Tema 1. CONCEPTOS BSICOS

Fundamentos de la transmisin de datos. El propsito de una red es transmitir informacin desde un equipo otro. Para lograr esto, primero se debe decidir cmo se van a codificar los datos que sern enviados. En otras palabras, la representacin informtica. Esta variar segn el tipo de datos, los cuales pueden ser: Datos de audio.

Datos de texto Datos grficos Datos de videoLa representacin de datos puede dividirse en dos categoras:

Representacin digital: que consiste en codificar la informacin como un conjunto de valores binarios, en otras palabras, en una secuencia de 0 y 1.

Representacin analgica: que consiste en representar los datos por medio de la variacin de una cantidad fsica constante.

Figura 1.- Sistemas de Transmisin de Datos.

Los medios de transmisin son los caminos fsicos por medio de los cuales viaja la informacin y en los que usualmente lo hace por medio de ondas electromagnticas.

Los medios de transmisin vienen divididos en guiados (por cable) y no guiados (sin cable).

Normalmente los medios de transmisin vienen afectados por los factores de fabricacin, y encontramos entonces unas caractersticas bsicas que los diferencian:

Ancho de banda: mayor ancho de banda proporciona mayor velocidad de transmisin.

Problemas de transmisin: se les conoce como atenuacin y se define como alta en el cable coaxial y el par trenzado y baja en la fibra ptica.

Interferencias: tanto en los guiados como en los no guiados y ocasionan la distorsin o destruccin de los datos.

Espectro electromagntico: que se encuentra definido como el rango en el cual se mueven las seales que llevan los datos en ciertos tipos de medios no guiadosAlgunos trminos que debemos manejar son los mencionados y que describiremos uno a uno.

ANCHO DE BANDA.El ancho de banda es el rango de frecuencias que se transmiten por un medio. Se define como BW, y aqu encontramos como ejemplo que en BW telefnico se encuentra entre 300 Hz y 3.400 Hz o el BW de audio perceptible al odo humano se encuentra entre 20 Hz y 20.000 Hz. Por lo general al usar este trmino nos referimos a la velocidad en que puedo transmitir. Dentro del ancho de banda encontramos las siguientes categoras:

3: con velocidad de 16 Mhz.

4: con velocidad de 20 Mhz.

5: con velocidad de 100 Mhz.

5e: con velocidad de 100 Mhz.Algunas definiciones de acuerdo al rea son las siguientes:

En sistemas digitales, el ancho de banda digital es la cantidad de datos que pueden ser transportados por algn medio en un determinado perodo de tiempo (generalmente segundos). Por lo tanto a mayor ancho de banda, mayor transferencia de datos por unidad de tiempo (mayor velocidad). En redes, como internet, el ancho de banda es expresado en bits por segundo (bps) o tambin en bytes por segundos. En alojamiento web, el trmino "ancho de banda" es usado para determinar el lmite en la cantidad de datos que pueden ser transferidos desde o hacia un sitio web o servidor. Esa cantidad de datos es medida en bytes con respecto a un perodo de tiempo, generalmente un mes. Aquellos servicios de hosting donde no hay lmites en el ancho de banda se dicen que son "ilimitados". Antes que ancho de banda, es mejor emplear en este caso "transferencia de datos mensual".En conexiones a Internet el ancho de banda es la cantidad de informacin o de datos que se puede enviar a travs de una conexin de red en un perodo de tiempo dado. El ancho de banda se indica generalmente en bites por segundo (BPS), kilobites por segundo (kbps), o megabites por segundo (mps).

Para seales analgicas, el ancho de banda es la longitud, medida en Hz, del rango de frecuencias en el que se concentra la mayor parte de la potencia de la seal. Puede ser calculado a partir de una seal temporal mediante el anlisis de Fourier. Tambin son llamadas frecuencias efectivas las pertenecientes a este rango.

Figura 2.- El ancho de banda viene determinado por las frecuencias comprendidas entre f1 y f2.

As, el ancho de banda de un filtro es la diferencia entre las frecuencias en las que su atenuacin al pasar a travs de filtro se mantiene igual o inferior a 3 dB comparada con la frecuencia central de pico (fc) en la Figura 2.

La frecuencia es la magnitud fsica que mide las veces por unidad de tiempo en que se repite un ciclo de una seal peridica. Una seal peridica de una sola frecuencia tiene un ancho de banda mnimo. En general, si la seal peridica tiene componentes en varias frecuencias, su ancho de banda es mayor, y su variacin temporal depende de sus componentes frecuenciales.

Normalmente las seales generadas en los sistemas electrnicos, ya sean datos informticos, voz, seales de televisin, etc. son seales que varan en el tiempo y no son peridicas, pero se pueden caracterizar como la suma de muchas seales peridicas de diferentes frecuencias.

Es comn denominar ancho de banda digital (digo yo )a la cantidad de datos que se pueden transmitir en una unidad de tiempo. Por ejemplo, una lnea ADSL de 256 kbps puede, tericamente, enviar 256000 bits (no bytes) por segundo. Esto es en realidad la tasa de transferencia mxima permitida por el sistema, que depende del ancho de banda analgico, de la potencia de la seal, de la potencia de ruido y de la codificacin de canal.

Figura 3. Un grfico de la magnitud de ganancia de banda de un filtro, ilustrando el concepto de un ancho de banda de -3 dB a una ganancia de 0,707. Los ejes de frecuencia en el diagrama pueden ser a escala linear o logaritmica.

Un ejemplo de banda estrecha es la realizada a travs de una conexin telefnica, y un ejemplo de banda ancha es la que se realiza por medio de una conexin DSL, microondas, cable mdem o T1. Cada tipo de conexin tiene su propio ancho de banda analgico y su tasa de transferencia mxima. El ancho de banda y la saturacin redil son dos factores que influyen directamente sobre la calidad de los enlaces.

El rango de frecuencia que deja a un canal pasar satisfactoriamente se expresa en Hz. Bw=f=fcs (frecuencia de corte superior) fci (frecuencia de corte inferior)

Tambin suele usarse el trmino ancho de banda de un bus de ordenador para referirse a la velocidad a la que se transfieren los datos por ese bus, suele expresarse en bytes por segundo (B/s), Megabytes por segundo (MB/s) o Gigabytes por segundo (GB/s). Se calcula multiplicando la frecuencia de trabajo del bus, en ciclos por segundo por el nmero de bytes que se transfieren en cada ciclo. Por ejemplo, un bus que transmite 64 bits de datos a 266 MHz tendr un ancho de banda de 2,1 GB/s. Algunas veces se transmite ms de un bit en cada ciclo de reloj, en este caso se multiplicar el nmero de bits por la cantidad de transferencias que se realizan en cada ciclo (MT/s).

Comnmente, el ancho de banda que no es otra cosa que un conjunto de frecuencias consecutivas, es confundido al ser utilizado en lneas de transmisin digitales, donde es utilizado para indicar rgimen binario o caudal que es capaz de soportar la lnea.

ATENUACIN.La atenuacin depende del tipo de medio que se este usando, la distancia entre el transmisor y el receptor y la velocidad de transmisin. La atenuacin se suele expresar en forma de logaritmo (decibelio). Para ser mas especifico la atenuacin consiste en la disminucin de la seal segn las caractersticas antes dadas.

