Comunicaciones Resumen de Teoria Completo v3 3 ( BOTTA )

Comunicaciones - Apuntes de Clase Pgina 1 de 57

Apuntes de Clases de:

Comunicaciones

Autores y Colaboradores: Adrin Botta Daniel Fratte Ignacio Rigoni Franco Zanuso

Maximiliano Ambrosini Karim Duzn Matas Porolli

Ao: 2009 Correcciones: 5 de Agosto de 2009 (Ignacio Rigoni y Adrin Botta)

Fuentes:

SISTEMAS DE COMUNICACIONES. Wayne Tomasi. COMUNICACIONES Y REDES DE COMPUTADORES William Stallings REDES DE COMPUTADORAS E INTERNET Fred Halsall REDES DE AREA LOCAL. Thomas Madron REDES DE ALTA VELOCIDAD J.Garca Toms Mario Piattini. TECNOLOGIAS EMERGENTES PARA REDES DE COMPUTADORAS Uyless Black PRINCIPIOS DE COMUNICACIONES DIGITALES. Rubn Kustra.


UNIDAD 1: Caractersticas de los sistemas de Comunicaciones

Sistemas de Comunicacin

Objetivo

Diagrama

Definiciones

SealesDefiniciones

Ondas EM

Medios de Enlace

Clasificacin

Esquemas

Fourier

Esquemas

Esquemas de Antenas


UNIDAD 1: CARACTERSTICAS DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES

El objetivo de todo Sistema de Comunicacin es transmitir informacin de un origen a un destino, lo ms rpido posible, y con la menor cantidad de errores.

Dato: Es toda entidad fsica capaz de transportar informacin Informacin: Es todo aquello que genera expectativa, duda o necesidad en el receptor/destino. Seal: Es la representacin elctrica, electromagntica u ptica de los datos Transmisor: Adapta la seal al medio de enlace Medio de Enlace: Medio fsico por el cual viajan las seales hacia destino Ruido: Es toda seal espuria o indeseada que se introduce en el canal de informacin, alterando o modificando mi seal til y datos. No se lo mide en forma absoluta, sino que se lo compara siempre con la seal, en lo que denominaremos relacin Seal/Ruido (Al aumentar la potencia, Disminuye el Ruido). Ah es donde nos damos una idea si nuestro sistema de comunicacin es adecuado o no. Receptor: Adapta la seal del medio fsico al transductor de salida OUT: Entrega informacin al destino

En seales digitales, en vez de usar la relacin S/R, se utiliza el BER (Bit Error Rate). Ej: 10-6 bits (1 bit errneo cada 1 milln recibidos).

Clasificacin de los medios de enlace Almbricos

o Par Trenzado: Ej: Cable telefnico, UTP o Coaxil: Ej: CATV o Fibra ptica: Es inmune al ruido. Ej: Reden WAN

Ventajas: Ms seguros; permiten un mayor ancho de banda o velocidad Desventajas: Estoy sujeto a un cable

Inalmbricos o Radiofrecuencia: RF < 1GHz de frecuencia o Microondas:

Satlite: Ej: TV, Datos Terrestre: Ej: Celulares, Enlaces Punto a Punto, WiFi

o Infrarrojo

Ventajas: No necesitan medios fsicos para propagarse, lo que permite la movilidad Desventajas: Ms inseguros; menor ancho de banda

Origen de la inf.

Destino de la inf.

Transductor IN

Transmisor TX

Receptor RX

Transductor OUT

Datos Seal Ruido

Ej: Micrfono Ej: Parlantes, Pantalla

R

Medio de TX O enlace

S/R [dB = decibel]

Valor Normal (u ptimo)

Seal Analgica S/R > 50 dB Seal Digital S/R > 15 dB

Ms inmune al ruido


Ejemplos de Medios de Enlace

Onda Electromagntica (EM)

Utilidad de una Onda EM Permite transmitir informacin, an en el vaco.


V(t) = A sen ( 2 f t + ) Ecuacin Onda Sinusoidal, con A, f y parmetros

Frecuencia ( f = [Hz] ): Es la cantidad de ciclos por unidad de tiempo que tiene una onda sinusoidal.

Periodo ( T = [s] ): Tiempo en el que una onda completa un ciclo. Longitud de onda ( = [m]): longitud entre 2 mximos o mnimos consecutivos. Amplitud de Onda ( A = [Volt] ): Valor mximo de la seal en el tiempo. Desfasaje ( = [radianes] ): desplazamiento de una seal respecto de otra.

La onda Electromagntica nos permite transmitir informacin en el vaco. Su velocidad es de 3 x 108 m/s. Ancho de banda: Tamao del espectro que ocupa una seal. Espectro: Todas las frecuencias que componen una seal. Seal Analgica: Es aquella que vara en forma continua en el tiempo. Entre dos puntos, hay otros puntos de amplitud. Seal Digital: Tiene un valor que mantiene constante en el tiempo. Luego cambia bruscamente a otro valor que mantiene durante otro tiempo. Es peridica y tiene infinitas componentes de frecuencia por lo tanto su ancho de banda es infinito. Fourier desarroll una ecuacin matemtica para seales peridicas y dice: Toda seal peridica puede descomponerse en una serie de trminos con amplitudes decrecientes y frecuencias que sean mltiplos enteros de una frecuencia fundamental y que se llaman armnicas.

t

dttft

A00

)(1 t

n dtwtntftA

0).cos().(2

t

n dtwtnsentftB

0).().(2

El ancho de banda de una seal digital tendr en cuenta la capacidad de frecuencia ms significativa, es decir, la fundamental y las primeras armnicas, o sea, las que ms energa aportan. El ancho de banda de una seal digital es en principio infinito, porque la serie de Fourier se descompone en infinitos trminos, pero tambin sabemos que el ancho de banda para estas seales ser la componente fundamental y las primeras armnicas (que son las que aportan la mayor energa), es decir, las ms significativas de la serie. Esto se definir ancho de banda relativo, y en definitiva ser el ancho de banda a considerar. No obstante, para las seales analgicas el ancho de banda se mide en Hz, y en seales digitales se mide en BPS (bits por segundo).

Ancho de Banda Ejemplos Seal Analgica BW [Hz] 6 MHZ Seal Digital Velocidad de Tx [bps] 106 bps

f (t) = A0 + A1 cos wt + A2 cos wt2 + A3 cos wt3 + . + An cos wtn + + B1 sen wt + B2 sen wt2 + B3 sen wt3 + . + Bn sen wtn

Valor Frecuencia Armnicos Promedio Fundamental


Denominaciones VLF

(Very Low Frequency)

LF (Low Freq)

MF (Medium

Freq)

HF (High Freq)

VHF (Very High Freq)

UHF (Ultra High

Freq)

SHF (Super

High Freq)

EHF (Extra High

Freq)

Aplicaciones

Alimentador o Conductor

(Tx a la antena)

Antenas

3 KHz 30 KHz 300 KHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300GHz 3THz

Banda de Radiofrecuencia

Radio AM

530-1600 KHz

Onda Corta TV

Radioafic. Radio FM

88-108 MHz

Celular

800-1GHz

Enlaces Satelitales; Radares

Enlaces de Microondas

Transmisor y Receptor deben estar enfrentados 1G

Banda de La luz.

Par Trenzado Coaxial Gua de Onda (Tubo de cobre corrugado) Fibra ptica

Alambre (dipolo) Yagui (la de TV)

Parbolas y semiparbolas

Bocinas

Prop. Ionosf

BLU

Ondas Terrestres Ondas Areas

- Se transmiten siguiendo el terreno.

- Alcanzan Grandes Distancias

- Pasan Obstculos

- Rebotan en obstculos

- Rebotan en la ionosfera

- Banda C (3-6 GHz) Antena focal (3


UNIDAD 2: Teora de la Informacin

Teoria de la Informacin

Medida de la Informacin

Tcnicas de Codificacin

Medida de la Capacidad del Canal

BIT y BINIT

Tasa de Transferencia

Entropa


UNIDAD 2: TEORA DE LA INFORMACIN

La teora de la informacin permite conocer la capacidad de los canales en cuanto a poder transmitir informacin con la menor cantidad de errores posibles, de manera de optimizar los canales de comunicacin. ste estudio se basa en 3 principios:

Medida de la informacin Medida de la capacidad del canal Tcnicas de codificacin (para transmitir con la menor cantidad de errores posibles).

Medida de la informacin Cuando yo transmito mensajes (conjunto de datos), la cantidad de informacin asociada a stos depende de la incertidumbre, duda, o probabilidad de ocurrencia de dicho mensaje en el punto receptor o destino de nuestra informacin.

