Tema 1: Introducción a los Sistemas de Comunicación • Introducción Las tecnologÃ-as de la información y la comunicación (TIC), y en concreto la telemática viven hoy en dÃ-a su mayor auge. No podemos vivir sin información, y la Telemática trata del modo de acceso a la misma La Telemática es la conjunción entre Telecomunicaciones e Informática, y se ocupa del tratamiento y transmisión de información a través de redes de ordenadores. • Sistema de Comunicaciones

Un modelo sencillo de comunicaciones podrÃ-a ser: • Fuente: Genera los datos a transmitir. • Transmisor: Normalmente los datos generados por la fuente no pueden ser transmitidos directamente tal y como son generados. El transmisor transforma y codifica la información generando señales susceptibles de ser transmitidas a través de algún medio de transmisión. • Sistema de transmisión: Es el medio por el cual se transmite o viaja la señal, y puede ser desde una lÃ-nea sencilla hasta una compleja red que conecte origen y destino. • Receptor: Acepta la señal del medio de transmisión y la transforma de tal manera que pueda ser manejada por el dispositivo destino. • Destino: Toma los datos del receptor. • LÃ-neas de comunicaciones Son las vÃ-as por las que tiene lugar la transmisión de los datos. Una red de comunicación estará constituida por dos o más equipos o sistemas que se encuentran interconectados mediante una lÃ-nea de comunicación. Podemos distinguir diferentes tipos de lÃ-nea, atendiendo a dos criterios: topologÃ-a de conexión (forma) y tipo de lÃ-nea según su propietario. • Tipos de lÃ-neas según la topologÃ-a de conexión ♦ LÃ-neas punto a punto: Cumple que la lÃ-nea de comunicación que une dos equipos es exclusiva entre ambos. ♦ Ventajas: No se establece competición por los recursos de comunicaciones, ya que la lÃ-nea es de uso exclusivo. La localización de averÃ-as es fácil, ya que la lÃ-nea es única. ♦ Desventajas: Poca comunicabilidad. Son lÃ-neas bastante caras (es más barato compartir recursos). ♦ LÃ-neas multipunto: La lÃ-nea fÃ-sica que une dos equipos no es exclusiva, sino que está compartida por al menos un tercer equipo. ♦ Ventajas: Se aprovechan los recursos de la red. Mayor comunicabilidad. Son más baratas. ♦ Desventajas: Se establece competición por los recursos de la red. Más lentas. ♦ Tipos de lÃ-nea según su propietario

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Distinguimos tres tipos: ◊ LÃ-neas privadas: Aquellas donde el propietario está definido y hace uso de ellas. ◊ LÃ-neas públicas: La propiedad es pública, normalmente gestionada por compañÃ-as telefónicas de nivel nacional o internacional. Dichas lÃ-neas son alquiladas por los usuarios. El motivo de que las redes de área extensa (WAN) utilicen estos servicios son fundamentalmente económicos. ◊ LÃ-neas dedicadas: LÃ-neas públicas pero con contrato en el que se acuerda que una determinada lÃ-nea sólo pueda ser utilizada entre dos equipos. ◊ Ejemplo de Sistema de Comunicaciones

