Aspectos físicos de la transmisión¶

Características de las señales¶

Para el transporte de la información se utilizan dos tipos de señales:

• Digital. Aquella señal que al evolucionar en el tiempo adopta un número finito de estados diferentes.

• Analógica. Aquella señal que al evolucionar en el tiempo adopta infinitos estados.

Además, las señales se dividen en periódicas, que son aquellas que reparten su forma de manera cíclica en el tiempo, y no periódicas. Las señales periódicas se caracterizan por tres parámetros:

1. Período y frecuencia. El período es el tiempo que tarda en repetirse un ciclo completo, y la frecuencia es el número de ciclos por unidad de tiempo que completa la señal.

2. Amplitud. Es el valor máximo que toma la señal en un ciclo.

3. Fase. Dos señales con la misma amplitud y frecuencia pueden diferir porque haya entre ellas un desfase (una diferencia de tiempo).

Dominio de las frecuencias¶

Teorema de Fourier. Cualquier señal se puede descomponer analíticamente en una serie infinita de señales sinusoidales.

Este teorema se puede expresar mediante la fórmula

donde \(A_0\) es constante, \(A_n\) son las amplitudes, \(\omega\) es la frecuencia y \(\phi\) es el desfase. Cada término de la serie, \(A_n\cdot sen(\omega t+\phi)\), se denomina armónico.

Del teorema se desprenden las siguientes consecuencias:

1. Si dos señales son distintas se tienen que diferenciar en algún armónico.

2. Una señal está compuesta por infinitos armónicos.

Al transmitir una señal se tienen dos tipos de limitaciones:

1. Ancho de banda de una señal. Es el rango de frecuencias correspondiente a los armónicos significativos de la señal.

2. Ancho de banda de la línea. Es el conjunto de frecuencias permisibles para la transmisión de los armónicos a través de dicha línea.

Tipos de transmisión¶

La transmisión consiste en el transporte de señales entre un emisor que origina la comunicación y un recepto que acepta los datos.

Según la sincronización¶

El sincronismo es un procedimiento mediante el que emisor y receptor se ponen de acuerdo sobre el instante preciso en que empieza o termina cierta información que se ha depositado en el medio de transmisión.

• Transmisión asíncrona. Tiene lugar cuando el proceso de sincronización entre emisor y receptor se realiza en cada palabra de código transmitida.

• Transmisión síncrona. Se da cuando efectúa sin atender a las unidades de comunicación básicas (por ejemplo, caracteres). Los bits se envían con una cadencia constante, emisor y receptor.

  El modo de transmisión síncrona permite velocidades de transmisión mayores que la asíncrona.

Según el medio de transmisión¶

Según el secuenciamiento de los bits de información existen dos modos distintos de transmisión:

• Paralelo. Se utilizan varias líneas para la transmisión, poniendo en cada una un determinado bit.\ Es más rápido que el modo de transmisión en serie, pero mucho más caro.

• Serie. Hay una única línea para la transmisión de datos y los bits se envían uno a uno. Puede ser síncrona o asíncrona.\ Los modos de transmisión en serie son los que se utilizan en la práctica.

Según la señal transmitida¶

• Transmisión analógica y digital. Cuando la señal puede tomar todos los valores posibles dentro de un rango se dice que la transmisión es analógica. Si, por el contrario, sólo puede tomar un número finito de valores se habla de transmisión digital.

• Transmisión en banda base y en banda ancha. La transmisión en banda base se realiza sin ningún tipo de modulación de la señal. Cuando se produce algún tipo de modulación de la señal la transmisión es en banda ancha.

Modalidades de comunicación¶

Según el nivel de simultaneidad entre emisor y receptor se tienen tres modos distintos de comunicación:

• Simplex. La transmisión se realiza sólo en un sentido.

• Semiduplex. En determinados instantes las estaciones actúan en un sentido o en otro.

• Duplex (o full duplex). La transmisión se realiza en ambos sentidos simultáneamente.

