Sistemas de comunicación¶

Introducción¶

Primeras definiciones¶

Una red es un conjunto de dispositivos (denominados nodos) conectados entre sí. Las redes usan procesamiento distribuido, es decir las tareas se dividen entre varias computadoras.

Otra definiciones sobre redes de comunicaciones son:

Telecomunicación:

Comunicación remota. También se utiliza en el sentido de teleinformática.

Transmisión de datos:

intercambio, sobre algún medio de transmisión, de información codificada que ha sido o va a ser procesada por algún sistema informático.

Teleinformática:

transmisión electrónica de datos entre sistemas informáticos distantes.

Equipo de transmisión de datos:

cualquier dispositivo que realiza funciones orientadas a permitir o facilitar la transmisión de datos.

Sistema de comunicación de datos:

conjunto de equipos de transmisión de datos y programas informáticos que permite el intercambio eficiente y fiable de los datos entre sistemas informáticos.

Evolución histórica de los sistemas de comunicación¶

1830

Telégrafo. Se usaba el código morse y se utilizaba una sola línea con transmisión de datos en serie.

1839

Cooke y Wheatstone aplican el telégrafo paralelo.

1874

Baudot utiliza una sola línea para transmitir varios mensajes a la vez (multiplexión de la señal)

1876

Graham Bell inventa el teléfono.

1910

Aparece el teletipo. Utiliza multiplexación, y codifica los caracteres.

1940–50

Las telecomunicaciones se aplican principalmente al campo militar.

1958

Se crea el proyecto SAGE: interconexión de centros militares para control de aviones. Se desarrollan dos nuevos conceptos: el modo on-line (interacción usuario-sistema) y el modo de tiempo real (la respuesta del sistema se realiza en un tiempo muy corto).

1960–70

Es el boom de las comunicaciones y la informática.

• 1964. El organismo militar ARPA desarrolla la ARPANET, que se pone en funcionamiento en 1969. La red ARPANET utiliza la conmutación de paquetes. A ARPANET se le suma la red MILNET, cuando crecen dan lugar a INTERNET. Se estandarizan los protocolos de información: TCP/IP.

1972

En España se añade a la RTB (Red Telefónica Básica) la RETD (Red Especial de Transmisión de Datos) que utiliza la conmutación de paquetes.

1974

IBM desarrolla la arquitectura SNA para interconexión de ordenadores.

1977

DATAPOINT CO. desarrolla la arquitectura ARCNET.

1978

Varias compañías empiezan a fabricar productos para telecomunicaciones. Aparece el organismo de normalización OSI, que propone el modelo ISO para la interconexión de sistemas; este modelo no se publica hasta 1988.

1980–90

A la RTB y la CYCLADES (red francesa) se les suma la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados)

• 1980. XEROX desarrolla ETHERNET.

• 1982. La RETD aplica la norma X.25 pasándose a llamar IBERPAC. Aparecen los servicios de valor añadido.

• 1985. IBM desarrolla el sistema de red TOKEN RING.

1990

Tim Berners-Lee inventa el World Wide Web.

1995

Es el año del boom de Internet. Además, el FNC (Federal Networking Council) resuelve definir el término Internet como

“Sistema global de información que (1) está relacionado lógicamente por un único espacio de direcciones global basado en el protocolo de Internet (IP) o en sus extensiones, (2) es capaz de soportar comunicaciones usando el conjunto de protocolos TCP/IP o sus extensiones u otros protocolos compatibles con IP, y (3) emplea, provee, o hace accesible, privada o públicamente, servicios de alto nivel en capas de comunicaciones y otras infraestructuras relacionadas aquí descritas.”

1996–2000

• Aparecen los ordenadores personales, que poco a poco se hacen imprescindibles.

• Internet está accesible desde millones de hogares.

• Se desarrollan los motores de búsqueda.

• Aparece Java, lo que permite el boom de las aplicaciones en red.

• Tecnología móvil, gracias a los protocolos WAP (Wireless Aplication Protocol).

Protocolos y estándares¶

Protocolos¶

En las redes informáticas la comunicación se lleva a cabo entre varias entidades de distintos sistemas. No es suficiente con que dos entidades se envíen flujos de bits entre sí para que se entiendan. Para que exista comunicación entre sí ambas entidades deben “hablar el mismo lenguaje”. Este “lenguaje” es lo que se denomina protocolo.