La energa de una seal decae con la distancia. La atenuacin es la perdida de la potencia de una seal, razn por la cual la seal llegue con la suficiente energa es necesario el uso de amplificadores o repetidores. La atenuacin se incrementa con la frecuencia, con la temperatura y con el tiempo. La atenuacin viene expresada en decibelios.La atenuacin es la razn principal de que el largo de las redes tenga varias restricciones. Si la seal se hace muy dbil, el equipo receptor no interceptar bien o no reconocer esta informacin. Esto causa errores, bajo desempeo al tener que transmitir la seal. La atenuacin es expresada en decibelios por la siguiente frmula:

en trminos de potencia

en trminos de tensin

Cuando una seal viaja de un punto a otro suele atenuarse, si lo hace demasiado esta se vuelve ininteligible. Es por eso que la mayora de las redes necesitan repetidoras amplificadoras a intervalos regulares.RUIDO

Figura 4.- Efecto de ruido en una seal.

Toda seal indeseada que se inserta entre el emisor y el receptor de una seal dada. Hay diferentes tipos de ruido:

Ruido trmico debido a la agitacin trmica de electrones dentro del conductor.

R

HYPERLINK "http://www.monografias.com/trabajos/contamacus/contamacus.shtml" uido de intermodulacin cuando distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisin.

Ruido Blanco: Ruido constante dentro del sistema.

Distorsin: Misma seal afectada incluso por si misma.

Interferencia electromagntica (EMI) e interferencia de la radiofrecuencia (RFI).Interferencias causadas por las fuentes externas de impulsos elctricos que atacan la calidad de las seales elctricas del cable e incluyen los sistemas de iluminacin, los motores elctricos y los sistemas de radio. Para evitarlo se puede aumentar el tamao de los cables conductores o mejorar el tipo de material aislante empleado, otro mtodo es el blindaje y la cancelacin.

R

HYPERLINK "http://www.monografias.com/trabajos/contamacus/contamacus.shtml" uido impulsivo: Son pulsos discontinuos de poca duracin y de gran amplitud que afectan a la seal.

Ruido de la conexin a tierra de referencia: Son las interferencias en el sistema de datos debido a que el chasis de un dispositivo informtico sirve como la conexin a tierra de referencia de seal y comoconexin a tierra de la lnea de alimentacin de CA.

Diafona: Cuando el ruido elctrico del cable tiene origen en seales de otros alambres del cable. Ejemplo:Cuando dos hilos estn colocados uno muy cerca del otro y no estn trenzados, la energa de un hilo puede trasladarse al hilo adyacente y viceversa. se puedecontrolarmediante el cumplimiento estricto de los procedimientos de terminacin estndar y el uso de cables de par trenzado de buena calidad. Se divide en NEXT: Cuando la seal inducida vuelve y es percibida por el emisor. La FEXT: La seal inducida es percibida en el lado receptor, es mas debil que el NEXT.

Ruido de la lnea de alimentacin de CA se origina debido a los campos elctricos y magnticos producidos por la corriente alterna que circula por el cableado de alimentacin comn en casas, empresas, etc. Como consecuencia, dentro de estos edificios, el ruido de la lnea de alimentacin de CA se encuentra en todo el entorno. Si no es tratado correctamente, el ruido de la lnea de alimentacin puede representar un gran problema para una red.

Es tambin cualquier interferencia que recibe un mensaje, desde que es emitido y antes de ser recibido. Perturbaciones elctricas que interfieren sobre las seales transmitidas o procesadas.

La seal, por lo tanto los datos llegaran con muy baja calidad. El ruido trmico no se puede solucionar pero se puede dar a las seales la amplitud suficiente. En el NEXT se pueden seguir estrictamente los procedimientos de terminacin estandar y cables de trenzado de calidad. El Problema de la corriente y de la tierra de referencia se puede solucionar trabajando conjuntamente con la compaa elctrica. EMI/RF se evita con el apantallamiento y cancelacin.Espectro ElectromagnticoEl Espectro Electromagntico es un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud como las ondas de radio, hasta los que tienen menor longitud como los rayos Gamma, pasando por las ondas de radio, las microondas, los infrarrojos, la luz visible, la luz ultravioleta y los rayos X. Es importante anotar que las ondas con mayor longitud de onda tienen menor frecuencia y viceversa. Las caractersticas propias de cada tipo de onda no solo se pueden conjugar en funcin de su longitud de onda, sino tambin de su frecuencia y energa.

El espectro electromagntico se divide en: (empezando de con la que tiene mayor longitud de onda)

Tabla 1.- Espectro electromagntico.El espectro electromagntico es la distribucin energtica del conjunto de las ondas electromagnticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagntico o simplemente espectro a la radiacin electromagntica que emite (espectro de emisin) o absorbe (espectro de absorcin) una sustancia. Dicha radiacin sirve para identificar la sustancia de manera anloga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, adems de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre ste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiacin.

Figura 5.- Efecto de tipos de radiacin en relacin al espectro electromagntico.

El espectro electromagntico se extiende desde la radiacin de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el lmite para la longitud de onda ms pequea posible es la longitud de Planck mientras que el lmite mximo sera el tamao del Universo (vase Cosmologa fsica) aunque formalmente el espectro electromagntico es infinito y continuo.Por encima de la frecuencia de las radiaciones infrarrojas tenemos lo que comnmente llamamos luz. Es un tipo especial de radiacin electromagntica que tiene una longitud de onda en el intervalo de 0,4 a 0,8 micrmetros. La unidad usual para expresar las longitudes de onda es el Angstrom. Los intervalos van desde los 8.000 (rojo) hasta los 4.000 (violeta), donde la onda ms corta es la del color violeta.

ColorLongitud de onda

violeta380450 nm

azul450495 nm

verde495570 nm

amarillo570590 nm

naranja590620 nm

rojo620750 nm

La luz puede usarse para diferentes tipos de comunicaciones. Las ondas de luz pueden modularse y transmitirse a travs de fibras pticas, lo cual representa una ventaja pues con su alta frecuencia es capaz de llevar ms informacin.

Por otro lado, las ondas de luz pueden transmitirse en el espacio libre, usando un haz visible de lser.

Figura 6.- Ondas de Luz.

Espectro visible

Figura 7.- Espectro visible por el hombre.

Una ventaja pues con su alta frecuencia es capaz de llevar ms informacin.

Por otro lado, las ondas de luz pueden transmitirse en el espacio libre, usando un haz visible de lser.

Ultravioleta La luz ultravioleta cubre el intervalo de 4 a 400 nm. El Sol es una importante fuente emisora de rayos en esta frecuencia, los cuales causan cncer de piel a exposiciones prolongadas. Este tipo de onda no se usa en las telecomunicaciones, sus aplicaciones son principalmente en el campo de la medicina.

Rayos X La denominacin rayos X designa a una radiacin electromagntica, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar las pelculas fotogrficas. La longitud de onda est entre 10 a 0,1 nanmetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50 a 5.000 veces la frecuencia de la luz visible).