Veamos un ejemplo concreto de comunicación entre una estación de trabajo y un servidor a través de la red telefónica pública: Veamos algunas de las tareas claves que se deben realizar en un sistema de comunicaciones. ⋅ Utilización del sistema de transmisión: Se refiere a la necesidad de hacer un uso eficaz de los recursos utilizados en la transmisión, puesto que suelen estar compartidos entre varios dispositivos de comunicación. Por eso, la capacidad total del medio se reparte entre los distintos usuarios haciendo uso de técnicas denominadas de multiplexación. Además, se necesitan técnicas de control de congestión para garantizar que el sistema no se sature por una demanda excesiva de servicios de transmisión. ⋅ Para que un dispositivo pueda transmitir información tendrá que hacerlo a través de la interfaz (zona de comunicación de un sistema sobre otro) con el medio de transmisión. Como la mayor parte de las técnicas de transmisión dependen del uso de señales electromagnéticas que se transmiten a través del medio, una vez que la interfaz está establecida, se necesitará una generación se señal. Esta señal deberá permitir ser propagada por el medio de transmisión y ser interpretada por el receptor. ⋅ Las señales, además, deben permitir alguna forma de sincronización entre el emisor y el receptor. El receptor debe ser capaz de determinar cuando comienza y cuando acaba la señal recibida, y debe conocer la duración de cada elemento de la señal. ⋅ Otras tareas que se deben realizar se denominan gestión del intercambio. Por ejemplo, se debe establecer si amos dispositivos pueden transmitir simultáneamente o deben hacerlo por turnos, decidir la cantidad y el formato de los datos que se trasmiten cada vez, especificar qué hacer en caso de producirse un error, etc. También serán importantes las técnicas para la detección y corrección de errores y el control de flujo para que la fuente no sature al destino transmitiendo datos más rápidamente de la que el receptor pueda procesar y absorber. ⋅ Otros conceptos relacionados con los anteriores son el direccionamiento y el encaminamiento (enrutamiento). Cuando un recurso se comparte por más de dos dispositivos, el sistema fuente deberá de alguna manera indicar a dicho 2

recurso compartido la identidad destino, pasa garantizar que sólo ese destino recibe los datos. Además, si en una red existen diferentes caminos para llegar al destino, se necesita elegir (encaminar) una de las posibles rutas. ⋅ La recuperación es un concepto destino de la corrección de errores. Si se produce un error en la transmisión, se necesita un mecanismo de recuperación, que sea capaz de continuar transmitiendo donde se produjo la interrupción, o al menos, recuperar el estado inicial antes de producirse el error. ⋅ El formato de los mensajes, es el acuerdo a que deben llegar las dos partes respecto al formato de los datos intercambiados, por ejemplo, el código binario de representación de caracteres. ⋅ Además de todo lo anterior, será necesario dotar al sistema de algunas medidas de seguridad. El emisor debe asegurar que solo el destinatario las recibe. ⋅ Por último, un sistema de comunicación es lo suficientemente complejo para necesitar un gestor de red que configure el sistema, monitorice su estado, reaccione ante fallos, etc. ◊ Comunicación de Datos Un problema de la comunicación de datos es el tipo de señal que se utiliza. ⋅ Señales analógicas: Es capaz de tomar todos los valores posibles en un rango ⋅ Señales digitales: Toman un número finito de valores.

Por ejemplo, los ordenadores trabajan con señales digitales, y las lÃ-neas telefónicas con analógicas. Esto significa que se deben convertir las señales. ⋅ ETD o DTE: Es aquel componente de un sistema de comunicación que hace de fuente o de destino de información. ⋅ ECD: Es el componente que se encarga de adecuar las señales al medio por el que tienen que viajar. Utiliza técnicas de multiplexación, de modulación, concentración, etc. ⋅ Circuito de datos: Es el conjunto de los ECD y las lÃ-neas de transmisión. En una comunicación de datos es necesaria la colaboración entre el destino y el origen para que el mensaje llegue completo y sin errores. La lÃ-nea de datos puede permitir tres tipos de comunicación: ⋅ Unidireccional o simple: Los datos viajan solo en un sentido.

⋅ Bidireccional no simultánea o Semidúplex halfduplex: Los datos pueden viajar en los dos sentidos, pero no a la vez.

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⋅ Bidireccional simultánea o Dúplex fullduplex: Los datos pueden viajar en los dos sentidos a la vez.