Ejemplos: 1. Maana saldr el sol. 2. Maana llover. 3. Maana habr un terremoto.

Si bien estos mensajes tienen un tamao parecido, la cantidad de informacin que transmiten es totalmente distinta. El primer mensaje carece de informacin (no hay duda de que maana sale el sol). El segundo mensaje tiene mayor cantidad de informacin. El ltimo mensaje tiene una cantidad de informacin grandsima (por haber mucha incertidumbre sobre si va a haber un terremoto o no).

Hay 3 formas de medir la cantidad de informacin asociada a un mensaje:

][)1(log 2 bitsPI ][)1(log10 HartleyP

I ][)1(log NATP

I n

Donde P = probabilidad de ocurrencia del mensaje

El objetivo de todo sistema de comunicaciones es transmitir la informacin lo ms rpido y con la menor cantidad de errores.

Supongamos que tenemos una secuencia de L mensajes donde el mensaje mx habr aparecido:

m1 = P1 * L veces ; m2 = P2 * L veces ; m3 = P3 * L veces

La informacin total ser igual a la suma de la informacin de cada mensaje por las veces que aparece (ocurrencia de cada mensaje). Entropa H (o promedio)

La entropa H no describe totalmente a una fuente porque podemos tener 2 fuentes que tienen la misma entropa H, es decir, que en promedio entregan la misma cantidad de informacin, pero una puede

ser ms rpida que la otra. Para eso vamos a definir la tasa de transmisin R.

n

K KK

T

PP

LIH

1

1log*


Ejemplo: Tenemos 2 mensajes, con su correspondiente probabilidad de ocurrencia:

m1 p y m2 1-p

Calculemos la entropa h para este caso. P=1 H=0 P=0 H=0

La entropa ser mxima cando los mensajes sean equiprobables, es decir: m1 y m2, con p1=p2=1/2. Reemplazando y calculando:

I1 = log2 2 = 1 bit Si m1 = 1 binario, y m2 = 0 binario, 1 dgito binario puede conduicir un bit I2 = log2 2 = 1 bit de informacin Ejemplo 2: m1 p1 = y m2 p2 = H = log2 4 + log2 (4/3) I1 = log2 = 2 bits I2 = log2 = 0.45 bits Tasa de transmisin R

Capacidad del canal Shannon calcula la capacidad del canal con ruido C = B log2 (1 + S/N )

Nyquist lo calcula idealmente sin ruido. C = 2B log2 M Donde M es la cantidad de smbolos que usamos para codificar.

Ej: Si M vale 2 (sistema binario), la capacidad del canal es 2 veces el ancho de banda. Teorema de Shannon Dada una fuente de Tx que transmite sobre un canal de comunicaciones, existir una tcnica de codificacin, que permita transmitir con una tasa de error muy pequea a pesar de la presencia de ruido, siempre que se cumpla que R < C. Si R > C no existir tcnica de codificacin posible. Bit vs Binit La idea es que el bit es una unidad de informacin y no de almacenamiento. La unidad de almacenamiento es el binit: es un hueco donde se puede guardar un uno o un cero. Si siempre se guarda un cero o siempre se guarda un uno, la informacin es nula y por tanto ese binit guarda cero bits de informacin. Hoy por hoy el concepto de binit se ha fusionado con el concepto de bit y hablamos de megabits por segundo en vez de megabinits por segundo, lo cual permite a algunos hacer trampa y "comprimir la informacin" como si eso fuera posible. En todo caso, se comprime la representacin de la informacin (los binits, no los bits).

pP

PPH

11log)1(1log*


UNIDAD 3: Naturaleza de las

Seales Seales Digitales

Ventajas y Desventajas

Formas de Transmicin

Banda Base

Interferencia Intersmbolo

Probabilidad de Error

Digitalizacin

Muestreo

Codificacin

Cuantificacion

Grafico "Inmunidad al Ruido"

Banda Pasante

Esquema

Modulacin

Esquema General AM

Multiplexado

SDM (espacio)

WDM (long. de onda)

M. Analgica

M. Digital

FM

PM

ASK

FSK

PSK

FDM (frecuencia)

TDM (tiempo)


UNIDAD 3: NATURALEZA DE LAS SEALES Seales Analgicas y Digitales

Inmunidad Al Ruido Seal Analgica: v(t)

No puedo recuperar la seal sin ruido Seal Digital:

Fijo un nivel de decisin/comparacin, y disparo un circuito, volviendo a recomponer la seal en su forma original cada vez que se corta la seal. Recordemos tambin que la relacin S/N (seal a ruido) analgica > 50 dB, mientras que para seales digitales debe ser S/N > 12 dB, por lo que puedo transmitir con potencias mas pequeas.

Algunas ventajas de las redes digitales son:

Son ms inmunes/tolerantes al ruido, eso es porque la seal digital contaminada con ruido puede volver a reconstituirse, no as la seal analgica

Las transmisiones digitales son trasmisiones de nmeros, y esos n tienen el mismo formato para video, audio y datos (multimedia). Puedo usar los mismos medios para almacenar, procesar, etc. lo mismo. Ej: un DVD, CD, etc permite combinar audio, video, datos, etc. Esto permiti las redes multiservicio.

Las seales digitales son muy fciles de codificar o cifrar, lo que llamamos encriptacin, lo que permiten transmisiones de mucha seguridad.

Sin embargo, las seales digitales tienen desventajas:

En general, las seales digitales ocupan mayor ancho de banda, por lo que tendr que comprimir. Ej: Un canal telefnico analgico tiene 4KHz de ancho de banda, mientras que uno digital necesita 64Kbps. (2). Una seal de tv analgica, ocupa 6MHz, y digital 270 Mbps. Para la compresin de fotos se usa JPEG o GIF, para video MPEG, para datos PKZIP, etc.

Es necesario transmitir el clock del transmisor al receptor, o en su defecto, extraer el clock de los datos, para no tener que colocar un segundo enlace. Si no quiero agregar un enlace para el clock, debo codificar los datos para poder extraer el clock de esa transmisin.


Formas de Transmisin

1- Banda Base (Sin modular): Es transmitir sin modular, solamente codificando. Las seales se transmiten en su frecuencia original. Esto sirve slo para las distancias cortas, del orden de los metros, ya que la seal se atena rpidamente (disminuye la amplitud). Ej: Placa de red (NIC: Network Interface Card), Cable USB, Impresora (Cable Paralelo), RS232 (COM).

Esquema de una transmisin en banda base:

Si bien la seal se reconstituye en el decodificador, el ruido fue tan grande que produjo errores en la recepcin. Probabilidad de Error Todo sistema de transmisin digital en funcionamiento, tiene una determinada probabilidad de error, cuya unidad es bits. Ej: PE = 10-6 bits ( 1 bit de error en 1 milln de bits recibidos). Esta probabilidad de error es un deseo, es decir, diseado el enlace, los diseadores proponen esa probabilidad de error. Esta probabilidad de error, se debe comparar con la lectura instantnea de los errores, denominada BER, que para que todo funcione bien, BER < PE. Interferencia intersmbolo Es la interferencia que produce el espectro de energa de un pulso al pulso siguiente. Debemos tratar de que el mximo valor del espectro de energa del pulso siguiente coincida con el cero del espectro de energa del pulso anterior.

2- Banda Pasante (Modulando): Si deseamos transmitir a mayores distancias utilizando medios almbricos o inalmbricos, como por ejemplo la red telefnica (que no fue diseada para transmisin de datos), tenemos que modular, para adaptar esa seal al medio de transmisin, y permitir que se propague. Esto nos permite alcanzar distancias mucho mayores que con transmisin en banda base. Modular significa modificar alguno de los parmetros de una seal analgica llamada portadora. Esos parmetros podrn ser amplitud, frecuencia, fase o combinacin de ellos.


Digitalizacin Las seales analgicas pueden convertirse en digitales, y viceversa. Ej: Placa de Sonido. Para convertir una seal analgica en digital, se utiliza un dispositivo llamado conversor Analgico Digital (o conversor A/D).

Este dispositivo est constituido por 3 bloques fundamentales, que son:

Muestreo: Consiste en tomar muestras de la seal analgica a intervalos regulares de tiempo. La frecuencia de muestreo debe ser mayor o igual a 2 veces la frecuencia mxima de la seal analgica a muestrear.