Es decir, un protocolo es un conjunto de reglas que gobiernan la comunicación de datos. Un protocolo define qué se comunica, cómo se comunica y cuándo se comunica.

Los elementos clave de un protocolo son su sintaxis, su semántica y su temporización.

Sintaxis¶

La sintaxis se refiere a la estructura del formato de datos, es decir, el orden en el que se presentan.

Por ejemplo, un protocolo podría establecer que los primeros 8 bits de datos fueran la dirección del emisor, los siguientes 8 bits la del receptor, y el resto de los bits fueran el mensaje a comunicar.

Semántica¶

La semántica determina el significado de cada sección de bits.

Temporización¶

La temporización define dos características: cuándo se deberían enviar los datos y con qué velocidad.

Estándares¶

Con tantos factores a tener en cuenta en la comunicación, es necesario un trabajo de sincronización entre todos los nodos de una red para que se pueda llevar a cabo la comunicación. Un fabricante puede construir sus productos para que funcionen bien entre sí, pero ¿y con los productos de otros fabricantes?

Un estándar proporciona un modelo de desarrollo que hace posible que un producto funcione adecuadamente con otros sin tener en cuenta quién lo ha fabricado.

Los estándares de transmisión de datos (al igual que otros estándares) se pueden clasificar en estándares de facto (de hecho, o por convención) y estándares de jure (por ley, o por regulación).

Los estándares de jure son aquellos que han sido legislados por un organismo oficialmente reconocido (véase a continuación los organismos de normalización). Los estándares que no han sido aprobados por una organización reconocida, pero han sido adoptados por su amplio uso son estándares de facto.

Organismos de normalización¶

Hay tres vías para el establecimiento de un estándar:

• Uno o varios fabricantes se ponen de acuerdo en un estándar de fabricación.

• Organismos oficiales proponen un estándar.

• Implantación masiva de un producto en el mercado.

UIT. Unión Internacional de Telecomunicaciones¶

También conocido por ITU-T, y anteriormente por CCITT.

Está compuesto por cuatro áreas:

• Secretaría General

• IFRB (Junta Internacional de Registro de Frecuencias)

• CCIRB (Comité Consultivo Internacional de Radio)

• CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telefonía y Telegrafía). Con el CCITT colaboran la ECMA (Asociación Europea de Fabricantes de Ordenadores), la EIA (Asociación de Industrias Electrónicas) y el Instituto Europeo de Estándares de Normalización¹.

Al UIT están adscritos 160 miembros (países). Las normas que propone el UIT son:

• Normas de la serie V: transmisión de datos usando RTB.

• Normas de la serie X: transmisión de datos en RETD.

• Normas de la serie I: transmisión de datos en RDSI.

ISO. Organización Internacional de Estándares¶

ISO (International Standards Organization) es un organismo multinacional compuesto por organismos de normalización de muchos gobiernos, como AENOR en España. No desarrolla estándares en electricidad y electrónica, aunque sí los incorpora. Es responsable del desarrollo y mantenimiento del modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI).

IEEE. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos¶

Está formado por profesionales y fabricantes. Es el responsable de la mayoría de las normas de comunicación que se utilizan en redes de área local.

Transmisión de datos. Sistemas de comunicación¶

Descripción general de un sistema de comunicación de datos¶

Elementos que forman un circuito de comunicación de datos¶

El esquema general de un circuito de comunicación es el siguiente:

Este esquema aplicado a los ordenadores se traduce en:

donde ETD es el equipo transmisor de datos y ETCD es el equipo terminal de circuito de datos. El ETD tiene que procesar la información y controlar el proceso de transmisión sobre su ETCD. El ETCD adapta la información que se transmite por el canal de información. Se tienen las siguientes definiciones:

Circuito de datos

es el conjunto formado por los dos ETCD y el canal de transmisión

Estación de datos

es el conjunto formado por un ETD y su correspondiente ETCD.

Enlace de datos

es el conjunto formado por elementos orientados a la transmisión: circuito de datos más controladores de comunicación.

Host

parte del ETD destinada al proceso de la información.

Front-End

procesador de comunicaciones que libera al host de la gestión de transmisión de datos.

Redes de transmisión de datos¶

Clasificación según la configuración¶

Las redes se dividen en los siguientes tipos según su configuración:

• Redes dedicadas

  • Punto a punto
  • Multipunto

• Redes compartidas

  • Por difusión

    • vía satélite
    • radio
    • cable

  • Por conmutación

    • de circuitos
    • de mensajes

    • de paquetes

      • datagramas

      • circuitos virtuales

        i. permanente

        ii. conmutado

REDES DEDICADAS¶

Las redes dedicadas permiten su uso para un número preestablecido de estaciones de datos.