◊ La Transmisión La transmisión consiste en el transporte de señales entre emisor y receptor. Se puede clasificar en función a diferentes criterios: según el modo de sincronización, según las lÃ-neas de transmisión y según la señal transmitida. ◊ Según el modo de Sincronización El sincronismo no es más que un mecanismo por el cual el emisor y el receptor se ponen de acuerdo sobre el instante en que comienza o acaba la información que se transmite. Si la sincronización no es correcta se producirá pérdida de datos. Según el modo de sincronización distinguiremos dos tipos de transmisiones: ⋅ Transmisión asÃ-ncrona: En ella el procedimiento de sincronización se produce por cada carácter transmitido (1 carácter: byte). Para esta transmisión cada carácter transmitido está antepuesto por un bit especial denominado bit de inicio o start. Cuando este bit llega al receptor, éste lanzará un reloj interno quedándose a la espera de los bits que vengan a continuación, tras éstos irán dos o más bits de parada o stop, de forma que la lÃ-nea quedará de nuevo lista para una nueva transmisión. El envÃ-o de caracteres no tiene por que ser seguido, puedes enviar un carácter esperar un rato y luego enviar otro carácter, porque se sincroniza carácter a carácter. ⋅ Ventajas: Es un método de transmisión muy seguro, ya que se sincroniza cada vez que se transmite un byte. ⋅ Desventajas: El rendimiento de este método no es muy bueno, ya que se envÃ-an muchos bits en el protocolo de control de flujo de datos. ⋅ Transmisión sÃ-ncrona: En esta transmisión cada cierta cantidad de bytes se manda un byte de control. Dicho byte de control suele ser un carácter poco usual en un paquete de datos, por eso se suele usar el carácter SYN (â–º). Por ejemplo: podrÃ-amos sincronizar envÃ-os de 128 caracteres con el carácter SYN. La cadencia a la que se envÃ-a cada bit (tiempo que dura un 0 o un 1) debe ser constante y conocida entre emisor y receptor (al igual que la transmisión asÃ-ncrona). ⋅ Ventajas: Se aprovecha mucho mejor la transmisión, al enviar información y tener menos protocolo. ⋅ Desventajas: Es menos segura que la asÃ-ncrona, hay más probabilidad de pérdida de información. ⋅ Según las lÃ-neas de transmisión

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En un canal de transmisión puede haber una o más lÃ-neas. Estas lÃ-neas pueden realizar funciones iguales o diferentes. Lo normal es que unas lÃ-neas transmitan datos y otras realicen funciones de control de flujo de datos. Según la cantidad e lÃ-neas por la que circulan datos distinguimos entre: • Transmisiones en serie: La señal con la información viaja por una sola lÃ-nea. • Transmisiones en paralelo: Se transmiten datos simultáneamente y en ráfagas por cada lÃ-nea de datos. • Según la señal transmitida No todas las lÃ-neas de transmisión pueden transmitir todo tipo de señales. Atendiendo al tipo de señal que trasmitan nos encontramos: ♦ Transmisiones analógicas: Son aquellas en las que la señal es analógica (que son las que pueden tomar cualquier valor dentro de un rango). De este tipo de señales nos interesarán las que son periódicas, que vendrán caracterizadas por tres parámetros: amplitud, frecuencia y fase. ♦ Transmisiones digitales: Son las que toman un número finito de valores. • Redes de Comunicaciones • Concepto de Red Una red es un conjunto de ordenadores interconexionados lógicamente para transmitir datos y que pueden compartir información entre ellos. La red más sencilla consiste en la conexión de dos ordenadores permitiendo compartir impresora, ficheros, etc. Compartir ficheros, aplicaciones, es complejo y requiere dispositivos especiales: tarjetas de red, cableado para unir diferentes ordenadores y sistemas operativos de red. • Componentes de una Red Los principales componentes de una red son: ♦ Servidor: El que ofrece servicios a los equipos conectados. ♦ Estaciones de trabajo: Son los equipos que se conectan al servidor. ♦ Tarjetas de comunicaciones: Hardware que se debe instalar en todo ordenador para soportar la conexión a la red. ♦ Cableado: Constituido por el cable de conexión entre servidor y las estaciones de trabajo. Incluye elementos como el módem. ♦ Recursos compartidos: Hardware → Impresora, discos, Software → Aplicaciones, ficheros, 5