)(Re211

max

Nyquistdelacinffs

Ts

Cuantificacin: Consiste en fijar niveles cunticos, y

comparar las muestras con esos niveles. El error de cuantizacin es inherente al sistema, no puede eliminarse, pero puede reducirse aumentando la cantidad de niveles cunticos. Pero esto tiene un costo: aumentar la cantidad de bits a transmitir, con lo que aumenta el ancho de banda necesario. Ej: Seal Telefnica, tiene B=4KHz 4KHz * 2 * 8bits = 64 Kbps Tasa de TX digital de

1 canal telefnico

Codificacin: Del ejemplo anterior, obtenemos los nmeros: 4, 5, 5, 4, 3. Estos nmeros los enviamos como:

El proceso es reversible, es decir, se puede convertir la seal digital en analgica, siempre

que se cumpla la relacin de Nyquist.

A/D Seal Analgica Seal Digital

Muestreo Cuantificacin Codificacin


MODULACIN (para transmisin en banda pasante)

Modular significa modificar algn parmetro de una seal analgica llamada portadora, por otra seal llamada modulante, que puede ser analgica o digital. El resultado es una seal llamada modulada, que es siempre analgica. El proceso de modulacin permite adaptar una seal al medio de transmisin, alcanzando mayores distancias. Ej: MODEM telefnico de la PC Recordemos la ecuacin de una seal analgica: V(t) = A cos 2 ft + Podemos modificar la amplitud, frecuencia o fase Esquema general de la modulacin

Modulacin Analgica

AM: La seal portadora se modula de forma que su amplitud vare con los cambios de amplitud de la seal modulante. El Ancho de banda en AM es igual al doble del ancho de banda de la seal modulada y cubre un rango centrado alrededor de la frecuencia de la portadora.

FM: Se modula la frecuencia de la seal potadora. El ancho de banda en FM es igual a diez veces el ancho de banda de la seal modulada.

PM: Se modula la fase de la seal portadora

Seal Modulante (Analgica o Digital)

Seal Modulada

(Analgica) X

~ V(t) Portadora (analgica)

Tipos de Modulacin

Analgica Digital

AM FM PM

Binaria

Multismbolo

ASK FSK PSK m-PSK m-QAM


Modulacin Digital

Si por cada bit tengo un baudio, implica Modulacin Digital Binaria. Si tengo ms de un bit por baudio, tengo Modulacin Digital Multinivel. A continuacin, veremos cada una de las modulaciones digitales por separado. ASK (Amplitude Shift Keyding): Fue el primer sistema de modulacin de amplitud. Se ha dejado de usar porque es el menos inmune al ruido.

FSK (Frecuency Shift Keyding): Modifica la frecuencia. Lo usaban los primeros MODEM, los del orden de Kbps. Permiten mucha distancia (16km aprox)

PSK (Phase Shift Keyding): Modifica la fase

Seal Digital [bps]

Seal Analgica [baudios]

X

~ V(t) Portadora (analgica)

Baudio: describe la cantidad de veces que la lnea de transmisin cambia de estado por segundo. Cada cambio de estado comporta la transmisin de una serie de bits

Bps: Medida de velocidad


Diagrama de Constelacin En lugar de representar en el dominio del tiempo vamos a representar en el dominio de la fase

En el grafico: los puntos son extremos del vector que nace en (0,0); I = Inphase; Q=Quadrature El crculo punteado (constelacin) representa la inmunidad al ruido del sistema. Como se observa, esta seal de PSK (tambin llamada 2-PSK o B-PSK), es muy inmune al ruido. Para que haya un error, el ruido debe ser suficiente para que los puntos salgan de la constelacin. Esto nos muestra que las seales digitales son muy inmunes al ruido. Se pueden aumentar la cantidad de bits, lo que disminuye la constelacin, disminuyendo la tolerancia al ruido. Esto dio origen a los sistemas multinivel.

A partir de 8 PSK es ms conveniente modular en QAM, porque los puntos se encuentran ms separados que en 16 PSK, es decir, tengo ms inmunidad al ruido. Ahora en QAM, no solo modifico la fase, sino tambin la amplitud, y obtengo lo que se llama 16 QAM.

Cuntas amplitudes y cuntas fases hay en 16 QAM? 12 Fases y3 Amplitudes Despus sigue 25 = 32 QAM, 64 QAM, 128 QAM y 256 QAM. sta ltima es la velocidad mxima del MODEM cable.


Diagrama de bloques de los moduladores digitales.

+2

Buffer deEntrada

I

Q

Clockde bits

Datos Binariosde Entrada(en serie)

ConversorSerie/Paralelo

+

ISalidaFSK

FSK

x

multiplicadorde frecuencia

x*wc

sen (wc t)

x

x

x

+

I

QDefasador

de 90

Oscilador dela portadorasen (wc t)

+/- sen (wc t)

+/- cos(wc t)

sen (wc t)

SalidaQPSK

canal I

+/- sen (wc t)

cos (wc t)

canal Q

SumadorLineal

QPSK

x

x

+

I

QDefasador

de 90

+/- sen (wc t)

+/- cos(wc t)

sen (wc t)

Salida8PSK

canal I

+/- sen (wc t)

cos (wc t)

canal Q

A/D

A/D

C

C

C

8PSK

Salida8-QAM

x

x

+

I

QDefasador

de 90

+/- sen (wc t)

+/- cos(wc t)

sen (wc t)

canal I

+/- sen (wc t)

cos (wc t)

canal Q

A/D

A/D

C

C

C

Ahora C influye en la amplitud

8-QAM

Salida16-QAM

x

x

+

I

Defasadorde 90

+/- sen (wc t)

+/- cos(wc t)

sen (wc t)

+/- sen (wc t)

cos (wc t)

A/D

A/D

I'

Q'

Q

16-QAM


SISTEMAS DE MULTIPLEXADO

Multiplexar significa transmitir seales que provienen de distintas fuentes por un mismo enlace, de manera de aprovechar su capacidad al mximo. Existen 4 tipos de multiplexado: SDM (Mltiplex por divisin de Espacio): Los canales multiplexados disponen de todo el

tiempo y todo el ancho de banda del enlace. Ej: multipar telefnico, satlites.

FDM (Mltiplex por divisin de Frecuencia): Consiste en dividir

el ancho de banda disponible del enlace en porciones ms pequeas, y transmitir un canal en cada una de stas porciones. Entre canal y canal, se deja una pequea separacin, llamada banda de resguardo. Ej: TV por cable, estacin de radio.

TDM (Mltiplex por divisin de Tiempo): Ahora los canales ocupan todo el ancho de

banda, pero durante un cierto tiempo (breve, o sea un ratito).

WDM (Mltiplex por divisin de Longitud de Onda): Es una tcnica de multiplexado

analgico que combina seales pticas de distinta longitud de onda (). Se utiliza en fibra ptica. En la fibra ptica los datos han sido convertidos en seales pticas (luz). Aprovechando el ancho de banda de la fibra, podemos enviar varios canales, pero utilizando distintas longitudes de onda. Es muy similar al mltiple de frecuencia. Una longitud de onda para cada canal.


UNIDAD 4: Codificacin de

seales y sistemas de conmutacin

Codificacin

Clasificacin de Cdigos

Conmutacin

de Circuitostemporal

Formas de Codificacin

de Mensajes

espacial

de Bloque

de Lnea

errores

transmisin

de Paquetes

TIpos

Tamao de Paquetes

de Circuito Virtual

de Datagramas

Costo de Ruteo (o ME)

Comparacion de Tipos


UNIDAD 4: CODIFICACIN DE SEALES Y SISTEMAS DE CONMUTACIN

Codificar: Significa asignar un valor de tensin al uno binario, y otro distinto al cero. Estos valores deben ser perfectamente detectados por el receptor, para no confundirlos. Ej: La placa de red codifica Recordemos que en las transmisiones digitales es necesario transmitir los datos y la seal de sincronismo (clock), lo cual nos implicaba hacer 2 enlaces. Una alternativa a esto, para hacer solo un enlace, era poder extraer el clock de los mismos datos.

CLASIFICACIN DE LOS CDIGOS SEGN LOS NIVELES DE TENSIN

Cdigos UNIPOLARES

Tienen slo un nivel de tensin (+ o -) y necesitan una lnea adicional para el clock. Clasificacin:

o Unipolar RZ (con retorno a Cero) o Unipolar NRZ (sin retorno a Cero)

Cdigos POLARES

Tienen 2 niveles de tensin, positiva y negativa (excepto RZ, que usa la transicin al 0 para sincronismo).

Clasificacin: o Polar RZ (con retorno a Cero) o Polar NRZ (sin retorno a Cero) o BIFSICO

Manchester Manchester Diferencial

Cdigos BIPOLARES

Tienen 3 niveles de tensin: +1v, 0 y -1v El 0 se representa con 0v Ejemplos (usados en redes WAN)

o AMI o HDB-3.