Rayos gamma La radiacin gamma es un tipo de radiacin electromagntica producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatmicos como la aniquilacin de un par positrn-electrn. Este tipo de radiacin de tal magnitud tambin es producida en fenmenos astrofsicos de gran violencia.

Debido a las altas energas que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiacin ionizante capaz de penetrar en la materia ms profundamente que la radiacin alfa o beta. Dada su alta energa pueden causar grave dao al ncleo de las clulas, por lo que son usados para esterilizar equipos mdicos y alimentos.Transmisin de la informacin. Para que ocurra la transmisin de datos, debe haber una lnea de transmisin entre los dos equipos, tambin denominada canal de transmisin o canal.

Estos canales de transmisin estn compuestos por varios segmentos que permiten la circulacin de los datos en forma de ondas electromagnticas, elctricas, luz y hasta ondas acsticas. Es, de hecho, un fenmeno de vibracin que se propaga a travs de un medio fsico.

Organismos de normalizacin.

UIT: Unin internacional de Telecomunicaciones.ISO: Organizacin Internacional de Estandarizacin

ORGANISMOS EUROPEOS:

Conferencia de administraciones europeas de correos y telecomunicaciones (CEPT).

Asociacin Europea de Fabricantes de Ordenadores (ECMA).

ETSI: European Telecomunications Standards Institute.

IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers

IETF: Internet Engineering Task Force

Componentes de un sistema de transmisin de datos.

Un sistema de comunicacin de datos tiene como objetivo el transmitir informacin desde una fuente a un destinatario a travs de una canal.

El esquema bsico con el que podemos representar este concepto es:

El emisor o transmisor debe convertir la seal a un formato que sea reconocible por el canal.

El canal conecta al emisor (E) y receptor (R) y puede ser cualquier medio de

transmisin (fibra ptica, cable coaxial, aire, ...).

El receptor acepta la seal del canal y la procesa para permitir que el usuario final la comprenda.

Ejemplo

A continuacin se muestra de forma un poco ms detallada lo que se pretende con un sistema de transmisin de datos:

La fuente de la seal puede ser un micrfono, un dispositivo de medida de un dispositivo de monitorizacin, un teclado de ordenador, ... La salida es una forma de onda normalmente elctrica.

El codificador de fuente opera sobre una o ms seales para producir una salida compatible con el canal de comunicacin. Puede ser desde un filtro pasa-baja en un sistema de transmisin analgico o algo ms complejo como un convertidor que acepta seales analgicas y produce un tren peridico de smbolos de salida (0 1 ms).Puede contener un multiplexor cuando se trata de comunicar seales de ms de una fuente.

Los mecanismos de encriptacin sirven para que la seal slo pueda ser entendida por el receptor. En los sistemas analgicos la seguridad la proporcionan los sistemas SCRAMBLING cono en la televisin privada o telefona privada (Canal+).

El codificador del canal da una seguridad diferente. Aumenta la eficiencia y/o

decrementa los efectos de los errores de transmisin. Para disminuir los errores en los sistemas analgicos se puede distorsionar la seal para hacer la menos sensible a los ruidos sensibles a la frecuencia (sistemas Dolby). En los sistemas digitales se usa la correccin hacia delante (permite que se realice la correccin sin que el receptor tenga que pedir informacin adicional).

La salida puede ser una seal analgica o digital.

El modulador genera una onda analgica que se transmite.

Spread-spectrum produce inmunidad a ciertos efectos de frecuencia selectiva tales como las interferencias y la atenuacin. La seal expande sobre un amplio rango de frecuencias de tal forma que las interferencias de tono nico afectan slo a una

pequea parte de la seal. Entre las ventajas cabe enumerar la comparticin del canal e inmunidad a las escuchas (se puede llegar a confundir con ruido de un sistema de banda ancha).

En el receptor aparece el sincronizador de smbolos que slo es necesario en los sistemas digitales. Se trata de obtener la seal digital a partir de la analgica.Modos de transferencia de datos.

Los primeros PCs utilizaban para la transferencia de datos entre la CPU y otros dispositivos como discos ATA, puertos externos o tarjetas de red el mtodo llamado PIO (Programmed Input/Output) que fue sustituido por DMA (Direct Memory Access).

Con PIO la CPU se ocupa de realizar toda la transferencia. Con DMA la CPU solo se ocupa de iniciar la transferencia y despus pasa a realizar otras tareas hasta que recibe una interrupcin DMA indicando el final de la misma.

El uso de PIO se ha reducido hasta casi hacerlo desaparecer, quedando todava en uso para los puertos PS/2 de teclado y ratn, algunos usos del puerto paralelo, dispositivos antiguos...

DMA se utiliza en los accesos a discos duros, en casi todos los dispositivos modernos (tarjetas de red, grficas, sonido...) e incluso transferencias intra-chip en procesadores multincleo.

Seales.

Son las variaciones a lo largo del tiempo de las entradas o salidas de un sistema. Obviamente, estas seales pueden ser de distinta naturaleza, y por tanto sus unidades fsicas pueden ser diversas. Segn cmo sea la variacin de estas seales, podemos clasificarlas dentro de dos grandes grupos: seales analgicas y seales discretas.Una seal es una representacin matemtica de la evolucin de una magnitud fsica (o una medida) respecto de algn o algunos parmetros; generalmente tiempo o espacio. Esta magnitud fsica puede ser voltaje, intensidad elctrica, presin, temperatura, intensidad lumnica, etc.; e incluso puede que ni tan siquiera tenga un sentido fsico claro, como la cotizacin burstil de una empresa determinada, o la poblacin mundial. Lo realmente interesante del estudio de las seales es que suponen una abstraccin respecto a la magnitud fsica concreta, pasando esta a ser considerada como una funcin matemtica, x(), que tiene como variables independientes los parmetros con respecto a los cuales vara. A lo largo de todo el texto vamos a considerar que existe un nico parmetro y que este es el tiempo.

Por ejemplo: La intensidad de corriente, el sonido, un electrocardiograma.Clasificacin de las seales. Seal peridica:Unasealesperidicasi completa un patrn dentro de un marco de tiempo medible, denominado periodo, y repite ese patrn en periodos idnticos subsecuentes. Cuando se completa un patrn completo, se dice que se ha completado un ciclo.

El periodo se define como la cantidad de tiempo (expresado en segundos) necesarios para completar un ciclo completo. La duracin de un periodo, puede ser diferente para cada seal, pero es constante para una determinada seal peridica. Las seales reguladas por las funciones trigonomtricas son de este tipo. En cada instante de tiempo se puede establecer el valor de la seal y su magnitud. Tales seales tienen tres caractersticas bsicas que son: Amplitud, Perodo y Fase.

Seal no peridica:Unaseal aperidica, o no peridica, cambia constantemente sin exhibir ningn patrn o ciclo que se repita en el tiempo. Sin embargo, se ha demostrado mediante una tcnica denominada transformada de Fourier, que cualquier seal aperidica puede ser descompuesta en un nmero infinito de seales peridicas.

Las seales aperidicas pueden ser:

Estrictamente limitadas en el tiempo: Son aquellas seales que por s mismas tienen un nacimiento y un final. Por ejemplo, un impulso elctrico.

