II3476 - Telemática. Transmisión de Datos Sistemas Electrónicos de Comunicaciones Modelo general: EL proceso de comunicación empieza cuando alguien genera.

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1 II3476 - Telemática

2 Transmisión de Datos

3 Sistemas Electrónicos de Comunicaciones Modelo general: EL proceso de comunicación empieza cuando alguien genera algún tipo de mensaje, datos u otra señal que debe ser recibida por los demás. Al mensaje se le denomina información El mensaje, en la forma de una señal electrónica, es alimentado al transmisor, el cual se encarga de transmitirlo por medio de un canal de comunicaciones El mensaje es captado por el receptor y transferido a otro humano En este proceso se capta ruido en el canal de comunicación y en el receptor Ruido es el término general aplicado a cualquier fenómeno que degrada o interfiere la señal de información transmitida Transmisor (TX) Transmisor (TX) Canal o medio de comunicación Receptor (RX) Receptor (RX) Ruido Información (audio, video, daos de computadora, etc.) Espacio libre (radio), alambre, fibra óptica, etc Recuperación de la información

4 Sistemas Electrónicos de Comunicaciones El mensaje es convertido a una forma electrónica adecuada para su transmisión. Al maregen del tio de información a enviarse, deberá ponerse en forma de una señal eléctrica El transmisor es una colección de componentes y circuitos diseñados para convertir la señal eléctrica en una forma adecuada para transmitirse a través de un medio de comunicación determinado El canal de comunicaciones es el medio por le cual la señal electrónica se envía de un lugar a otro. Se utilizan muchos medios de diferentes tipos, incluyendo los alambres conductores, el cable de fibra óptica y el espacio libre El receptor es una colección de componentes electrónicos y circuitos que acepta el mensaje transmitido del canal y lo convierte en una forma inteligible para los humanos, es decir, recupera la señal original

5 Tipos de Comunicaciones Electrónicas Se clasifican con base en si son: 1.Transmisiones en un sentido o una vía (simplex) o en dos sentidos (full duplex o half duplex) y 2.Señales analógicas o digitales Simplex: comunicación electrónica en un sentido, la información viaja en una sola dirección (radio difusión de radio y TV) Full duplex: comunicación electrónica en dos direcciones. Comunicaciones simultáneas de transmitor y recibir (teléfono) Half duplex: comunicación en ambos sentidos, en la cual sólo una de las partes puede transmitir a un tiempo. La comunicación es en ambos sentidos, pero las direcciones se alternan: las partes en comunicación se turnan para transmitir y para recibir (radio banda civil)

6 Tipos de Comunicaciones Electrónicas Señales analógicas: es un voltaje o corriente que varía suavemente y continuamente –consiste en representar los datos por medio de la variación de una cantidad física constante Señales digitales: en contraste con las señales analógicas no varían en forma continua, sino que cambian en pasos o en incrementos discretos. La mayoría de las señales digitales utilizan códigos binarios o de dos estados –Conformadas en base a un alfabeto de símbolos discretos (morse, texto escrito) Binarios: dos símbolos (dos amplitudes) M-arios: M-símbolos (M-amplitudes)

7 Introducción a las Redes

8 ¿Qué es una inter-red? Es una colección de redes interconectadas por dispositivos intermediarios. Funciona como una sola gran red

9 Las primeras redes de datos Las primeras redes fueron desarrolladas para conectar terminales a sistemas de cómputo de tiempo compartido.

10 Tecnología utilizada Principalmente enlaces punto a punto RS-232. Utilización de multiplexores para simplificar cableado. Modems y líneas telefónicas para enlaces de larga distancia.

11 Los retos de la interconectividad Soportar las comunicaciones entre equipos dispares. Confiabilidad. Administración centralizada. Seguridad. Flexibilidad. Escalabilidad.

12 Modelo de Referencia OSI Modelo de Referencia para la Interconexión de sistemas abiertos. Fue desarrollado por la International Standars Organization (ISO) en 1984. Considerado el principal modelo arquitectónico para la intercomunicación entre computadoras. Es un modelo conceptual. Describe como la información originada en una aplicación de software ejecutándose en una computadora se mueve a través de una red hacia otra aplicación de software ejecutándose en otra computadora. Las redes no solo interconectan equipos, interconectan aplicaciones.

13 Modelo de Referencia OSI Divide las tarea de mover la información a través de la red en 7 tareas más pequeñas más manejables. Cada capa es razonablemente autosuficiente de modo que su funcionamiento no depende de las demás. Las 7 capas se pueden dividir en 2 grupos: –Grupo de aplicación Las 3 capas superiores generalmente implementadas únicamente en software. –Grupo de transporte Las 4 capas inferiores, las dos inferiores a menudo implementadas en hardware.