• TopologÃ-a de una Red Lo más básico de una estructura de red lo constituye la disposición que ocupan o adoptan los equipos entre sÃ-. La forma de interconectar las estaciones es lo que se conoce como tipologÃ-a. Esta caracterÃ-stica condiciona las prestaciones de la red al establecer ciertas imitaciones en los procedimientos de transmisión. Cada tipologÃ-a básica (bus, anillo y estrella) tiene unas ventajas y unas desventajas. • Tipos de Redes Existen diferentes tipos de redes según su tamaño: ♦ Redes de Ãrea Local: Denominadas LAN. Son redes de pequeño tamaño y situadas en un entorno reducido: planta, edificio, campus, ♦ Redes de Ãrea Metropolitana: Denominadas MAN. Son redes en el entorno de una ciudad, suelen ser varias redes LAN conectadas entre sÃ-. ♦ Redes de Ãrea Extensa: Denominadas WAN. Permiten compartir recursos a grandes distancias. Permiten la conexión a nivel mundial. Lo normal es que las compañÃ-as telefónicas alquilen sus lÃ-neas para establecer este tipo de conexiones. ♦ Redes de Ãrea Amplia o Extensa Ya hemos dicho que son las redes que cubren un área geográfica grande y que requieren atravesar rutas de acceso público. Utilizan parcialmente los circuitos proporcionados por empresas de telecomunicaciones. Normalmente una LAN consiste en una serie de dispositivos de conmutación interconectados a nodos. A estos nodos no les interesa el contenido de los datos. Su única función es proporcionar un servicio de conmutación necesario para transmitir los datos de nodo en nodo hasta alcanzar su destino final. Las tecnologÃ-as utilizadas para incrementar redes son las siguientes: ◊ Conmutación de circuitos: En las redes entre los circuitos se establece un camino destinado a la interconexión de dos estados a través de los nodos de la red. ◊ Conmutación de paquetes: En este caso no es necesario tener una reserva previa de recursos en el camino, los datos se envÃ-an en secuencias de pequeñas unidades llamadas paquetes. Cada paquete se pasa de nodo en nodo siguiendo algún 6

camino entre origen y destino. Este camino tiene que ser siempre el mismo. ◊ Frame Relay (Transmisión de tramas): Para aprovechar las mayores velocidades de transmisión y baja tasa de error que tienen actualmente los sistemas de comunicación se ha desarrollado la técnica de transmisión de tramas. En ella se elimina mucha información repetida y de control de errores con lo que se opera a mayores velocidades. La información se envÃ-a en paquetes de tamaño variable denominados tramas. ◊ ATM: También llamado modo de transmisión de celdas. Es la evolución de la transmisión de tramas. La diferencia con Frame Relay es que en ATM la longitud de los paquetes es fija y se denomina celda. ◊ RDSI: Se diseñó para sustituir a las redes públicas de telecomunicaciones existentes proporcionando una serie de servicios de valor añadido: la conferencia multimedia, ◊ DSL ◊ Redes de Ãrea Local La IEEE proporciona una definición oficial del concepto de red de área local: una red de área local se distingue de otros tipos de redes de datos en que las comunicaciones están normalmente confinadas a un área geográfica limitada tal como un edificio, oficinas, almacén o campus utilizando un canal de comunicación de velocidad moderada o alta y una tasa de error baja se ve claramente en este inicio los elementos esenciales de una LAN: ⋅ Ãmbito ⋅ Seguridad ⋅ Velocidad Las LAN utilizan técnicas de difusión en lugar de técnicas de conmutación. En cada estación hay un transmisor receptor que se comunica con el resto de estaciones a través de un medio compartido. Como el medio es compartido sólo una estación podrá transmitir en cada instante (la información de una estación puede ser vista por las restantes). Las LAN pueden conectarse a su vez a redes de comunicaciones nacionales e internacionales. ◊ Funcionalidad de las LAN La principal función es compartir recursos. La disponibilidad de los recursos se puede configurar de 7