Redes punto a punto¶

La conexión entre dos estaciones de datos cuando es directa consiste en una línea de transmisión de uso exclusivo para ambas estaciones.

Redes multipunto¶

Las distintas estaciones de datos se comunican mediante conexión a un único medio común de transmisión

REDES COMPARTIDAS¶

En las redes compartidas el número de estaciones de datos es indeterminado.

Redes por difusión¶

Los equipos terminales se conectan entre sí a través de un medio de transmisión común. Los distintos tipos son:

• Vía satélite

• De radio (inalámbricas)

• Por cable (p.e. televisión por cable)

Redes conmutadas¶

En ellas el medio de transmisión no es común. Se divide en los siguientes tipos:

• De circuitos

  (p.e. RTB), utiliza la TCC (Técnica de Conmutación de Circuitos). Está diseñada para la transmisión de voz. Fue creada por ISO. Permite la utilización exclusiva de un circuito de datos durante la comunicación. Los elementos de una red de conmutación de circuitos son los siguientes:

  • nodos de conmutación,
  • líneas,
  • estaciones de datos

  Las fases del proceso de transmisión son:

  1. Establecimiento del circuito de datos,

  2. transmisión de la información, y

  3. liberación del circuito de datos.

  Los dos principales inconvenientes de las redes conmutadas de circuitos (RCC) cuando se utilizan para la transmisión de datos son el tiempo empleado para el establecimiento del circuito y el uso ineficiente de las líneas.

• De mensajes

  Físicamente es como la red de conmutación de circuitos (RCC), pero las funciones asignadas a los nodos son distintas. En este caso, no hay fase de establecimiento del circuito de datos físico; por el contrario, los nodos desempeñan dos funciones: almacenar cada mensaje recibido y lo retransmitirlo a otro nodo de conmutación. Es más eficiente que la RCC, ya que cuando se retransmite de un nodo a otro se libera el canal anterior. Este tipo de red no se utiliza en la práctica, puesto que es necesario aumentar la cantidad de información a transmitir teniendo que añadir a los mensajes una dirección de destino y, además, cada nodo necesita tener memoria suficiente para almacenar los mensajes que, a priori, podrían ser de cualquier longitud.

• De paquetes

  Está diseñada específicamente para la transmisión de datos. Intenta combinar las ventajas de las dos redes anteriores evitando los inconvenientes. La definición que da OSI para la técnica de conmutación de paquetes es:

  “procedimiento de transferencia de datos en el que la unidad de información es el paquete de datos, el cual tiene una longitud máxima establecida e incluye como parte de la información la dirección de la estación de datos al que va dirigido el paquete. Cada segmento de cable se ocupa sólo durante el tiempo que dura la transmisión de un paquete, quedando a continuación disponible para la transmisión de otro paquete”.

  Los canales seguidos por los paquetes pueden ser diferentes, pudiendo llegar desordenados, por lo que cada paquete lleva añadida una numeración para que sea posible la reconstrucción del mensaje en el destino. La red de conmutación de paquetes se subdivide a su vez en dos clases:

  • Conmutación de paquetes con datagramas, en la que cada paquete es tratado por la red independientemente del resto de paquetes del mensaje.

  • Conmutación de paquetes con circuitos virtuales, en este caso se establece un circuito de datos lógico entre origen y destino. Todos los paquetes de un mensaje viajan por el mismo camino y ordenados, pero el camino no es de uso exclusivo, sino compartido por cualquier otro mensaje que pudiera utilizarlo. La ventaja es que los paquetes llegan ordenados y el inconveniente que da lugar a una red más lenta. Existen dos subclases de redes por conmutación de paquetes con circuitos virtuales:

    • Circuito virtual permanente, donde cada par de estaciones de trabajo tiene asignada una ruta de transmisión preestablecida.
    • Circuito virtual conmutado, donde no existe una ruta preestablecida; la estación que inicia la comunicación envía un paquete especial de petición que va recorriendo nodos hasta llegar al destino, marcando cada nodo por el que pasa, con lo que se genera el circuito de datos a seguir durante la transmisión de los paquetes.

