saber qué medios utiliza la comunicación.

Explicación de las capas del modelo OSI.