FORMAS DE CODIFICACIN Cdigos de lnea: Son cdigos para la transmisin. Se llaman de lnea, porque a medida que los datos se van generando, se van codificando. Ej: Manchester (10Mbps), MLT-3 (100Mbps), AMI y HDB-3

Un cdigo tiene que cumplir condiciones para ser de lnea: Permitir extraer el cdigo de los datos. Que el nivel de corriente continua en el enlace, sea constante, en lo posible, 0 Volts. Es

decir, conviene que el cdigo sea polar. Que el espectro de energa sea adecuado

A continuacin analizaremos algunas formas de envo de cdigos:


Cdigos de Nivel

De las formas de envo de cdigos mostradas anteriormente, conviene usar el polar con retorno a cero, porque el nivel de continua permanece aproximadamente igual a 0.

Cdigos de Lnea para redes LAN

1- Cdigo Manchester: Este cdigo es por cambio de nivel y bipolar. Lo utiliza la placa de red cuando transmite a 10Mbps.

Si tengo un 1, en la mitad del tiempo de bit se produce el cambio. Si sube, tengo un uno, y si baja, tengo un 0. El receptor, detecta cambios de nivel, y no niveles absolutos.

Existe una variante, llamada Manchester Diferencial. Difiere en lo siguiente: Si el prximo bit es 1, no invierte Si el prximo bit es 0, invierte


2- Cdigo MLT-3 Es un cdigo de 3 niveles: positivo, 0 y negativo. Cada vez que viene un 1, cambia. Si viene un 0 no cambia. Va de arriba hacia abajo, y de abajo hacia arriba. En la principio del tiempo de bit se produce la transicin.

Cdigos de Lnea para redes WAN

1- AMI (Inversin de Marcas Alternadas) Codifica solamente los 1, y lo hace de forma alternada. El nivel de continua en este cdigo es 0. Tiene como problema, que cuando vienen muchos ceros seguidos perdemos el clock.

2- HDB-3 (Alta Densidad Bipolar 3 Ceros) Deriva del AMI, y no permite ms de 3 ceros consecutivos. Al 4 cero, le coloca un bit llamado bit de violacin, que tiene la misma polaridad que el ltimo bit 1 anterior. Las violaciones se colocan en forma alternada, es decir, una violacin debe tener la polaridad invertida respecto de la violacin anterior, de manera de mantener la corriente continua 0. En algunos casos, habr que colocar un bit de relleno, que se coloca en el primero de los 4 ceros para que el patrn pueda distinguirse. El receptor, para analizar lo ledo, toma la decisin 3 tiempos despus, para poder distinguir entre violacin, relleno, y bit comn.

TABLA DE SUSTITUCIN HDB-3 Numero de pulsos bipolares (unos) desde la ultima sustitucin Polaridad del pulso

bipolar anterior PAR IMPAR

- +00+ 000- + -00- 000+


Cdigos de Bloque: Aqu codificamos de a bloques de bits, es decir, voy a tomar un conjunto de bits y recin ah los voy a enviar. Se dividen en:

o Para transmisin: Ej: 4B/5B, 8B/10B

4B/5B Al cdigo de 4 bits, le agrega un bit y lo transforma en uno de 5 bits, a fin de utilizar 2 niveles en vez de a 3. Hay una tabla predefinida de conversin. Lo utiliza la fibra ptica a 100 Mbps. 8B/10B Hace lo mismo que el 4B/5B, pero para la fibra ptica cuando transmite a 1000 Mbps.

o Para deteccin y correccin de errores: Recordemos que los datos se pueden corromper

durante la transmisin. Ej: Paridad, Hamming, CRC.

Tipos de Errores: - Error de Bit: Un bit cambia. Ej: 00000010 00001010 - Errores de rfaga: 2 o ms bits han sido alterados. Aqu se define en una longitud de

error, desde que el 1 bit fue alterado, hasta el ltimo alterado. Ej: 0100010001000011 0101110101100011 Longitud de rfaga = 8

Se cumplen 2 condiciones en estos cdigos:

Y = X + r A un grupo de bits X les agrego r bits de redundancia o de cdigo Y>X Aumenta el ancho de banda al agregar bits de redundancia

Donde: X= Palabra de datos Y= Palabra cdigo r= bit de cdigo

Paridad Ej: X = 110010011 Armo una matriz, de 3x3, y le aplico paridad par horizontal y verticalmente 1 1 0 0 0 1 0 1 y transmito Y=1100 0101 0110 111 0 1 1 0 se produce un error: Y=1100 0111 0110 111 1 1 1 El receptor arma nuevamente la matriz, y verifica las paridades, arreglando el error donde se detecte: 1 1 0 0 0 1 1 1 Ac detecta el error y lo cambia por 0101 0 1 1 0 1 1 1 Pero que pasa si el error se produce en los bits r, de redundancia? Tambin puede corregirse, ya que no se produce el doble error (en filas y columnas). De Repeticin Enva por cada bit, n bits iguales. 0 000; 1 111 Ej: Si recibo: 001 0; 100 0; 110 1; 011 1


CONMUTACIN El objetivo de todo sistema de conmutacin es conectar a los usuarios de una red, por eso es una parte muy importante dentro de las redes de comunicacin. Esa conmutacin deseamos que sea muy rpida (importa la velocidad de conmutacin), y que ambos usuarios puedan verse sin que un tercero pueda entrar a la comunicacin. Adems, la conmutacin debe asignar a los usuarios los recursos que fueron predeterminados.

1- Conmutacin de Circuitos Establecen un circuito fsico real entre los usuarios. Para establecerse la comunicacin, deben cumplirse 3 fases, que son:

- Establecimiento de la conexin - Transferencia de Datos - Desconexin

Las ventajas de las conmutaciones por circuito: Se utiliza todo el ancho de banda disponible por los usuarios porque la conexin es

dedicada, es decir, de uso exclusivo de esos usuarios Dispongo de todo el tiempo que desee No necesita protocolos (mecanismos de comunicacin) Es muy seguro, ya que el canal no es compartido Trabajan en tiempo real

Las desventajas son: En los tiempos de silencio se desperdicia el enlace Se cobra/factura por tiempo y distancia

Conmutacin de circuitos espacial Esta conmutacin se realiza en el espacio, en una matriz de puntos de cruce.

Tipos de Conmutacin

Circuitos Mensajes Paquetes

Espacial

Temporal

Ej: Red de Telegramas Circuitos Virtuales (Redes Orientadas a Conexin) Datagramas (Redes no Orientadas a Conexin)

Ej: Telefona

Protocolos X25, FR, ATM, MPLS

Protocolos TCP-IP, ATM


Cuando se levanta el microtelfono, lo detecta el Circuito de Abonado (CA), que se encuentra conectado a un microprocesador (MP), que consiste en conjunto de IF/CASE que detecta lo que sucede en cada telfono. Se busca una barra vertical libre, y se une con la correspondiente barra horizontal para poder entablar la comunicacin. En caso de que sea una llamada a larga distancia, se entabla la comunicacin con un traslador, que se conecta con la central pblica.

Conmutacin de circuitos temporal La matriz est en memoria y mediante un algoritmo sobre los registros de cada abonado, se genera el enlace. Es digital. 2- Conmutacin de Mensajes Enva el mensaje completo. Ahora los mensajes son compartidos, para aprovechar los tiempos de silencio. Aparece el concepto de nodos.

En el grfico, se observa que el mensaje m2 se atrasa mucho. Ventajas: Compartimos el enlace Aprovechamos los tiempos de silencio No se cobra por distancia, sino por tiempo (tamao del mensaje)

Desventajas Un mensaje grande que arriba al nodo, atrasa a los otros mensajes pequeos que pueden

arribar despus (Usa algoritmo de cola: en el orden que llega se enva) El buffer limita el tamao del mensaje. Necesito protocolos para identificar los mensajes No se trabaja en tiempo real

3- Conmutacin de Paquetes Una solucin importante a este problema, fue dividir los mensajes en paquetes

El m1, qued trozado en 4 paquetes; el m2 era pequeo, por lo que no se troz; m3 se troz en 2 paquetes. A cada paquete se le agreg un encabezado (sombreado en la figura). Podemos observar que m2 ahora no sufri la demora que sufra anteriormente.


Ventajas Los buffer son ms pequeos Los tiempos de conmutacin son ms rpidos, ya que el mensaje es ms pequeo El tiempo de demora, se reduce muchsimo. Ej: m2 Se trabaja en tiempo casi real

Desventajas Necesito protocolos de comunicacin y enrutamiento Los paquetes pueden llegar desordenados Los paquetes pueden no llegar

Tamao de los Paquetes Como podemos ver, si achicamos los paquetes, disminuye el tiempo de envo. Pedo debemos tener cuidado que los paquetes no sean ms chicos que la cabecera, ya que demoraremos ms tiempo (caso D).