Niveles de sincronización¶

Hay tres niveles de sincronización, que son acumulativos. Son los siguientes:

1. Sincronismo a nivel de bit. Para lograrlo se tienen que identificar tres elementos:

   • comienzo de la recepción de un bit,
   • si el bit recibido es \(1\) o \(0\),
   • duración de la recepción de un bit.

2. Sincronismo a nivel de carácter. Se tienen que conocer:

   • el número de bits que se invierten en la codificación,
   • el tipo de codificación.

3. Sincronismo a nivel de mensaje. Se logra cuando se transmiten bloques de caracteres a través de la línea. Se necesita la identificación de:

   • el comienzo (y el final) del bloque,
   • interpretación de los campos del bloque recibido.

   Cuando se saben estos dos datos se dice que el receptor conoce la trama que se está utilizando.

Ejemplo: Transmisión en serie asíncrona. La unidad de transmisión es de longitud fija. Los bits se envían a través de la línea sin separación temporal entre unos y otros; sin embargo, la separación temporal entre unidades de transmisión diferentes puede ser cualquiera.\ Antes de que se efectúe la transmisión emisor y receptor deben negociar tres puntos:

1. velocidad de transmisión,

2. código de caracteres, y

3. formato de la trama.

La trama en la transmisión en serie asíncrona es la siguiente:

donde todas las partes de la trama son de longitud fija y el campo ‘fin de trama’ es opcional.

Ejemplo: Transmisión en serie síncrona. La unidad de transmisión es un bloque de longitud variable. Los bits de un bloque se envían sin separación temporal entre unos y otros, pero desde la transmisión del último bit de un bloque hasta la transmisión del primer bit del siguiente puede pasar cualquier espacio de tiempo.\ Los acuerdos a realizar son los mismos que en el ejemplo anterior. Hay tres métodos para determinar el principio del campo de datos:

1. Método del principio y final.

2. Método del principio y cuenta, es el método utilizado en las redes basadas en ETHERNET.

3. Método de flags, es el que se emplea en las redes con TCP/IP.

Ejemplos de códigos de transmisión¶

Transmisiones en serie asíncronas¶

Código de inicio/parada (start/stop)¶

Sólo se puede utilizar en líneas de uso exclusivo. La unidad de información es el carácter.

El emisor añade unos bits de control a cada carácter. Los bits de control son de dos tipos: el primer bit es un bit de arranque y los últimos (generalmente sólo uno, pero puede haber más) son códigos de parada.

En este sistema se ha de acordar el formato de la transmisión, que se concreta en una cadena de caracteres compuesta por un primer número, una letra y otro número. El primer número indica cuántos bits forman un carácter; la letra si es ‘N’ indica que no hay control de paridad, y si es ‘E’ que sí lo hay; y el último número señala el número de bits de parada que se utilizan.

ATM. Modo de transferencia asíncrono¶

La unidad de transmisión en este método se llama celda. La celda es una secuencia fija de 53 bytes, de los cuales 48 se destinan al campo de datos. Al ser la celda de tamaño fijo se pueden aplicar algoritmos para mejorar el tráfico de la red.

Se utiliza sobre circuitos virtuales.

Transmisiones en serie síncronas¶

BSC o BISYNC¶

Es un protocolo que desarrolló IBM en 1970 para conectar un superordenador con sus terminales T-2780 y T-3780. El formato de la trama es:

donde SYNC es un campo de sincronismo formado por una secuencia de ceros y unos que hacen las veces de una señal de reloj; SOH es el comienzo de la cabecera; STX es el comienzo de transmisión de datos; EOT es el final de la transmisión de datos; y CRC es un control de redundancia cíclica. La cabecera incluye datos que aseguran el sincronismo. Los SOH y STX están compuestos por una secuencia predeterminada de bits.

SDLC. Control síncrono de enlace de datos¶

Lo desarrolló IBM para sus redes SNA de área extensa. Controla la comunicación entre ordenadores de la red y ordenadores centrales. La unidad de transmisión es el paquete. El formato de la trama es:

en el campo “Control” se establece la clase de trama y el valor de varios parámetros.

El SDLC presenta diversas mejoras como son ADCCP de ANSI, HDLC de OSI, LAP y LAP-B¹ de CCITT. El protocolo SDLC evoluciona hasta los protocolos TCP/IP.