14 Protocolo de comunicación En el contexto de las redes de datos un protocolo es un conjunto formal de reglas y convenciones que gobiernan el como las computadoras intercambian la información entre ellas. Los protocolos pueden operar en cualquier capa del Modelo OSI. MEDIO DE TRANSMISIÓN

15 Comunicación entre aplicaciones El camino horizontal seguido por los protocolos es conceptual. El camino que siguen los datos es a través de las capas y el medio de trasmisión. MEDIO DE TRANSMISIÓN Aplicación

16 Interacción entre las capas Una capa se comunica únicamente con otras 3 capas: –La capa superior para proporcionarle servicios. –La capa inferior para utilizar sus servicios. –La capa correspondiente en el otros sistema para coordinarse.

17 Los Puntos de Acceso a Servicios Tres elementos básicos están involucrados en los servicios de las capas: –El proveedor de servicios. –El usuario de servicios. –El punto de acceso a servicios.

18 Información de control Las 7 capas utilizan información de control para comunicarse con sus contrapartes. Esta información consiste de solicitudes e instrucciones (protocolos). La información de control toma una de dos formas: –Cabeceras, encabezados o headers, se colocan al frente de los datos. –Apéndices, colas o trailers, se colocan al final de los datos. Las cabeceras, datos y colas son conceptos relativos que dependen de la capa que los coloca y los retira. Juntos los datos y la información de control forman una unidad de información la cual recibe diferentes nombres dependiendo de la capa en que se producen: –Celdas, tramas, paquetes, segmentos, datagramas, mensajes, etc.

19 Encapsulamiento La porción de datos de una unidad de información puede potencialmente contener cabeceras y colas de las capas superiores. Cada capa agrega información de control en el nodo fuente y la remueve en el nodo destino. Al descender la información a través de las capas en su camino hacia el medio de trasmisión, se van acumulando cabeceras y colas.

20 Capa física Está en contacto con el medio físico. Define las especificaciones mecánicas, eléctricas, funcionales y procedimentales para activar, mantener y desactivar el medio físico. Se encarga de convertir la información en señales adecuadas para su viaje por el medio de transmisión. Transmisores-receptores para: –Cable de cobre en banda ancha o base. –Enlaces inalámbricos de microondas terrestres y satelitales, redes locales inalámbricas, etc. –Fibra óptica.

21 Capa de enlace de datos Proporciona mecanismos para aumentar la confiabilidad de los datos en su viaje por un medio de transmisión susceptible a fallos. –Función básica: Detección de errores. La corrección se deja para capas superiores.

22 Detección de errores Esquemas que determinan si los datos han sufrido alteraciones en su viaje a través de la red. Un esquema común es la verificación cíclica redundante CRC (Cyclical Redundancy Check) que detecta y descarta los datos dañados. –El trasmisor ejecuta un conjunto de cálculos con base en la información a trasmitir. –El trasmisor incorpora en la trama el resultado. –El receptor repite los cálculos y compara su resultado con el incluido en la trama. Los esquemas de detección de errores pueden encontrarse en varias capas OSI.

23 Control de flujo Es una función que previene la congestión de red. Impide que una estación trasmisora sature a la estación receptora o a los dispositivos intermediarios. Algunos mecanismos son: –Almacenes temporales (buffers). –Acuses de recibo.

24 Multiplexación Es el proceso por medio del cual múltiples canales de datos se combinan para viajar por un mismo medio físico. Desmultiplexación es el proceso inverso.

25 Secuenciación Mecanismos para garantizar que los datos llegan a su destino en el mismo orden en que salieron. Se utilizan etiquetas numeradas secuencialmente y buffers de almacenamiento.

26 Conmutación de capa 2 en LAN Medio de trasmisión compartido. Múltiples orígenes y destinos. Mecanismo de control de acceso al medio. Solo una estación trasmite cada vez. Un destino (unicast), múltiples destinos (multicast), todos (broadcast) Subcapa MAC IEEE 802.3 (Ethernet), IEEE 802.5 (Token Ring). Direcciones: –Permiten identificar origen y destino de las tramas. EsperaTrasmiteRecibe

27 Conmutación de capa de red en WAN Aquí radican las funciones de conmutación de paquetes. –Direcciones de capa 3. –Determinación de rutas. –Reenvío de paquetes. Enlaces punto a punto físicos o virtuales. Dispositivos intermediarios de conmutación. Múltiples orígenes y destinos. Protocolos. –IP, IPX, X.25, NetBeui, Apple Talk. Trasmite Recibe Enrutador

28 Direccionamiento Los dispositivos en una red necesitan una identificación única a fin de poder participar en la red de conmutación. Algunos esquemas de direccionamiento agrupan a las estaciones en familias o subredes. Se encuentran direcciones en las capas de enlace de datos y de red. Una estación tendrá una dirección de red por cada protocolo de capa 3 que soporte y por cada interfaz de comunicaciones que opere.

29 Capa de transporte Acepta datos de la capa de sesión y los segmenta a fin de formar unidades de información a partir de un flujo constante de datos. Circuitos virtuales –Servicios orientados a conexión a partir de los servicios no orientados a conexión de capa de red. –Un “sistema telefónico” por encima del sistema de entrega de paquetes (“sistema postal”) de la capa de red. Para lograr esto: –Detección y corrección de errores. Multiplexación estadística. –Secuenciación –Control de flujo. Direccionamiento de aplicaciones. –Introduce el concepto de puerto.