Comparacin de las formas de Conmutacin Ej: Red de Datagramas (con routers) Host 2 se quiere comunicar con el Host 1. Los paquetes llegan desordenados

Ej: Red Circuito Virtual (con switchs)

Los paquetes llegan ordenados Costo de Ruteo y Mtrica del Enlace Como podemos ver en la imagen, el elegir un camino u otro para enviar un paquete, no tiene el mismo costo o mtrica del enlace. De aqu surge el concepto de costo de ruteo para enviar un paquete de un nodo X a uno Y.


UNIDAD 5: Tipos de Enlaces

S. Almbricos

Banda Ancha

X-DSL

S. Inalmbricos

WAN

LAN

Redes Satelitales

Telefonia MvilSatelites y Orbitas

Bandas de Frecuencia

Fibra Optica

Cable Coaxil

Par Trenzado

Atenuacin

Tipos

Aplicaciones

Bluetooth

EthernetESS

BSS

HFC

Microondas

Antenas Parablicas

Ecuacin de Enlace

Protocolo de Acceso Satelitetal

Tipos


UNIDAD N 5: TIPOS DE ENLACES Par Trenzado

Consiste en 2 conductores trenzados para lograr un cierto apantallamiento o aislacin al ruido. Es utilizado tanto en redes LAN como en telefona, por lo cual estos cables se dividen en categoras:

CAT 3 CAT 5 CAT 6 1 trenza cada 8-10 cm 1 trenza cada 0.8 cm Se utiliza en telefona Se utiliza para LAN El tipo de cable es el de telefona

Los tipos de cables son el UTP y el STP (UTP + cubierta de aluminio)

Permite hasta 10Mbps Permite de 10 a 100 Mbps Permite hasta 1000 Mbps Distancia mxima = 100m Distancia mxima = 100m

Conector RJ45 Cable UTP Cable STP Coaxil

Segn la impedancia del cable, se usa para:

50 : LAN y comunicaciones de Radiofrecuencia. Ej: Alimentador de antenas WiFi de RF

75 : CATV y Video

Fibra ptica

Es un conductor de luz. Utiliza el principio de refraccin total: la luz se refleja, no se refracta. Tipos de Conectores


Tipos de F.O.

Menor ancho de banda BW = 20 a 200 MHz/Km

Ancho de banda medio BW = 500 a 1500 MHz /Km Dimetros de core/cadd. (en mm): 50 / 125 62.5 / 125 100 / 140

Mayor ancho de banda BW > 10 GHz/Km Dimetros de core/cadd. (en mm): 8 a 10 / 125

F.O. Multimodo o Se usa para LAN, distancias cortas o Velocidades del orden de [Mbps] o Como los rayos rebotan, se produce Dispersin Modal, lo que provoca problemas de

BW y velocidad Segn el ngulo en el que ingresan al ncleo los rayos, algunos se retrasan

mucho, otros poco, y otros no se retrasan Provoca deformacin de la seal (errores)

F.O. Monomodo o Se usa para WAN, distancias largas o Velocidades del orden de [Gbps] y [Tbps] o Los rayos son axiales, por lo que no rebotan, y no hay dispersin modal

Atenuacin de la F.O. respecto de la longitud de onda (en nm)


Long. Onda [mm] 850 1300 1550 Tipo Fibra ptica Multimodo Monomodo

Aplicaciones LAN FDDI WAN Emisor (Electricidad a luz) Led Led Laser

Receptor (Luz a electricidad) PIN APD APD Empalmes Mecnico Mecnico Fusin Distancia < 1 Km < 3 Km > 50 Km Velocidad Mbps Mbps Gbps, Tbps Protocolo Ethernet FR SONET, ATM

$ > (Muy Caro) Cabe mencionar un amplificador usado en F.O: el Amplificador de fibra dopada con Erbio (EDFA). El mismo amplifica la luz con ms luz, y se utiliza para cable submarinos de largas distancias. Aplicaciones de la Fibra ptica

Backbone de Fibra ptica (Edificios)

Ethernet

HFC (Hbrido Fibra Coaxil) Ver ms adelante


SISTEMAS INALMBRICOS Ventajas

- Movilidad - Gran Cobertura - Gran inversin inicial - Poco Mantenimiento

Desventajas

- Seguridad - Interferencia, poca inmunidad al Ruido (Ej:

Desvanecimiento, etc.) - Gran retardo (en comunicaciones satelitales)

Divisin de las redes inalmbricas

1. LAN o Ethernet (IEEE 802.11) o Bluetooth (IEEE 802.15): Tecnologa para conectar Mouse, teclados, electrodomsticos,

etc, en una red Ad-hoc 2. WAN

o Telefona celular o Redes Satelitales

Telefona mvil satelital Sistema VSAT Sistemas TDH (TV directa al hogar)

o Microondas Punto a punto Punto a multipunto

LAN INALMBRICAS

Ethernet Inalmbrica Protocolo 802.11

Este protocolo abarca los niveles fsico y enlace de datos. Dentro de la arquitectura, el estndar define 2 tipos de servicios:

1. BSS (Conjunto de Servicios Bsicos)

Sin Access Point (AP) Ad-Hoc

Con AP o Infraestructura


2. ESS (Conjunto de Servicios Ampliados)

Ethernet (cableado) utiliza el protocolo CSMA/CD (Acceso Mltiple por Deteccin de Portadora con Deteccin de Colisiones). Inalmbricamente, se usa el protocolo CSMA/CA (Acceso Mltiple con Deteccin de Portadora y evitacin de colisin) Espectro de Radiofrecuencia El espectro se divide en bandas:

- Industrial: 902 a 918 MHz - Cientfica 2,4 a 2,4835 GHz - Mdica: 5.725 a 5.850 GHz

WiFi transmite en 2.4 y 5.725 GHz Niveles Fsicos

IEEE Tcnica Banda Modulacin Tasa [Mbps] 802.11 a OFDM 5.725 GHz PSK o QAM 6 a 54 802.11 b DSSS 2.4 GHz PSK 5,5 y 11 802.11 g OFDM 2.4 GHz PSK o QAM 11 a 54 802.11 n OFDM 2,4 GHz - 5 GHz m-PSK o QAM >500Mbps

WAN INALMBRICAS A) Telefona mvil

Proporciona comunicacin entre 2 unidades mviles (MS) o entre una mvil y una fija Las Estaciones Base (BS) determinan reas de cobertura o de servicio a las MS Cada Estacin Base es controlada por un Centro de Conmutacin Mvil (MSC) Las reas de servicio se llaman celdas


B) Redes satelitales El satlite es un retransmisor de seales. Usa distintas frecuencias para subir y bajar datos, a fin de evitar interferencias. La vida til de un satlite es de aproximadamente 7 aos, ya que permanentemente hay que retocarlos porque se salen de rbita, lo que consume combustible. Una vez consumido el combustible, caen y se incendian en la atmsfera. El satlite debe estar en rbita. Hay 4 tipos de rbitas:

1. LEO: de 100 a 1000 Km. 2. MEO: de 1000 a 20000 Km 3. HEO: 20000 hasta GEO 4. GEO (Geoestacionaria): 35786. Un satlite en esta

rbita siempre est en la misma posicin (T=24hs), en el plano ecuatorial, por lo que las parbolas slo las tenemos que enfocar una sola vez, es decir, no tenemos que seguir al satlite.