IEEE 802.3¶

Está basado en el estándar ETHERNET para redes de área local. Su modelo de trama es:

el preámbulo es una secuencia de bits que sirven como señal de reloj, SFD es un delimitador de comienzo de trama, el campo “Longitud” da la longitud del campo de datos y FCS es una secuencia de comprobación de la trama.

IEEE 802.5¶

Es una derivación de un código de transmisión de IBM para TOKEN RING, su redes de área local en anillo. Presenta la siguiente trama:

SD es un delimitador de comienzo de trama, AC un control de acceso, FC es el control de trama, FCS es la secuencia de control de trama, ED un delimitador de final y FS da el estado de la trama.

Transmisión en banda base¶

Para la transmisión en banda base se utilizan señales digitales. Estas señales se transmiten por la línea en ambos sentidos. La señal digital llena el canal de transmisión, por lo que no se puede compartir el medio físico por más de una señal en un determinado momento.

Para transmitir en banda base hay que modificar las características físicas de las señales del ordenador para ponerlas en la línea.

Códigos de banda base¶

Los códigos de banda base se aplican a señales digitales que provienen del ordenador. Se utilizan los siguientes códigos de banda base:

Código unipolar NRZ¶

Es el más sencillo. Es un código por nivel de tensión eléctrica. Sólo hay dos posibles niveles de tensión: hay tensión corresponde a 1, y no hay tensión corresponde a 0.

El mayor problema de este código es que la ausencia de transmisión se puede considerar como transmisión de ceros.

Código bipolar NRZ¶

Es una mejora del anterior, en el que hay dos niveles de tensión: tensión positiva para 1 y negativa para 0.

Código unipolar RZ¶

Como el código unipolar NRZ, se basa en tensiones y sólo tiene una polaridad. En los códigos RZ el intervalo significativose divide en dos. Para representar un 1 la primera mitad del intervalo tiene tensión positiva y la segunda tensión nula, para representar un 0 las dos partes tienen tensión nula.

Presenta el mismo inconveniente que el código unipolar NRZ.

Código bipolar RZ¶

En este caso se presentan dos posibles niveles de tensión, dividiendo el intervalo significativo en dos partes. El 1 se representa como en el caso anterior, y el 0 corresponde a poner tensión negativa en la primera parte del intervalo y nula en la segunda.

Códigos diferenciadores¶

Los códigos anteriores son absolutos, es decir, hay una forma concreta de representar un valor y siempre es la misma. Sin embargo, con los códigos diferenciadores la forma de representar un bit depende de cómo se representó el bit anterior. El primer bit transmitido es el bit de referencia, que hay que establecer a priori si se pone como 1 o como 0. A partir de este bit mientras la tensión no varíe los bits están a uno, y cada vez que haya una variación de tensión se tiene un bit a 0.

Una ventaja de este método es que aunque la polaridad del cable esté cambiada la transmisión se realiza correctamente.

Códigos bifase¶

El más utilizado de los códigos bifase es el Manchester que es el que se usa en las redes Ethernet. Cada intervalo significativo se divide en dos y por cada bit hay dos estados de la señal. Para transmitir un 1 la primera parte del intervalo tiene tensión alta y la segunda ausencia de tensión. El 0 se transmite al contrario.

Con este método se asegura sincronía a nivel de bit de forma total.

Códigos multiestado¶

Define más de dos estados físicos, pudiendo emitir varios bits por cada cambio de estado con lo que se agiliza la velocidad de la transmisión.

Por ejemplo, con 4 estados distintos en un único intervalo significativo se tendrían 2 bits.

Transmisión en banda ancha¶

En la transmisión en banda ancha las señales que se utilizan son analógicas. Debido a las características físicas de las señal analógica es posible compartir el canal de transmisión por más de una señal.

Necesita transformar la señal digital del ordenador en una señal analógica, modulándola; y transformar la señal analógica de la banda en señal digital, demodulándola. A los equipos que hacen esta conversión se les llama modems.