Retardos¶

Existen cuatro tipos de retardos cuando se transmite por una red de comunicaciones, éstos son los siguientes:

1. Retardo de transmisión. Es el tiempo que invierte el emisor en poner la información en la línea de transmisión. Depende del equipo encargado de poner la información en la línea.

2. Retardo de propagación. Es el tiempo que tarda la información en viajar por la línea de transmisión desde el emisor hasta el receptor. Depende de la distancia y del medio.

3. Retardo de conmutación. Es el tiempo que un nodo necesita para decidir hacia qué nodo debe reenviar la información recibida. Depende de la velocidad de proceso informático del nodo y del tráfico de la red.

4. Tiempo de aceptación. Es el tiempo que transcurre desde que llega la información a destino hasta que el receptor reconoce la llamada.

Topologías de red¶

La topología de la red describe la distribución física o lógica de los elementos de la red. La topología de una red es la representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y los dispositivos que los enlazan entre sí. Se tienen las siguientes topologías de red:

A) TOPOLOGÍAS DE RED PUNTO A PUNTO.

1. Topología en estrella. Para \(n\) estaciones existirán \(n-1\) líneas. Una estación es el nodo central (llamado concentrador) y las demás van conectadas a él. La fiabilidad de la red depende de la fiabilidad del nodo central, por lo que este nodo debe ser equipado con sistemas redundantes de seguridad.

2. Topología en bucle. Cada estación está conectada a otras dos, formando un conjunto físico cerrado.

3. Topología completa (malla). Todos los nodos se conectan entre sí. Es la topología ideal, pero sólo es factible cuando el número de nodos es muy pequeño. Para \(n\) estaciones existirán \(\binom{n}{2}\) líneas.

4. Topología en árbol. Surge de la interconexión de varias topologías en estrella a través de sus nodos centrales. Se utiliza en la RTB. Su estructura es jerárquica y es útil para redes con muchos nodos.

5. Topología irregular. Es aquella que no satisface ninguna de las topologías anteriores. Es habitual en redes privadas.

B) TOPOLOGÍAS DE RED MULTIPUNTO.

1. Topología en bus. Existe un medio común a todos los puestos, que se puede representar como una línea en la que en cada extremo existe un dispositivo, llamado terminador, para evitar que las señales que viajan por ellos reboten.

2. Topología en anillo. Existe una anillo como medio de transmisión común a todas las estaciones. La transmisión se realiza en un único sentido preestablecido. Cada estación conectada al anillo recibe la señal, la retoca y la refresca, si no es el terminal receptor, enviándola de nuevo a la línea. El inconveniente de este tipo de red es que se puede caer entera con el fallo de una sola estación, por lo que en la práctica se añade un concentrador al que van conectados los distintos terminales; si un terminal falla el concentrador es capaz de hacerse cargo de la señal refrescándola hacia el siguiente terminal.

Otras clasificaciones de redes¶

Redes públicas y privadas¶

Las redes públicas ofrecen servicios de conmutación de paquetes o de circuitos, pertenecen a compañías de telecomunicaciones y cualquier usuario puede acceder a ellas.

Las redes privadas son redes de uso exclusivo de una organización, pudiendo utilizar recursos de redes públicas.

LAN, MAN y WAN¶

Redes de Área Local (LAN)¶

Las Redes de Área Local (LAN, Local Area Network) son las que se montan en departamentos, edificios, …Todos los componentes pertenecen a una organización y se extienden en un espacio privado.

En la actualiada, el tamaño de las LAN está limitado a unos pocos kilómetros.

Además, se distinguen por su medio de transmisión y su topología. En general, una LAN determinada usará un único medio de transmisión. Las topologías más frecuentes de las LAN son el bus, el anillo y la estrella.

Redes de Área Metropolitana (MAN)¶

Las Redes de Área Metropolitana (MAN, Metropolitan Area Network) se extienden sobre toda una ciudad. Una MAN pueden configurar una red única (como, por ejemplo, una red de televisión por cable), o puede se una forma de conectar varias LAN en una red mayor (por ejemplo, una empresa que comunica las LAN de todas sus oficinas a lo largo de una ciudad).

Deben cumplir ciertas normas de paso oficiales. El funcionamiento es muy similar al de las LAN.

Redes de Área Extensa (WAN)¶

Las Redes de Área Extensa (WAN, Wide Area Network) se forman con la interconexión de varias LAN y MAN en zonas geográficas grandes. Es necesario contratar segmentos de cable públicos. Además, tanto las LAN como las MAN que componen una WAN deben cumplir ciertas normativas oficiales.