Las antenas usadas, son en general parablicas, para tener una gran ganancia

Bandas de Frecuencia

1. C: 3 - 6 GHz Ac suben los canales importantes. Ms confiables 2. Ku: 11-14 GHz 3. Ka: 30 GHz

Ecuacin de Enlace

AT[dB] = Ganancia de la transmisin + Ganancia de la recepcin + Ganancia del satlite Atenuacin subida Atenuacin bajada

AT = GTX + GRX + GSAT AUP ADOWN

Ganancia = f ( , frecuencia )2 (si la frecuencia sube, puedo reducir el dimetro de la antena )


Tipos de Antenas Parablicas:

o Foco Primario o Focal: Tiene el reflector parablico centrado respecto del foco. de 3 a 6m, f = C .

o Offset: Tiene el reflector parablico desplazado respecto del foco. Son ms eficientes que las parablicas de foco primario. (Ej: Direct-TV). de 0.6 a 1.8m, f =Ku

o Cassegrain: Tiene un segundo reflector (hiperblico) cerca de su foco, el cual refleja la onda radiada desde el dispositivo radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas receptoras. >10m, f =C

Protocolos de acceso satelital FDMA, TDMA, CDMA


B.1 Telefona mvil satelital Los satlites estn en red entre ellos Los satlites se mueven

B.2 VSAT (Very Small Aperture Terminal) Red privada de comunicacin de datos

El equipo se obtiene por comodato Velocidades hasta 512Kbps Permite transferencia de voz y video Antenas de 1.3 a 2.4m Es de bajo costo y fcil de operar

C) Microondas

1. Punto a punto: d < 50km, con d = 3,57 sqrt(K*h)

d= distancia; K=constante de propagacin (1,33); h=altura antenas (h1+h2)

2. Multipunto (LMDS) - Usa la banda Ka - Usa QPSK - Permite el acceso a Internet de alta velocidad - Tiene un alcance de 2-7 Km


ENLACES DE BANDA ANCHA

X-DSL (X- Digital Subscriber Line) xDSL es un grupo de tecnologas de comunicacin que permiten transportar informacin multimedia a mayores velocidades que las que se obtienen va modem, simplemente utilizando las lneas telefnicas convencionales. Como el canal telefnico no tiene gran ancho de banda, nace la tecnologa DSL, que:

Soporta un gran ancho de banda entre la conexin del cliente y el primer nodo de la red Costos de inversin relativamente bajos Trabaja sobre la red telefnica ya existente Convierte la lnea analgica convencional en una lnea digital de alta velocidad. No usa amplificadores ni repetidores de seal a lo largo de la ruta del cableado Permite un flujo de informacin tanto simtrico como asimtrico Requiere de splitter para usar a la vez el servicio telefnico y el servicio xDSL. Est

formado por dos filtros, uno paso bajo y otro paso alto cuya finalidad es la de separar las seales transmitidas por el canal en seales de alta frecuencia (datos) y seales de baja frecuencia (Telefnicas).

xDSL requiere de un mdem xDSL terminal en cada extremo del circuito de cobre, que acepte flujo de datos en formato digital y le superponga a una seal analgica de alta velocidad. La ventaja de las tcnicas xDSL consiste en soportar varios canales sobre un nico par de cables. Basndonos en esto, los operadores telefnicos proporcionan habitualmente tres canales: dos para datos (bajada y subida downstrean y upstream) y uno para voz.

Tipo de DSL Simtrico/ Asimtrico Distancia de la

lnea (m) DownStream

(Mbps) UpStream

(Mbps) IDSL Simtrico 5400 0.128 0.128 SDSL Simtrico 3000 1.544 1.544

HDSL (2 pares) Simtrico 3600 1.544 1.544 Simtrico (1 par) 1800 2.312 2.312 SHDSL Simtrico (2 pares) 1800 4.624 4.624

ADSL G.lite Asimtrico 5400 1.5 0.512 ADSL Asimtrico 3600 8 0.928

Asimtrico 300 52 6 Simtrico 300 26 26 Asimtrico 1000 26 3 VDSL

Simtrico 1000 13 13


HFC (Hbrido Fibra Coaxial)

Es una red que incorpora tanto fibra ptica como cable coaxial para crear una red de banda ancha. Esta tecnologa permite el acceso a internet de banda ancha utilizando las redes CATV existentes. Se puede dividir la topologa en dos partes. La primera consiste en conectar al abonado por medio de cable coaxial a un nodo zonal y posteriormente interconectar los nodos zonales con fibra ptica. Esta tecnologa comienza a implementarse a travs de operadores de CATV, que adems de brindar el servicio de televisin por cable anexaron transportar por el mismo medio la seal de internet de banda ancha. A travs del uso de cada una de estas tecnologas, la red es capaz de aprovecharse de los beneficios y minimizar la interferencia a cualquier cliente o equipo. Las limitaciones de este sistema son que a veces la seal necesita ser amplificada y adems es susceptible a interferencias externas.


UNIDAD 6: Redes LAN y MODEMS

Redes LAN

MODEMs

Estndares

Hardwarede Redes Almbricas

de Redes Inalmbricas

Esquema

MODEM Cable

MODEM ADSL

Prot CSMA/CD

Tipos

Baja Velocidad

Media Velocidad

Alta Velocidad


UNIDAD 6: REDES LAN Y MODEMS

Redes LAN Una red LAN es aquella donde el dueo de la misma es usuario a la vez, sin arrendarla (como en redes WAN). Las mismas poseen:

Topologa Fsica: Es la distribucin fsica de las mquinas. Ej: Estrella, Bus, Anillo Topologa Lgica: Es cmo acceden esas mquinas a los datos entre ellas. Ej: Ethernet con

protocolo CSMA/CD Protocolo CSMA/CD: Cuando una mquina desea acceder a la red, escucha a la misma. Si la red est libre, transmite, sino no puede hacerlo. Esto lo realiza viendo la portadora. Si dos mquinas intentan acceder al mismo tiempo, colisionan. Para solucionarlo, disparan un reloj, esperan un tiempo aleatorio que brinda ese reloj, y vuelven a intentar acceder. Esquema Bsico de una red LAN

Estndares de Especificacin de Conexin

10/100/1000 BASE T: donde: - El primer n es la velocidad de Tx. Ej: 10, 100, 1000 - BASE: Indica que transmite en banda Base - T: Indica que es par trenzado (UTP o STP)

A su vez, cada forma de transmitir puede ser half o full duplex Hardware para la Transmisin (Equipos) en Redes Almbricas

NIC (Placa de Red): Realiza la funcin de intermediario entre el ordenador y la red de comunicacin.

HUB: Es un dispositivo que escucha por todos los puertos y enva la informacin por todos

los puertos. Cuando una maquina transmite a travs de un hub, la transmisin inunda la red y hay un solo dominio de colisin.


SWITCH: Divide el dominio de conexin en micro dominios (Divididos de a 2 bocas). El switch trabaja armando tablas de direcciones MAC (1 direccin MAC por cada terminal)

Terminal MAC 1 ACB1234 2 24

ROUTER: El switch sirve para conectar computadoras dentro de una red LAN, en cambio

el Router conecta LANs entre s. Realiza tablas con las direcciones IP de cada terminal.

Terminal IP 1 192.168.0.100 2 24

Hardware para la Transmisin (Equipos) en Redes Inalmbricas

Placa de Red inalmbrica: Se conecta al host. Posee una antena Access Point (AP): interconecta dispositivos de comunicacin

inalmbrica para formar una red inalmbrica. Normalmente un AP tambin puede conectarse a una red cableada, y transmitir datos entre los dispositivos conectados a la red cableada y a los dispositivos inalmbricos. Muchos AP pueden conectarse entre s para formar una red an mayor, permitiendo realizar "roaming"


Bridge: es un dispositivo de interconexin de redes de ordenadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. Este interconecta dos segmentos de red (o divide una red en segmentos) haciendo el pasaje de datos de una red hacia otra, con base en la direccin fsica de destino de cada paquete.

Router: es un dispositivo de hardware para interconexin de red de

ordenadores que opera en la capa tres (nivel de red). Este dispositivo permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o determinar la ruta que debe tomar el paquete de datos.

MODEMS

El MODEM es un dispositivo que permite conectar un equipo terminal de datos (digital) a una red analgica. Se dividen bsicamente en:

o Baja Velocidad: modulan en FSK (viejos modems de 1200 baudios) o Media Velocidad: modulan en QPSK o Alta Velocidad: modulan en QAM

Los Modems de Media y Baja Velocidad son asncronos, es decir, no necesitan transmitir el clock. Los modems de Alta Velocidad, necesitan ser sincronos, porque s o s deben llevar el reloj en el cdigo (en la misma transmisin de datos).

Dividiendo el ancho de banda del canal telefnico en dos, se puede tener transmisin full-duplex.


MODEM Cable Es un tipo especial de mdem diseado para modular la seal de datos sobre una infraestructura de televisin por cable. Los cablemodems se utilizan principalmente para distribuir el acceso a Internet de banda ancha, aprovechando el ancho de banda que no se utiliza en la red de TV por cable. Los abonados de un mismo vecindario comparten el ancho de banda proporcionado por una nica lnea de cable coaxial. Por lo tanto, la velocidad de conexin puede variar dependiendo de cuanta gente este usando el servicio al mismo tiempo. Tiene un ancho de banda bastante aceptable, pudiendo llegar a los 35 Mbits/s. Consiste en una conexin asimtrica (ms velocidad de bajada que de subida de datos y los tipos de modulacin usados en cada una son:

Upstream (flujo de subida): utiliza QPSK. Downstream (flujo de bajada): utiliza QAM

Por esto las velocidades son distintas.