Modular es obtener a partir de una señal digital una señal analógica que contenga la misma información. En el proceso de la modulación existen dos señales físicas:

• señal moduladora es la señal digital que contiene la información a transmitir.

• señal portadora (carrier) es una señal analógica, periódica (generalmente senoidal) y de alta frecuencia constante. Esta señal la genera el módem y es la que transporta la información a través de la línea.

El proceso de modulación consiste en definir la señal portadora según la información contenida en la señal moduladora. La señal portadora se puede modular en amplitud, en frecuencia y en fase.

La norma V-29 establece que hay que modular en amplitud y en fase a 4 bits por baudio. La norma V-29 es la que establece las características eléctricas y electrónicas del puerto serie en los PC. Se concreta en la práctica en la norma RS-232C propuesta por el EIA, con las siguientes características eléctricas:

• En el lado del emisor el bit 0 corresponde a voltajes comprendidos entre +5V y +15V, y el bit 1 a voltajes entre -15V y -5V.

• En el lado del receptor el bit 0 corresponde a voltajes comprendidos entre +3V y +15V, y el bit 1 a voltajes entre -15V y -3V. Se amplían los rangos por la posible atenuación de la transmisión debida a la resistencia del cable.

Compartición de líneas. Multiplexación¶

La compartición de líneas se soluciona mediante multiplexores y concentradores.

Concentradores¶

Los concentradores o hubs aparecieron por primera vez en las redes de teleproceso, compuestas por potentes ordenadores centrales (hosts) y una serie de terminales tontos conectados a ellos. Los host se sobrecargaban por las múltiples solicitudes de interrupción, por lo que se crearon los concentradores, para liberar a los hosts de las tareas de conexión. En un principio los hubs eran ordenadores que actuaban como front-end de los hosts.

Actualmente un concentrador es un unificador del cableado para redes. Permiten simplificar y unificar el cableado e interconectar redes con cableados distintos.

Multiplexación¶

La multiplexación es el conjunto de técnicas que permite la transmisión simultánea de múltiples señales a través de un único enlace de datos.

Las señales se multiplexan usando dos técnicas básicas:

• Multiplexación por división de frecuencias (FDM, Frequency Division Multiplexing). El multiplexor suma un valor constante a las señales para situar cada una de ellas dentro un rango determinado de frecuencias. A efectos prácticos es como si la línea estuviese subdividida en varias subbandas. Quien recibe la señal la demultiplexa restando en cada rango de frecuencias la constante, reconociendo las señales originales.

  La multiplexación por frecuencias se utiliza para señales analógicas, que no llenan toda la banda.

• Multiplexación por división de tiempos (TDM, Time Division Multiplexing). Se utiliza para señales digitales. Lo que se hace es conmutar el uso de la línea entre los terminales que la están utilizando. Como el tiempo de uso de la línea está fijado, hay que transmitir tramas de longitud constante; además deben contener información adicional de origen y destino. Se tiene que establecer, por tanto, la longitud de la trama y la división de los intervalos temporales. La TDM se puede implementar de forma síncrona y asíncrona.

Además, se utilizan otras dos técnicas de multiplexación:

• Multiplexación por división de onda (WDM, Wave Division Multiplexing). Es conceptualmente la misma que FDM, exceptuando que la multiplexación y la demultiplexación involucran señales luminosas transmitidas a través de canales de fibra óptica.

• Multiplexación estadística. Haciendo multiplexación por tiempos se puede desperdiciar ancho de banda con terminales que no están emitiendo. Para evitar este problema se utilizan multiplexadores estadísticos, que adaptan los intervalos a las necesidades de transmisión de los terminales. La trama debe contener información adicional como un campo de sincronismo, para reconocer el comienzo de la trama y campos flag para indicar el inicio y el final de cada intervalo temporal.

Multiplexación inversa¶

La multiplexación inversa es lo opuesto de la multiplexación. Toma el flujo de datos de una línea de alta velocidad y los separa en porciones que pueden ser enviadas simultáneamente a través de varias líneas de velocidad más baja, sin que haya una pérdida de la tasa de datos colectiva.