Asintticamente limitadas en el tiempo: Son aquellas que producto de ser racionales y como resultado de una divisin, en ciertos puntos, tienden a infinito.

Seal determinstica :Unaseal determinsticaes una seal en la cual cada valor esta fijo y puede ser determinado por una expresin matemtica, regla, o tabla. Los valores futuros de esta seal pueden ser calculados usando sus valores anteriores teniendo una confianza completa en los resultados. Seal aleatoria :Unaseal aleatoria, tiene mucha fluctuacin respecto a su comportamiento. Los valores futuros de una seal aleatoria no se pueden predecir con exactitud, solo se pueden basar en los promedios de conjuntos de seales con caractersticas similares. No se pueden representar unvocamente por una funcin del tiempo. Cada una de las funciones que la componen se llama realizacin o muestra.

Seal continua:Por una seal continua entenderemos una funcin continua de una o varias dimensiones. Ejemplos de distintos tipos de seales podemos encontrar en los muy diversos aparatos de medida asociados al estudio de la fsica, qumica, biologa, medicina, etc. As por ejemplo, los distintos tipos de electro gramas que son usados en medicina son seales unidimensionales, ya que se representan por una o varias curvas en funcin del tiempo. Sin embargo, los distintos tipos de radiografas son seales bidimensionales y los resultados de la tomografa axial computerizada y la resonancia nuclear magntica son seales tridimensionales.

Haciendo uso del lenguaje matemtico podemos decir que toda seal es una funcin matemtica que toma un valor en cada punto del espacio en el que esta definida. Los resultados matemticos sobre la aproximacin de funciones, nos permiten expresar que cualquier funcin continua y peridica definida sobre una regin finita del espacio puede ser aproximada por una suma infinita de trminos, en donde cada trmino tiene una contribucin a la formacin de la seal que es independiente y ortogonal a cualquier otro trmino del desarrollo.

Seal discreta :Las seales discretas se caracterizan por estar definidas solamente para un conjunto numerable de valores de la variable independiente.

Se representan matemticamente por secuencias numricas.

En la prctica suelen provenir de un muestreo peridico de una seal analgica.

Seal de tiempo continuo :Son aquellas en las cuales su dominio puede expresarse en base al conjunto de los nmeros reales, es decir sta est especficada para cada valor real de tiempo t.

Seal en tiempo continuo.

Seal de tiempo discreto :Son aquellas en las cuales su dominio est especificado para ciertos valores finitos del tiempo.

Seal en tiempo discreto.

Seal analgica:Son aquellas en las cuales su amplitud puede tomar diferentes valores infinitos dentro de un intervalo de tiempo.

Seal analgica.Puede que la imagen de una seal analgica se parece mucho a una seal de tiempo continuo? Esto es debido a que las seales de tiempo continuo hacen referencia al intervalo de tiempo, mientras que las analgicas hacen referencia al intervalo de amplitud. Entonces por eso la similitud.

Seal digital :Son aquellas en las cuales su amplitud slo puede tomar ciertos valores finitos dentro de un intervalo de tiempo.

Seal digital.

En la imagen previa, se present una seal digital. En donde ahora en vez de tener un intervalo infinito de valores como en la seal analgica, sta posee cierto grupo de valores. Un ejemplo de este tipo de seales es una seal PAM (Pulse Amplitud Modulation).

Para definir estos conceptos, he usado seales que dependende nicamente del tiempo, sin embargo toma en cuenta que en la vida real generalmente se tienen seales que no slo dependen del tiempo sino tambin del espacio, o en vez de depender del tiempo pueden depender de voltajes, o corrientes.

En base a lo escrito, se puede inducir que las seales de tiempo continuo y discreto determinan la naturaleza de la seal a lo largo del tiempo, mientras que las seales analgicas y digitales clasifican la naturaleza de amplitud de seal.

Parmetros y unidades de las seales.

Anlisis de Fourier.

En matemticas el anlisis armnico o anlisis de Fourier estudia la representacin de funciones o seales como superposicin de ondas "bsicas" o armnicos.

Investiga y generaliza las nociones de series de Fourier y transformadas de Fourier. A lo largo de los siglos XIX y XX se ha convertido en una materia enorme con aplicaciones en campos diversos como el procesamiento de seales, la mecnica cuntica o la neurociencia.El anlisis de Fourier debe su nombre a Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830), un matemtico y fsico francs. Si bien muchas personas contribuyeron a su desarrollo, Fourier es reconocido por sus descubrimientos matemticos y su visin en el uso prctico de las tcnicas. Su inters se centraba en la propagacin de calor, presentando en 1807 un trabajo en el Instituto Francs sobre el uso de funciones senoidales para representar distribuciones de temperatura. El trabajo presentaba un resultado controvertido: que cualquier seal continua y peridica poda representarse como la suma una serie de ondas senoidales adecuadamente elegidas. Entre los revisores de su trabajo estaban dos de los matemticos ms reputados de su poca y tambin de la Historia, Joseph Louis Lagrange (1736-1813) y Pierre Simon de Laplace (1736-1827), que haban sido sus maestros en la Escuela Normal Superior de Pars. Mientras que Laplace y otros revisores votaron a favor de la publicacin del trabajo, Lagrange protest categricamente. Durante aos, Lagrange insisti en que esta aproximacin no poda aplicarse a seales con esquinas, es decir, con cambios bruscos de pendiente como una onda triangular. El Instituto Francs cedi ante el prestigio de Lagrange y el trabajo fue rechazado, y no fue publicado hasta la muerte de ste, 15 aos despus. Afortunadamente, Fourier tena muchas otras cosas que le mantenan ocupado: actividades polticas, expediciones con Napolen a Egipto, y tratar de evitar la guillotina despus de la Revolucin Francesa (literalmente!). Quin tena razn? Pues depende. Lagrange estaba en lo cierto al decir que una serie de funciones senoidales no puede representar de manera exacta una seal con una esquina. Sin embargo se puede aproximar mucho. Tan cerca que la diferencia es irrelevante.

Ancho de banda.

En conexiones a Internet el ancho de banda es la cantidad de informacin o de datos que se puede enviar a travs de una conexin de red en un perodo de tiempo dado. El ancho de banda se indica generalmente en bits por segundo (bps), kilobits por segundo (Kbps), o megabits por segundo (Mbps)

Para seales analgicas, el ancho de banda es la longitud, medida en Hz, del rango de frecuencias en el que se concentra la mayor parte de la potencia de la seal. Puede ser calculado a partir de una seal temporal mediante el anlisis de Fourier. Tambin son llamadas frecuencias efectivas las pertenecientes a este rango.

Muestreo.

Seleccin de las muestras ms representativas de un conjunto. Estudio de un nmero parcial de datos de un colectivo para deducir las caractersticas de la totalidad.

Muestreo Definimos muestreo como la cantidad de veces que medimos el valor de la seal en un periodo de tiempo (usualmente en 1 segundo). Segn el teorema de Nyquist-Shannon la cantidad de veces que debemos medir una seal para no perder informacin debe de ser al menos el doble de la frecuencia mxima que alcanza dicha seal. En otras palabras, si deseamos grabar una conversacin telefnica, como el ancho de banda de la red telefnica es de 3khz, para no perder informacin deberemos tomar del orden de 6.000 muestras/segundo

Ancho de banda del canal.

