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.

                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