El demodulador se ajusta automticamente

MODEM ADSL El MODEM ADSL es un MODEM asimtrico.

El Divisor (splitter) contiene filtros pasa bajos y pasa altos, para dividir la seal.


UNIDAD 7: Redes Digitales y Protocolos de Seguridad

Modelo OSI vs TCP-IP

Protocolos en WANFrame Realy

X25

Protocolos de Seguridad

Esquema de Capas

en Redes Almbricas

Topologias de RedesFsicas

Redes

LAN

Lgicas

WAN

Comite 802

ATM

MPLS

Otros tipos de Redes

ISDNB-ISDN

FDDI

Redes Opticas

Redes Inteligentes

Seguridad en Redes

Cifrado de Datos

en Redes Inalmbricas

Tipos

Formas

Finalidad


UNIDAD 7: REDES DIGITALES Y PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES

MODELO OSI VS TCP-IP

Pila OSI Pila TCP-IP Aplicacin

Servicios de red a aplicaciones

Presentacin Presentacin de los Datos

Sesin Comunicacin entre los dispositivos de la red

Aplicacin

Transporte Conexin P2P y fiabilidad de

los datos

Transporte

Red Direccionamiento Lgico y determinacin de la ruta

Red

Enlace Direccionamiento Fsico

(MAC y LLC)

Enlace

Fsica Seal y Transmisin Binaria

Fsica

TCP-IP es un protocolo no orientado a la conexin (salvo en la capa TCP/UDP, referido a la retransmisin de paquetes).

TOPOLOGAS DE REDES

En una red LAN, podemos apreciar 2 tipos de topologa:

Topologa Fsica: Es la forma de conectar los cables a estaciones de trabajo individuales.

Bus: Esta topologa permite que todas las estaciones reciban la informacin que se transmite. Una estacin transmite y todas las restantes escuchan. Consiste en un cable con un terminador en cada extremo del que se cuelgan todos los elementos de una red. Todos los nodos de la red estn unidos a este cable, el cual recibe el nombre de Backbone Cable.

Anillo: Las estaciones estn unidas unas con otras formando un crculo por medio de un cable comn. El ltimo nodo de la cadena se conecta al primero cerrando el anillo. Las seales circulan en un solo sentido alrededor del crculo, regenerndose en cada nodo. Con esta metodologa, cada nodo examina la informacin que es enviada a travs del anillo. Si la informacin no est dirigida al nodo que la examina, la pasa al siguiente en el anillo. La desventaja del anillo es que si se rompe una conexin, se cae la red completa

Estrella: Los datos en estas redes fluyen del emisor hasta el concentrador, este realiza todas las funciones de la red, adems acta como amplificador de los datos. La red se une en un nico punto, normalmente con un panel de control centralizado, como un concentrador de cableado. Los bloques de informacin son dirigidos a travs del panel de control central hacia sus destinos. Este esquema tiene una ventaja al tener un panel de control que monitorea el trfico y evita las colisiones y una conexin interrumpida no afecta al resto de la red.


Hbridas: El bus lineal, la estrella y el anillo se combinan algunas veces para formar combinaciones de redes hbridas.

o UAnillo en Estrella: Esta topologa se utiliza con el fin de facilitar la administracin de la red. Fsicamente, la red es una estrella centralizada en un concentrador, mientras que a nivel lgico, la red es un anillo.

o UBus en Estrella: El fin es igual a la topologa anterior. En este caso la red es un "bus" que se cablea fsicamente como una estrella por medio de concentradores.

o UEstrella Jerrquica: Esta estructura de cableado se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada par formar una red jerrquica.

rbol o Jerrquica: Esta estructura se utiliza en aplicaciones de televisin por cable, sobre la cual podran basarse las futuras estructuras de redes que alcancen los hogares. Tambin se ha utilizado en aplicaciones de redes locales analgicas de banda ancha.

Trama o Malla: Esta estructura de red es tpica de las WAN, pero tambin se puede utilizar en algunas aplicaciones de redes LAN. Las estaciones de trabajo estn conectadas cada una con todas las dems.

Topologa Lgica: La topologa lgica describe la manera en que los datos son convertidos a

un formato de trama especfico, y la manera en que los pulsos elctricos son transmitidos a travs del medio de comunicacin.

o CSMA/CD: Cuando una maquina desea acceder a la red, escucha a la misma. Si la red esta libre, transmite sino, no puede hacerlo. Esto lo realiza viendo la portadora. Si dos maquinas intentan acceder al mismo tiempo, colisionan. Para solucionarlo, disparan un reloj, esperan un tiempo aleatorio que brinda ese reloj, y vuelven a intentar acceder.

o Token Ring: Se usa en topologas fsicas de anillo. Un token (testigo) es pasado de computadora en computadora, y cuando una de ellas desea transmitir datos, debe esperar la llegada del token vaco, el cual tomar, introducir los datos a transmitir, y enviar el token con los datos al destino. Una vez que la computadora destino recibe el token con los datos, lo enva de regreso a la computadora que lo envo con los datos, con el mensaje de que los datos fueron recibidos correctamente. Cuando la que envi los datos recibe la respuesta, libera el token y se pasa de computadora en computadora hasta que otra maquina desee transmitir, y se repite el proceso.

o Token Bus: Se utiliza de la misma manera que el Token Ring, pero a diferencia de este, el Token Bus esta diseado para redes con topologa fsica de bus en vez de anillo.

UREDES LAN y WAN

Red de rea local (LAN): Una red de rea local es la interconexin de varios ordenadores y perifricos. Su extensin esta limitada fsicamente a un entorno de 200 metros (con repetidores podramos llegar a 1Km). Su aplicacin ms extendida es la interconexin de ordenadores personales y estaciones de trabajo en oficinas, fbricas, etc., para compartir recursos e intercambiar datos y aplicaciones. El termino LAN incluye tanto el hardware como el software necesario para la interconexin de los distintos dispositivos y el tratamiento de la informacin. Sus topologas ms comunes son bus, anillo y estrella. Red de rea Amplia (WAN): Proporciona un medio de transmisin a larga distancia de datos sobre grandes reas geogrficas que pueden extenderse a un pas, continente o incluso al mundo entero. Para ello cuenta con una infraestructura basada en poderosos nodos de conmutacin que llevan a cabo la interconexin de dichos elementos, por los que adems fluye un volumen apreciable de informacin de manera continua. Se dice que tiene carcter pblico.


Comit 802

Es un proyecto del Instituto de Ingenieros en Elctrica y Electrnica (IEEE) que defini los estndares de LANs. Muchos de los estndares son tambin Estndares ISO. stos son:

1. Definicin Internacional de Redes: Define la relacin entre los estndares 802 del IEEE y el OSI de la ISO

2. Control de Enlaces Lgicos: Asegura que los datos sean transmitidos de forma confiable por medio del enlace de comunicacin.

3. Redes CSMA/CD: Define cmo opera CSMA/CD sobre varios medios de enlace

4. Redes Token Bus: Define esquemas de red de ancho de banda grandes

5. Redes Token Ring: Define los protocolos de acceso, cableado e interface para la LAN token ring. IBM hizo popular este estndar.

6. Redes de rea Metropolitana (MAN): Define un protocolo de alta velocidad donde las estaciones enlazadas comparten un bus dual de fibra ptica usando un mtodo de acceso llamado Bus Dual de Cola Distribuida (DQDB). El bus dual provee tolerancia de fallos para mantener las conexiones si el bus se rompe.

7. Grupo Asesor Tcnico de Anchos de Banda: Este comit provee consejos tcnicos a otros subcomits en tcnicas sobre anchos de banda de redes.

8. Grupo Asesor Tcnico de Fibra ptica: Idem anterior, pero para F.O.

9. Grupo Asesor Tcnico de Seguridad en Redes.

10. Redes Integradas de Datos y Voz. El servicio provee un flujo multiplexado que puede llevar canales de informacin de datos y voz conectando dos estaciones sobre un cable de cobre en par trenzado.

11. Redes Inalmbricas. Define estndares para redes inalmbricas.

12. Redes Ethernet 100 Mb/s

UPROTOCOLOS EN REDES WAN

X25: es un estndar de conmutacin de paquetes. Establece mecanismos de direccionamiento entre usuarios, negociacin de caractersticas de comunicacin y tcnicas de recuperacin de errores. Permite tasas de transferencia hasta 64 Kb/s. Opera a nivel fsico y de enlace del modelo OSI. Se utiliza en redes de cajeros automticos.