30 Direccionamiento de aplicaciones RED Dirección origen + puerto origen = aplicación origen Dirección destino + puerto destino = aplicación destino

31 Clases de servicios Orientados a conexión –Similares al sistema telefónico. –Circuitos físicos o lógicos (virtuales). –Cierta garantía de entrega. –Tres fases: Establecimiento de la conexión. Utilización de la conexión. Cierre de la conexión. Orientados a datagramas –No orientados a conexión. –Similares al sistema postal. –No hay garantía de entrega. –Solo fase de utilización.

32 Redes Locales

33 Origen Fuertemente relacionado con las computadoras personales. –Dos o más computadoras físicamente próximas. Impulsadas por la necesidad de compartir más que comunicar. –Almacenamiento –Impresoras.

34 Requerimientos Distancia corta. –Medio de trasmisión propio. Grandes volúmenes de información –Altos regímenes de trasmisión. Enlaces punto-punto inadecuados. –Cableado complejo. –Poder de cómputo limitado para conmutación –Puede haber computadoras apagadas.

35 Redes WAN y LAN Redes de área amplia –Enlaces punto a punto. –Conmutación de capa de red. –Alta dependencia sobre los dispositivos de conmutación. –Larga distancia*. –Medios de trasmisión contratados*. –Baja velocidad*. –*No necesariamente. Redes de área local –Medio de trasmisión compartido. –Conmutación de capa de enlace de datos. –Mecanismo de acceso al medio de trasmisión. –No hay equipos conmutadores*. –Corta distancia*. –Medios propios*. –Alta velocidad*.

36 Aloha Fue un sistema de redes de ordenadores pionero desarrollado en la Universidad de Hawái bajo la dirección de Norman Abramson. La idea fue utilizar radios de bajo costos para crear una red de cómputo que uniera los campus universitarios ubicados en distintas islas. Inició operaciones en 1970. Los conceptos esenciales de esta red es la base para Ethernet. Al usar un medio compartido para la transmisión requirió de un sistema de gestión de acceso como CSMA/CD, usado por Ethernet.

37 Ethernet Originalmente desarrollado en Xerox PARC en 1973–1975 por un equipo dirigido por Robert Metcalfe basándose en el trabajo de Abramson. El sistema fué desplegado experimentalmente en PARC en 1976 corriendo a 3 Mbps utilizando direcciones de 8 bits. Utiliza una topología de difusión o en canal (bus). En 1983 se desarrollo la especificación IEEE 802.3 para cable coaxial a 10 Mbps.

38 Topología de Red Organización física de los nodos de una red y sus enlaces. Determinada por la tecnología empleada y las necesidades del usuario.

39 Topología lógica En el contexto de las redes locales se define como el orden seguido por las estaciones de una red para ganar acceso al medio de trasmisión. –Canal o bus: utilizado por las redes CSMA/CD –Anillo: utilizado por las redes Token Passing

40 Redes de Área Amplia

41 ¿Que es una red de área amplia? Una red que cubre un área geográfica relativamente grande. Utiliza enlaces punto a punto. Se basan en conmutación de paquetes de capa 3 (capa de red). Los medios de trasmisión son por lo general servicios contratados a compañías de telecomunicaciones.

42 Orígenes Las primeras redes de datos fueron de área amplia. –Las redes locales aparecieron junto con las computadoras personales. Las primeras redes conectaban computadoras multiusuario de tiempo compartido a una red de terminales de acceso. –No había conmutación puesto que todas las comunicaciones iban y venían hacia y desde la única computadora. –El medio de trasmisión típico era la línea telefónica conmutada analógica. –Se utilizaban modems para la conversión digital-analógico-digital.

43 Los orígenes

44 Los medios de trasmisión Servicios contratados a compañías de telecomunicaciones (telcos, carriers): –Líneas privadas dedicadas Analógicas y digitales –Líneas conmutadas Analógicas y digitales –Conmutación de paquetes –Circuitos virtuales

45 Líneas privadas Proporcionan un camino permanente preestablecido para la información a través de la infraestructura de un proveedor. El proveedor reserva medios de trasmisión e infraestructura de forma exclusiva para el servicio. Tarifas fijas mensuales o anuales se basan en capacidad del canal y distancia del enlace. Tecnología: –Iniciaron como líneas de cobre con modulación analógica. –Hoy utilizan fibra óptica y modulación digital. Ventajas: –Seguridad y confiabilidad. Desventajas: –Costos altos y falta de flexibilidad.

46 Conmutación de paquetes En las redes de área amplia la conmutación de paquetes se realiza en la capa 3. –Se utiliza el protocolo IP Protocolo de capa 3 no orientado a conexión actualmente utilizado en la Internet pero que puede ser empleado en redes privadas. –Se utilizan dispositivos conmutadores de paquetes conocidos como “enrutadores” que se encargan de hacer llegar los paquetes a su destino encontrando la ruta más corta –Los paquetes contienen una direción IP fuente y destino –Los enrutadores utilizan estas direcciones para realizar su principal función: determinar las rutas y reenviar los paquetes