El ancho de un canal de comunicacin. El ancho de banda analgico se mide en hercios (Hz) o ciclos por segundo y el ancho de banda digital se mide en bits por segundo. El ancho de banda no debe confundirse con la banda. Por ejemplo, cuando un dispositivo mvil funciona en la banda de 900 MHz, el ancho de banda es el espacio que ocupa en dicha banda. El ancho de banda de un canal afecta a la velocidad de transmisin.Para comenzar, considrese el caso de un canal exento de ruido. En este entorno, la limitacin enla velocidad de los datos est impuesta simplemente por el ancho de banda de la seal. Nyquist formaliz esta limitacin, afirmando que si la velocidad de transmisin de la seal es 2 B , entonces una seal con frecuencias no superiores a B es suficiente para transportar esta velocidad de transmisin de la seal. Y viceversa: dado un ancho de banda B , la mayor velocidad de transmisin dela seal que se puede conseguir es 2 B . Esta limitacin est provocada por la interferencia en tres smbolos que se produce por la distorsin de retardo. Este resultado es de utilidad en el diseo de convertidores digital a analgico; en la pgina web del libro se facilita su demostracin. Obsrvese que en el ltimo prrafo nos hemos referido a la velocidad de la seal. Si las seales a transmitir son binarias (dos niveles de tensin), la velocidad de transmisin de datos que se puede conseguir con B Hz es igual a 2 B bps.

Velocidad en el transporte de la informacin.

En informtica, una referencia a la velocidad expresada en baudios con que un mdem puede transmitir datos. Aunque a veces se supone, de forma incorrecta, que indica el nmero de bits por segundo (bps) transmitidos, lo que la velocidad de transferencia mide realmente es el nmero de sucesos (eventos), o cambios de seal, que se producen en 1 segundo. Como un suceso puede codificar ms de 1 bit en las comunicaciones digitales de alta velocidad, la velocidad de transferencia y los bits por segundo no son siempre sinnimos, por lo que bits por segundo es el trmino ms exacto que debe aplicarse a los aparatos de mdem. Por ejemplo, el denominado mdem de 9.600 baudios que codifica 4 bits por suceso, en la prctica funciona a 2.400 baudios, aunque transmite 9.600 bits por segundo (2.400 sucesos multiplicados por 4 bits por suceso). Por consiguiente, debera llamrselo mdem de 9.600 bps.Capacidad del canal.

En Teora de la Informacin, la capacidad de un canal de comunicacin es la cantidad mxima de informacin que puede transportar dicho canal de forma fiable, es decir, con una probabilidad de error tan pequea como se quiera. Normalmente se expresa en bits/s (bps).Se denomina capacidad del canal a la velocidad mxima a la que se pueden transmitir los datos en un canal, o ruta de comunicacin de datos, bajo unas condiciones dadas. Hay cuatro conceptos en juego relacionados entre s, que son: La velocidad de transmisin de los datos: La velocidad, expresada en bits por segundo (bps),a la que se pueden transmitir los datos. El ancho de banda: ancho de banda de la seal transmitida; ste estar limitado por el transmisor y por la naturaleza del medio de transmisin; se mide en ciclos por segundo o hercios. El ruido: nivel medio de ruido a travs del camino de transmisin. La tasa de errores: tasa a la que ocurren los errores. Se considera que ha habido un error cuando se recibe un 1 habiendo transmitido un 0, o se recibe un 0 habiendo transmitido un 1. El problema considerado aqu es el siguiente: los servicios de comunicaciones son por lo general caros y, normalmente, cuanto mayor es el ancho de banda requerido por el servicio, mayor es el coste. Es ms, todos los canales de transmisin de inters prctico estn limitados en banda. Las limitaciones surgen de las propiedades fsicas de los medios de transmisin o por limitaciones que se imponen deliberadamente en el transmisor para prevenir interferencias con otras fuentes. Por consiguiente, es deseable hacer un uso tan eficiente como sea posible del ancho de banda limitado. En el caso de los datos digitales, esto significa que dado un ancho de banda sera deseable conseguir la mayor velocidad de datos posible no superando la tasa de errores permitida. El mayor in-conveniente para conseguir este objetivo es la existencia de ruido.Comunicaciones de datos a travs de redes.

1. Redes de rea amplia (Wan): Generalmente, se considera como redes de rea amplia a todas aquellas que cubren una extensa rea geogrfica, requieren atravesar rutas de acceso pblico y utilizan, al menos parcialmente, circuitos proporcionados por una entidad proveedora de servicios de telecomunicacin. General-mente, una WAN consiste en una serie de dispositivos de conmutacin interconectados. La transmisin generada por cualquier dispositivo se encaminar a travs de estos nodos internos hasta alcanzar el destino. A estos nodos (incluyendo los situados en los contornos) no les concierne el contendido de los datos, al contrario, su funcin es proporcionar el servicio de conmutacin, necesario para transmitir los datos de nodo en nodo hasta alcanzar su destino final.