Frame Relay: Consiste en una forma simplificada de tecnologa de conmutacin de paquetes que transmite una variedad de tamaos de tramas (frames) para datos. Es perfecto para la transmisin de grandes cantidades de datos. La tcnica Frame Relay se utiliza para dar servicio de transmisin de voz y datos a alta velocidad, permitiendo la interconexin de LANs separadas geogrficamente a un costo menor. Es orientado a la conexin (El usuario primero establece una conexin, hace uso de ella y despus la libera)

ATM (Modo de Transferencia Asincrnica): Es una tecnologa de telecomunicacin desarrollada para hacer frente a la gran demanda de capacidad de transmisin para servicios y aplicaciones. A fin de aprovechar al mximo la capacidad de los sistemas de transmisin, sean estos de cable o radioelctricos, la informacin no es transmitida y conmutada a travs de canales asignados en permanencia, sino en forma de cortos paquetes (celdas ATM) de longitud constante y que pueden ser enrutados individualmente mediante el uso de los denominados canales virtuales y trayectos virtuales.

MPLS (Multiprotocol Label Switching): Trata de unificar los protocolos orientados y no orientados a la conexin. Opera entre la capa de enlace y red del modelo OSI


UOTROS TIPOS DE REDES UISDN (Red digital de Servicios Integrados)

Es un protocolo de red que contempla tanto las comunicaciones de voz, como las de datos, transmitiendo ambas en formato digital y a distintas velocidades, segn el tipo de lnea RDSI. Es ms rpido y seguro que la lnea analgica convencional de telfono. Usando ISDN se pueden lograr conexiones a ms de 64 kbps lo cual significa un aumento de ms del 50% sobre la velocidad de las conexiones tpicas que se tienen con los modems UB-ISDN (Red digital de Servicios Integrados de Banda Ancha)

Es bsicamente igual a la ISDN, con la diferencia de que la velocidad mnima a la que trabaja es de 2Mbps, pudiendo llegar a los 100Mbps. Estas velocidades permiten aumentar en gran medida el nmero de servicios que la red ofrecer. Para lograr esas caractersticas, B-ISDN hace uso de la tecnologa de redes ATM. UFDDI (Interfaz de Datos Distribuida por Fibra)

Estn implementadas mediante una topologa fsica de estrella y lgica de anillo doble de token, uno transmitiendo en el sentido de las agujas del reloj (anillo principal) y el otro en direccin contraria (anillo de respaldo o back up), que ofrece una velocidad de 100 Mbps sobre distancias de hasta 200 metros, soportando hasta 1000 estaciones conectadas. Su uso ms normal es como una tecnologa de backbone para conectar entre s redes LAN o computadores de alta velocidad.

Redes pticas SONET / SDH (Red ptica Sncrona / Jerarqua Digital Sncrona)

SONET y SDH son un conjunto de estndares para la transmisin o transporte de datos sncronos a travs de redes de fibra ptica. Aunque ambas tecnologas sirven para lo mismo, tienen pequeas diferencias tcnicas. SONET, por su parte, es utilizada en Estados Unidos, Canad, Corea, Taiwan y Hong Kong; mientras que SDH es utilizada en el resto del mundo. Algunas ventajas son: Flexibilidad de configuracin y disponibilidad de ancho de banda Reduccin de los equipos necesarios para la multiplexacin y la extraccin-insercin de

trfico en puntos intermedios de las grandes rutas. Aumento de la fiabilidad de la red Arquitectura flexible con una gran variedad de velocidades de transmisin. Rpido aislamiento de fallos. Permite VPN Estructura en doble anillo para mayor inmunidad a los fallos.

Redes Inteligentes: Son una evolucin de las redes comunes, que introducen una nueva arquitectura de red, en la que a los nodos de conmutacin (de circuitos o paquetes) ya existentes, se incorporan otros nuevos, interconectados entre s mediante potentes medios de sealizacin, y especializados en la realizacin de determinadas funciones, diferentes a las propias y ya clsicas de telefona. Algunos de los servicios que se ofrecen son de encaminamiento, tarificacin especial, VPN y servicios orientados al operador. Entre las redes inteligentes ms populares, podemos mencionar SS7, operador 800 y AIN.


USEGURIDAD EN REDES

Hoy en da todos dependemos de la informacin que radica y generamos en nuestras computadoras; estos objetos ya no se encuentran aislados como en los 80s y principios de los 90s; si no por el contrario, hoy dependemos de una conexin fsica para podernos comunicar. El avance que se ha tenido con las redes nos ha permitido solucionar problemas y hacer provecho de sistemas que nos ayudan a manipular la informacin. Empresas, organizaciones y cualquier persona que utiliza una computadora enva y recibe correos electrnicos, comparte informacin de manera local o a nivel mundial, realiza transacciones, ofrece servicios y encuentra soluciones a sus requerimientos. Es as que la informacin se vuelve algo muy preciado tanto para los usuarios como para los Hackers. Es por eso que tenemos que tener una serie de precauciones para evitar que alguien no deseado busque en nuestra informacin y seamos presa fcil de extorsiones, fraudes y prdidas irreparables. Los Tipos de ataques ms comunes son:

Intromisin Espionaje en lnea Intercepcin Modificacin Negacin de servicio Suplantacin

U

Cifrado de Datos

Es el arte de cifrar y descifrar informacin mediante tcnicas especiales, y se emplea frecuentemente para permitir un intercambio de mensajes que slo puedan ser ledos por personas a las que van dirigidos y que poseen los medios para descifrarlos. Existen dos tipos de cifrado:

Cifrado Simtrico: Los sistemas de cifrado simtrico son aquellos que utilizan la misma clave para cifrar y descifrar un documento. El principal problema de seguridad reside en el intercambio de claves entre el emisor y el receptor ya que ambos deben usar la misma clave. Por lo tanto se tiene que buscar tambin un canal de comunicacin que sea seguro para el intercambio de la clave. Es importante que dicha clave sea muy difcil de adivinar

Cifrado Asimtrico: Este sistema de cifrado usa dos claves diferentes. Una es la clave

pblica y se puede enviar a cualquier persona. La otra se llama clave privada, y debe guardarse para que nadie tenga acceso a ella. Para enviar un mensaje, el remitente usa la clave pblica del destinatario para cifrar el mensaje. Una vez que lo ha cifrado, solamente con la clave privada del destinatario se puede descifrar.

La finalidad de la criptografa es:

Garantizar el secreto en la comunicacin entre dos entidades (personas, organizaciones, etc.) Asegurar que la informacin que se enva es autntica en un doble sentido: que el remitente

sea realmente quien dice ser y que el contenido del mensaje enviado (criptograma), no haya sido modificado en su trnsito.

Hay 2 grandes formas de realizar cifrado:

Por permutacin: Permuta entre los caracteres Por sustitucin: sustituye X caracteres por otros X caracteres


Protocolos de Seguridad

Un protocolo de seguridad define las reglas que gobiernan estas comunicaciones, diseadas para que el sistema pueda soportar ataques de carcter malicioso. Algunos protocolos son:

En Redes Almbricas:

o UGeneric Routing Encapsulation (GRE 47):U Se emplea en combinacin con otros protocolos de tnel para crear redes virtuales privadas

o UPoint-to-Point Tunneling Protocol (PPTPU): Crea, mantiene y termina el tnel, y encapsula los paquetes (frames) como datos para el tnel. Las cargas de los paquetes encapsulados pueden estar encriptadas, comprimidas o ambas cosas.

o UIP Sec: U Es un grupo de extensiones de la familia del protocolo IP pensado para proveer servicios de seguridad a nivel de red, de un modo transparente a las aplicaciones superiores.

o UProtocolo de tunelado nivel 2 (L2TP): U Es una extensin del protocolo Punto a Punto, fundamental para la creacin de VPNs.

o USecure shell (SSH): U Es el nombre de un protocolo y del programa que lo implementa y permite copiar datos de forma segura, gestionar claves RSA para no escribir claves al conectar a las maquinas y pasar los datos de cualquier otra aplicacin por un canal seguro tunelizado mediante SSH.

En Redes Inalmbricas:

o UWEP (Wired Equivalent Privacy, privacidad equivalente al cable) U: WEP utiliza una misma clave simtrica y esttica en las estaciones y el punto de acceso. El estndar no contempla ningn mecanismo de distribucin automtica de claves, lo que obliga a escribir la clave manualmente en cada uno de los elementos de red. Adems, al ser una nica clave, es muy vulnerable.

o UWPA (WiFi Protected Access) U: soluciona todas las debilidades conocidas de WEP y se considera suficientemente seguro

o UWPA2: U Soluciona problemas menores de WPA e incorpora un nuevo algoritmo de cifrado.

Comunicaciones Resumen de Teoria Completo v3 3 ( BOTTA )

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