dos formas: ⋅ Redes entre iguales: Todos los equipos son iguales y ponen a disposición del resto los recursos. La configuración es sencilla pero la administración es difÃ-cil. ⋅ Redes con servidores: No todas las estaciones son iguales ya que hay ordenadores especializados en ciertas operaciones y son los encargados de proporcionar recursos a los demás. La administración es más sencilla puesto que la información se centraliza y el acceso se puede controlar con cuentas de usuario. ⋅ Tipos de servidores • Servidores de disco: Ponen a disposición de los usuarios su capacidad de almacenar. Suelen tener mucha capacidad, son rápidos y con sistemas de seguridad para datos. • Servidores de impresión: Son los que proporcionan servicios de impresión de documentos. En este caso el usuario utilizará la impresora como si estuviera conectada a su equipo. • Servidores de correo: Son los encargados de gestionar todo el correo. ⋅ Normalizaciones En la industria de las telecomunicaciones se ha aceptado que los estándares son necesarios para definir las caracterÃ-sticas (fÃ-sicas, mecánicas,) y el procedimiento del equipo de comunicación. Estas normalizaciones presentan unas ventajas y unas desventajas que son: • Ventajas: Aseguran que en el mercado se abaratan costes por la producción masiva. Permiten que los productos de diferentes fabricantes se puedan comunicar entre sÃ-. • Desventajas: Los estándares tienden a congelar los precios. Puede haber dos estaciones distintas para la misma función. Los estándares pueden ser de dos tipos:

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• Estándares de hecho: Integrados en el mercado por su uso generalizado. • Estándares de derecho: Propuestos por una asociación de estándares. Los fabricantes diseñarán sus equipos de acuerdo con las normas que se comuniquen. • Organismos de Normalización ♦ ISO: Es una organización internacional para el desarrollo de normalizaciones y cubre un amplio abanico de materias. ♦ UIT−T: Sector de estandarización para las telecomunicaciones. Es una agencia especializada en telecomunicaciones en la Organización de Naciones unidas (ONU). Se encarga de normalizar técnicas y modos de operación en telecomunicaciones. ♦ IEFT: Es la responsable del desarrollo de la ingenierÃ-a de los protocolos de Internet (TCP/IP) Otros organismos de normalización que podemos encontrar son: ♦ ANSI ♦ IEEE ♦ CCITT ♦ RFC Las RFC son los documentos donde se recogen las especificaciones de los protocolos en que se basa Internet en su funcionamiento. Éstos se adjudican sus caracterÃ-sticas técnicas y demás detalles necesarios para su correcta interpretación y aportación. El contenido de estos documentos puede ser cualquier cosa relacionada con las comunicaciones entre ordenadores, desde una reunión hasta la 9

especificación de un estándar. Son gestionados por a IEFT. Están editados en inglés. Cuando una RFC se actualiza o queda obsoleta no se elimina, sino que se elabora una nueva con una nueva numeración y en la misma se especifica si es una actualización o bien la anterior ha quedado obsoleta. Se catalogan según el formato RFCxxxx.txt. No todas las RFC utilizan estándares, esto requiere de un proceso. El procedimiento, que sigue un protocolo desde su nacimiento hasta su estandarización, se puede resumir en las siguientes fases: ◊ Se propone ◊ Se crea un borrador ◊ Se estandariza Además una RFC de un protocolo tiene un nivel de requerimiento: ◊ Requeridas: Está en todas las máquinas que usen TCP/IP ◊ Recomendadas: Se estimula a que se usen las máquinas con TCP/IP ◊ Opcional: No se usa ampliamente ◊ Uso limitado: Pensado para uso general ◊ No recomendadas: Se desaconseja su uso Tema 2: Aspectos fÃ-sicos de las Transmisiones 10

♦ CaracterÃ-sticas Ondulatorias Las señales analógicas las podemos representar a través de una onda del siguiente esquema: Esta función corresponde a una onda periódica, ya que depende del tiempo y se repite periódicamente. Debemos recordar que las señales analógicas se pueden transmitir por medios con frontera (cables) como sin fronteras (aire, vacÃ-o). Las señales digitales sólo pueden ser transmitidas por medios con fronteras. Los parámetros que caracterizan a una onda son:

◊ Amplitud: Nos da una idea de la intensidad de la señal. La amplitud se va a medir en función del medio y de la magnitud con que trabajemos, puede ser voltios, amperios, decibelios, vatios, ◊ Frecuencia: Es el número de ciclos por unidad de tiempo. Se mide en ciclos / segundo que 11

es lo mismo que el herzio (Hz). Un ciclo no es más que la oscilación de la señal desde un pico hasta que llega al pico siguiente (que son iguales que el primero). ◊ PerÃ-odo: El perÃ-odo T se mide en segundos ◊ Fase: Las señales con igual frecuencia y amplitud podrÃ-an diferenciarse en la fase. Esto significa que son iguales salvo que cada una comienza en un punto distinto. ♦ Espectro de la Señal y su Ancho de Banda En la transmisión de señales debemos tener en cuenta que un medio no es capaz de transmitir señales a cualquier frecuencia. Los medios transmitirán con más eficacia señales en un rango de frecuencia determinado, a este rango de frecuencias que es capaz de transmitir en medio es lo que llamamos ancho de banda. También hemos dicho que cualquier señal analógica que transmitamos en realidad es una suma de infinitas señales sinusoidales, cada una con una frecuencia. Al conjunto de frecuencias que compondrán nuestra onda es lo que llamaremos espectro de la señal.

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♦ Filtración de las Señales Sabemos que cada medio tiene un ancho de banda, y cada señal tiene además su propio ancho de banda. Si se trata de transmitir una señal cuyo ancho de banda sea mayor que el del propio medio sólo se transmitirá de forma efectiva la parte de la señal que quede dentro del ancho de banda del medio por lo que se producirá una filtración de la señal.

♦ Alteraciones de las Señales Vamos a distinguir cuatro tipos de alteraciones: ◊ Atenuación: Al transmitirse la señal se producirá una disminución de la intensidad. En el caso del cable metálico según sus propiedades la atenuación será mayor o menor. A mayor conductividad menor alteración. En realidad la atenuación viene provocada por la resistencia que el medio ofrece a la transmisión de 13

señales. Se suele usar le término de impedancia en vez de resistencia. ◊ Distorsión: Consiste en la deformación de la señal como consecuencia de algún comportamiento desigual por cada frecuencia por parte del medio de transmisión. Se puede corregir usando ecualizadores. ◊ Interferencias y Ruido: Consistirán en la superposición de ondas a la señal transmitida. Se dispondrá de dispositivos para disminuir las interferencias y el ruido. La diferencia entre interferencia y ruido es que la primera onda es previsible y en el ruido no. ♦ Modulación y Digitalización ♦ Modulación Cuando se transmite una onda por un canal o por un medio, existen algunos rangos de frecuencia con mayor atenuación que otros. Con la modulación lo que buscamos es aprovechar las frecuencias más efectivas para que la atenuación durante la transmisión sea la menor posible. Esto es lo que se llama adecuar la señal al medio. 14

Cuando hablamos de un módem nos referimos al dispositivo que se usa para modular señales digitales para convertirlas a analógicas y viceversa. Hay que tener cuidado porque modular no es convertir de digital a analógica, sólo es adaptar las frecuencias de las señales al medio.

También se debe tener en cuenta que las ondas electromagnéticas se caracterizan por su longitud de onda (λ). En la transmisión de ondas electromagnéticas (radio, televisión,) por el aire o por el vacÃ-o se necesitan antenas y además éstas deberÃ-an tener, en la medida de lo posible, tamaño reducido. En electromagnetismo existe una relación entre el tamaño de las antenas y la longitud de onda de la señal que van a transmitir o recibir, y es:

Por lo tanto, nos interesa modular a frecuencias lo más altas posibles para que las antenas sean pequeñas.

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Como es posible que exista más de un foco emisor (más de una emisora) debemos tratar de emitir en frecuencias diferentes para que entre ellas no se produzcan interferencias por superposición. ♦ Tipos de modulación Cuando hablamos de modulación sabemos que adaptamos una señal para que viaje con más efectividad por un medio, pero además será un fenómeno que llevará intrÃ-nseco cambios en la señal analógica que se transmite (cambios en la frecuencia, amplitud, fase o combinados). Estos cambios son necesarios para que la señal transporte información. Se dice que una señal, denominada portadora, está modulada por otra señal, denominad moduladora, cuando ésta última controla alguno de los parámetros que definen la primera. La señal moduladora será la que contenga la información a transmitir y la portadora será la señal que vamos a utilizar para transmitir información. La portadora será la que viaje por el medio de transmisión, y que llevará la información una vez que haya sido modulada.

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