Tradicionalmente, las WAN se han implementado usando una de las dos tecnologas siguientes: conmutacin de circuitos y conmutacin de paquetes. ltimamente, se est empleando como solucin la tcnica de retransmisin de tramas (frame relay), as como las redes ATM. 2. Conmutacin de circuitos: En las redes de conmutacin de circuitos, para interconectar dos estaciones se establece un camino dedicado a travs de los nodos de la red. El camino es una secuencia conectada de enlaces fsicos entre nodos. En cada enlace, se dedica un canal lgico a cada conexin. Los datos generados por la estacin fuente se transmiten por el camino dedicado tan rpido como se pueda. En cada nodo, los datos de entrada se encaminan o conmutan por el canal apropiado de salida sin retardos. El ejemplo ms ilustrativo de la conmutacin de circuitos es la red de telefona.3. Conmutacin de paquetes: Un enfoque diferente al anterior es el adoptado en las redes de conmutacin de paquetes. En este caso, no es necesario hacer una asignacin a priori de recursos (capacidad de transmisin) en el camino (o sucesin de nodos). Por el contrario, los datos se envan en secuencias de pequeas unidades llamadas paquetes. Cada paquete se pasa de nodo en nodo en la red siguiendo algn camino entre la estacin origen y la destino. En cada nodo, el paquete se recibe completamente, se almacena durante un breve intervalo y posteriormente se retransmite al siguiente nodo. Las redes de con-mutacin de paquetes se usan fundamentalmente para las comunicaciones terminal-computador y computador-computador. 4. Retransmisin de tramas (frame Relay): La conmutacin de paquetes se desarroll en la poca en la que los servicios de transmisin a larga distancia presentaban una tasa de error relativamente elevada, comparada con los servicios de los que se dispone actualmente. Por tanto, para compensar esos errores relativamente frecuentes, en los esquemas de conmutacin de paquetes se realiza un esfuerzo considerable, que se traduce en aadir informacin redundante en cada paquete as como en la realizacin de un procesamiento extra, tanto en el destino final como en los nodos intermedios de conmutacin, necesario para detectar los errores y, en su caso, corregirlos.Ahora bien, con los modernos sistemas de telecomunicacin de alta velocidad, este esfuerzo adicional es innecesario e incluso contraproducente. Es innecesario ya que la tasa de errores se ha reducido drsticamente y los escasos errores que aparecen se pueden tratar en el sistema final mediante dispositivos que operan por encima del nivel de la lgica dedicada a la conmutacin de paquetes. A su vez, es contraproducente ya que los bits redundantes introducen un desaprovecha-miento de parte de la capacidad proporcionada por la red.La tecnologa de retransmisin de tramas se ha desarrollado teniendo presente que las velocidades de transmisin disponibles en la actualidad son mayores, as como que las tasas de error actuales son menores. Mientras que las redes originales de conmutacin de paquetes se disea-ron para ofrecer una velocidad de transmisin al usuario final de 64 kbps, las redes con retransmisin de tramas estn diseadas para operar eficazmente a velocidades de transmisin de usuario de hasta 2 Mbps. La clave para conseguir estas velocidades reside en eliminar la mayor parte de la informacin redundante usada para el control de errores y, en consecuencia, el procesamiento asociado.5. ATM: El Modo de Transferencia Asncrono (ATM, Asynchronous Transfer Mode), a veces denominado como modo de retransmisin de celdas (cell relay), es la culminacin de todos los desarrollos en conmutacin de circuitos y conmutacin de paquetes. ATM se puede considerar como una evolucin de la retransmisin de tramas. La diferencia ms obvia entre retransmisin de tramas y ATM es que la primera usa paquetes de longitud variable, llamados tramas, y ATM usa paquetes de longitud fija denominados celdas. Al igual que en retransmisin de tramas, ATM introduce poca informacin adicional para el control de errores, confiando en la inherente robustez del medio de transmisin as como en la lgica adicional localizada en el sistema destino para detectar y corregir errores. Al utilizar paquetes de longitud fija, el esfuerzo adicional de procesamiento se reduce incluso todava ms que en retransmisin de tramas. El resultado es que ATM se ha diseado para trabajar a velocidades de transmisin del orden de 10 a 100 Mbps, e incluso del orden de Gbps. ATM se puede considerar, a su vez, como una evolucin de la conmutacin de circuitos. En la conmutacin de circuitos se dispone solamente de circuitos a velocidad fija de transmisin entrelos sistemas finales. ATM permite la definicin de mltiples canales virtuales con velocidades de transmisin que se definen dinmicamente en el instante en el que se crea el canal virtual. Al utilizar celdas de tamao fijo, ATM es tan eficaz que puede ofrecer un canal a velocidad de transmisin constante aunque est usando una tcnica de conmutacin de paquetes. Por tanto, en este sentido, ATM es una generalizacin de la conmutacin de circuitos en la que se ofrecen varios canales, en los que la velocidad de transmisin se fija dinmicamente para cada canal segn las necesidades6. RDSI y RDSI de banda ancha: es un sistema de transmisin de enfoque universal y de velocidad de transmisin muy rpida. Est basado en conmutacin de circuitos (banda estrecha) y en conmutacin de paquetes (banda ancha).

7. Redes de rea local (LAN): Al igual que las redes WAN, una LAN es una red de comunicaciones que interconecta varios dispositivos y proporciona un medio para el intercambio de informacin entre ellos. No obstante, hay algunas diferencias entre las LAN y las WAN que se enumeran a continuacin: 1. La cobertura de una LAN es pequea, generalmente un edificio o, a lo sumo, un conjunto de edificios prximos. Como se ver ms adelante, esta diferencia en cuanto a la cobertura geogrfica condicionar la solucin tcnica finalmente adoptada. 2. Es habitual que la LAN sea propiedad de la misma entidad propietaria de los dispositivos conectados a la red. En WAN, esto no es tan habitual o, al menos, una fraccin significativa de recursos de la red son ajenos. Esto tiene dos implicaciones. La primera es que se debe cuidar mucho la eleccin de la LAN, ya que, evidentemente, lleva acarreada una in-versin sustancial de capital (comparada con los gastos de conexin o alquiler de lneas enredes de rea amplia) tanto en la adquisicin como en el mantenimiento. Segunda, la responsabilidad de la gestin de la red local recae solamente en el usuario. 3. Por lo general, las velocidades de transmisin internas en una LAN son mucho mayores que en una WAN.Para las LAN hay muy diversas configuraciones. De entre ellas, las ms habituales son las LAN conmutadas y las LAN inalmbricas. Dentro de las conmutadas, las ms populares son las LAN Ethernet, constituidas por un nico conmutador, o, alternativamente, implementadas mediante un conjunto de conmutadores interconectados entre s. Otro ejemplo muy relevante son las LAN ATM, caracterizadas por utilizar tecnologa de red ATM en un entorno local. Por ltimo, son tambin destacables las LAN con canal de fibra (Fiber Channel). En las LAN inalmbricas se utilizan diversos tipos de tecnologas de transmisin y distintos tipos de configuraciones.Protocolos y arquitecturas de los protocolos. Una arquitectura de protocolos es una estructura en capas de elementos hardware y software que facilita el intercambio de datos entre sistemas y posibilita aplicaciones distribuidas, como el comer-cio electrnicoy latransferenciade archivos.Son conjuntos de normas para el intercambio de informacin, consensuadas por las partes comunicantes. En trminos informticos, un protocolo es una normativa necesaria de actuacin para que los datos enviados se reciban de forma adecuada.Hay protocolos de muy diversos tipos. Unos se ocupan de aspectos bastantes primarios como por ejemplo, el de asegurar que el orden de los paquetes recibidos concuerda con el de emisin. A un nivel algo superior hay protocolos para garantizar que los datos enviados por una computadora se visualicen correctamente en el equipo receptor.

La informtica moderna utiliza muchos protocolos distintos. La norma publicada por la International Standards Organization y conocida como "modelo de 7 niveles", recoge la estructura general comn a todos ellos. La totalidad de los aspectos contemplados en la comunicacin entre ordenadores queda clasificada en siete niveles. La idea es que los protocolos concretos desarrollados en cada uno de los niveles puedan entenderse para conseguir una comunicacin eficaz. De forma resumida, la funcin de cada uno de los niveles es la siguiente:

- Nivel 1: Fsico Se refiere a la forma de transmitir cada 0 y 1 que conforman toda informacin digital que viaja de un punto a otro. Esto incluye la definicin de un 1 y un 0 en cuanto a seales elctricas.

- Nivel 2: Enlace Describe la forma de transportar de manera fiable los bits desde un nodo a otro en una red conmutada. Define conceptos tales como tramas, deteccin y correccin de errores y control de flujo.

- Nivel 3: Red Se centra en el establecimiento de una conexin punto a punto entre cliente y servidor. Es el nivel en el que se trata, por ejemplo, el direccionamiento y encauzamiento global.

- Nivel 4: Transporte Es el primero de los niveles encargados del funcionamiento punto a punto. Se ocupa del formato y su misin es asegurar que una secuencia recibida de bits se transforme en datos significativos. Este nivel supone la existencia previa de una conexin fiable.

- Nivel 5: Sesin Es el encargado de la diferenciacin y control del dilogo para las aplicaciones que lo precisan. En el caso de la mayora de las modernas aplicaciones informticas (que se hallan divididas en componentes cliente y servidor), este nivel constituye un elemento inherente del propio diseo.

- Nivel 6: Presentacin Proporciona un mecanismo de negociacin de los formatos de representacin (conocidos como sintaxis de transferencia) para un determinado contenido del mensaje.

- Nivel 7: Aplicacin Recoge el resto de las necesarias funciones dependientes de la aplicacin.POR QU ES NECESARIA UNA ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS?

En el intercambio de datos entre computadores, terminales y/u otros dispositivos de procesamiento,los procedimientos involucrados pueden llegar a ser bastante complejos. Considrese, por ejemplo,la transferencia de un archivo entre dos computadores. En este caso, debe haber un camino entre los dos computadores, directo o a travs de una red de comunicacin, pero adems, normalmente se requiere la realizacin de las siguientes tareas adicionales:

1.El sistema fuente de informacin debe activar un camino directo de datos o bien debe pro-porcionar a la red de comunicacin la identificacin del sistema destino deseado.

2.El sistema fuente debe asegurarse deque el destino est preparado para recibir datos.

3.La aplicacin de transferencia de archivos en el origen debe asegurarse de que el programa gestor en el destino est preparado para aceptar y almacenar el archivo para el usuario de-terminado.

4.Si los formatos delos dos archivos son incompatibles enambos sistemas, uno delos dos deber realizar una operacin de traduccin.

Es evidente que debe haber un alto grado de cooperacin entre los computadores involucrados. En lugar de implementar toda la lgica para llevar a cabo la comunicacin en un nico mdulo, el problema se divide en sub tareas, cada una de las cuales se realiza por separado. En una arquitectura de protocolos, los distintos mdulos se disponen formando una pila vertical. Cada capa de lapila realiza el subconjunto de tareas relacionadas entre s que son necesarias para comunicar con elotro sistema. Por lo general, las funciones ms bsicas se dejan a la capa inmediatamente inferior, olvidndose en la capa actual de los detalles de estas funciones. Adems, cada capa proporciona unconjunto de servicios a la capa inmediatamente superior. Idealmente, las capas deberan estar definidas de forma tal que los cambios en una capa no deberan necesitar cambios en las otras.

Evidentemente, para que haya comunicacin se necesitan dos entidades, por lo que debe existir el mismo conjunto de funciones en capas en los dos sistemas. La comunicacin se consigue haciendo que las capas correspondientes, opares, intercambien informacin. Las capas pares se comunican intercambiando bloques de datos que verifican una serie de reglas o convenciones denominadasprotocolo. Losaspectos clave quedefinen ocaracterizanaun protocolo son:

La sintaxis:establece cuestiones relacionadas con el formato de los bloques de datos. La semntica: incluye informacin de control para la coordinacin y la gestin de errores. La temporizacin:considera aspectos relativos a la sintonizacin de velocidades y secuen-ciacin.En el Apndice 2A se proporciona un ejemplo especfico del protocolo normalizado en Internetpara latransferenciade archivos TFTP (Trivial File Transfer Protocol).Modelos ISO/OSI y TCP/IP.

El Modelo OSI.

El modelo de referencia ms representativo en el rea de estudios de comunicacin de computadoras, es el Modelo OSI. Este modelo est basado en una propuesta desarrollada por la Organizacin Internacional de Estndares (ISO, por sus siglas en ingls) como un primer paso hacia la estandarizacin internacional de los protocolos usados en las varias capas. El modelo es llamado 'Modelo de referencia ISO OSI (Open Systems Interconnection) porque tiene que ver con la conexin de sistemas abiertos, es decir, sistemas que estn abiertos a la comunicacin con otros sistemas.

LAS CAPAS DE OSI

En esta seccin se estudian brevemente cada una de la capas y, donde sea pertinente, se proporcionan ejemplos de normalizaciones para los protocolos de estas capas.

Capa fsica

La capa fsica se encarga de la interfaz fsica entre los dispositivos. Adems, define las reglas que rigen en la transmisin de los bits. La capa fsica tiene cuatro caractersticas importantes:

Mecnicas:

relacionadas con las propiedades fsicas de la interfaz con el medio de transmisin. Normalmente, dentro de estas caractersticas se incluye la especificacin del conector que transmite las seales a travs de conductores. A estos ltimos se les denominan circuitos.

Elctricas:

especifican cmo se representan los bits (por ejemplo, en trminos de niveles detencin), as como su velocidad de transmisin. Funcionales:

especifican las funciones que realiza cada uno de los circuitos de la interfaz fsica entre el sistema y el medio de transmisin.

De procedimiento:

especifican la secuencia de eventos que se llevan a cabo en el intercambio del flujo de bits a travs del medio fsico. Algunos ejemplosde estndares de esta capa son el EIA-232-F y algunas secciones de los estndares de comunicaciones inalmbricas y LAN.

Capa de enlace de datos

Mientras que la capa fsica proporciona exclusivamente un servicio de transmisin de datos, la capa de enlace de datos intenta hacer que el enlace fsico sea fiable. Adems proporciona los medios para activar, mantener y desactivar el enlace. El principal servicio proporcionado por la capa de enlace de datos a las capas superiores es el de deteccin y control de errores. As, si se dispone de un protocolo en la capa de enlace de datos completamente operativo, la capa adyacente superior puede suponer que la transmisin est libre de errores. Sin embargo, si la comunicacin se realiza entre dos sistemas que no estn directamente conectados, la conexin constar de varios enlaces de datos en serie, cada uno operando independientemente. Por tanto, en este ltimo caso, la capa superior no estar libre de la responsabilidad del control de errores. Algunos ejemplos de estndares en esta capa son HDLC y LLC.

Capa de red

La capa de red realiza la transferencia de informacin entre sistemas finales a travs de algn tipo de red de comunicacin. Libera a las capas superiores de la necesidad de tener conocimiento sobre la transmisin de datos subyacente y las tecnologas de conmutacin utilizadas para conectar los sistemas. En esta capa, el computador establecer un dilogo con la red para especificar la direccin destino y solicitar ciertos servicios, como por ejemplo, la gestin de prioridades.

Existe un amplio abanico de posibilidades para que los servicios de comunicacin intermedios sean gestionados por la capa de red. En el extremo ms sencillo estn los enlaces punto-a-punto directos entre estaciones. En este caso no se necesita capa de red, ya que la capa de enlace de datos puede proporcionar las funciones de gestin del enlace necesarias.

Siguiendo en orden de complejidad creciente, podemos considerar un sistema conectado a travs de una nica red, como una red de conmutacin de circuitos o de conmutacin de paquetes. Un ejemplo de esta situacin es el nivel de paquetes del estndar X.25.La Figura 2.11 muestra cmo la presencia de una red se encuadra dentro de la arquitectura OSI. Las tres capas inferiores estnrelacionadas con la conexin y la comunicacin con la red. Los paquetes creados por el sistemafinal pasan a travs de uno o ms nodos de la red, que actan como retransmisores entre los dossistemas finales. Los nodos de la red implementan las capas 1 a 3 de la arquitectura. En la figuraanterior se muestran dos sistemas finales conectados a travs de un nico nodo de red. La capa 3en el nodo realiza las funciones de conmutacin y encaminamiento. Dentro del nodo, existen dos capas del enlace de datos y dos capas fsicas, correspondientes a los enlaces con los dos sistemas finales. Cada capa del enlace de datos (y fsica) opera independientemente para proporcionar el servicio a la capa de red sobre su respectivo enlace. Las cuatro capas superiores son protocolos extremo-a-extremo entre los sistemas finales. En el otro extremo de complejidad, una configuracin para la capa de red puede consistir en dos sistemas finales que necesitan comunicarse sin estar conectados a la misma red. Ms bien, su-pondremos que estn conectados a redes que, directa o indirectamente, estn conectadas entre s. Este caso requiere el uso de alguna tcnica de interconexin entre redes.

Figura 2.11. Utilizacin deun retransmisor.

Capa de transporte

La capa de transporte proporciona un mecanismo para intercambiar datos entre sistemas finales. El servicio de transporte orientado a conexin asegura que los datos se entregan libres de errores, en orden y sin prdidas ni duplicaciones. La capa de transporte tambin puede estar involucrada en la optimizacin del uso de los servicios de red, y en proporcionar la calidad del servicio solicitada. Por ejemplo, la entidad de sesin puede solicitar una tasa mxima de error determinada, un retardo mximo, una prioridad y un nivel de seguridad dado. El tamao y la complejidad de un protocolo de transporte dependen de cmo de fiables sean los servicios de red y las redes subyacentes. Consecuentemente, ISO ha desarrollado una familia de cinco protocolos de transporte normalizados, cada uno de ellos especificado para un determinado servicio subyacente. En la arquitectura de protocolos TCP/ IP se han especificado dos protocolos para la capa de transporte: el orientado a conexin, TCP (Protocolo de Control de la Transmisin, Transmission Control Protocol) y el no orientado a conexin UDP (Protocolo de Datagrama de Usuario, User Datagram Protocol).

Capa de sesin

Las cuatro capas inferiores del modelo OSI proporcionan un medio para el intercambio fiable de datos permitiendo, a su vez, distintos niveles de calidad de servicio. Para muchas aplicaciones, este servicio bsico es, a todas luces, insuficiente. Por ejemplo, una aplicacin de acceso a un terminal remoto puede requerir un dilogohalf-duplex. Por el contrario, una aplicacin para el procesamiento de transacciones puede necesitar la inclusin de puntos de comprobacin en el flujo detransferencia para poder hacer operaciones de respaldo y recuperacin. De igual manera, otra aplicacin para procesar mensajes puede requerir la posibilidad de interrumpir el dilogo, generar nuevos mensajes y, posteriormente, continuar el dilogo desde donde se interrumpi.

Todas estas capacidades se podran incorporar en las aplicaciones de la capa 7. Sin embargo,ya que todas estas herramientas para el control del dilogo son ampliamente aplicables, parece lgico organizarlas en una capa separada, denominada capa de sesin.

La capa de sesin proporciona los mecanismos para controlar el dilogo entre las aplicacionesde los sistemas finales. En muchos casos, los servicios de la capa de sesin son parcialmente, oincluso, totalmente prescindibles. No obstante, en algunas aplicaciones su utilizacin es ineludible.La capa de sesin proporciona los siguientes servicios:

Control del dilogo: ste puede ser simultneo en los dos sentidos (full-duplex) o alternado en ambos sentidos (half-duplex).

Agrupamiento:el flujo de datos se puede marcar para definir grupos de datos. Por ejemplo, si una empresa o almacn est transmitiendo los datos correspondientes a las ventas haciauna oficina regional, stos se pueden marcar de tal manera que se indique por grupos el final de las ventas realizadas en cada departamento. Este servicio permitira que el computador destino calcule los totales de las ventas realizadas en cada departamento.

Recuperacin: la capa de sesin puede proporcionar un procedimiento de puntos de comprobacin, de forma que si ocurre algn tipo de fallo entre puntos de comprobacin, la entidad de sesin puede retransmitir todos los datos desde el ltimo punto de comprobacin.

ISO ha definido una normalizacin para la capa de sesin que incluye como opciones los servicios que se acaban de describir.

Capa de presentacin

La capade presentacin define elformato delos datos que sevan aintercambiarentre las aplicaciones y ofrece a los programas de aplicacin un conjunto de servicios de transformacin de datos. La capa de presentacin define la sintaxis utilizada entre las entidades de aplicacin y proporciona los medios para seleccionar y modificar la representacin utilizada. Algunos ejemplos de servicios especficos que se pueden realizar en esta capa son los de compresin y cifrado de datos.

Capa de aplicacin

La capa de aplicacin proporciona a los programas de aplicacin un medio para que accedan al entorno OSI. A esta capa pertenecen las funciones de administracin y los mecanismos genricos necesarios para la implementacin de aplicaciones distribuidas. Adems, en esta capa tambin residen las aplicaciones de uso general como, por ejemplo, la transferencia de archivos, el correo electrnico y el acceso desde terminales a computadores remotos, entre otras.

El Modelo TCP/IP

El modelo de referencia TCP/IP es muy usado actualmente como base de la Internet. Originalmente diseado para la red ARPANET, este protocolo fue adquiriendo popularidad conforme ha ido creciendo la Internet. El modelo consta solo de 4 capas: la capa 'host-to-network' que incluye a las capas fsica y de enlace de datos del modelo OSI; la capa internet que corresponde con la capa de red de OSI; las capas de transporte y de aplicacin que son similares a sus contrapartes OSI.

LAS CAPAS DE TCP/IP

El modelo TCP/ IP estructura el problema de la comunicacin en cinco capas relativamente inde-pendientes entre s:

Capa fsica.

Capa de acceso a la red.

Capa internet.

Capa extremo-a-extremo o de transporte.

Capa de aplicacin.Lacapa fsicadefine la interfaz fsica entre el dispositivo de transmisin de datos (por ejemplo, laestacin de trabajo o el computador) y el medio de transmisin o red. Esta capa se encarga de laespecificacin de las caractersticas del medio de transmisin, la naturaleza de las seales, la velocidad de datos y cuestiones afines.Lacapa de acceso a la redes responsable del intercambio de datos entre el sistema final (servidor, estacin de trabajo, etc.) y la red a la cual est conectado. El emisor debe proporcionar a la red la direccin del destino, de tal manera que sta pueda encaminar los datos hasta el destino apropiado. El emisor puede requerir ciertos servicios que pueden ser proporcionados por el nivel de red, por ejemplo, solicitar una determinada prioridad. El software en particular que se use en esta capa depender del tipo de red que se disponga. As, se han desarrollado, entre otros, diversos estndares para la conmutacin de circuitos, la conmutacin de paquetes (por ejemplo, retransmisin de tramas) y para las redes de rea local (por ejemplo, Ethernet). Por tanto, tiene sentido separar en una capa diferente todas aquellas funciones que tengan que ver con el acceso a la red. Haciendo esto, el software de comunicaciones situado por encima de la capa de acceso a la red no tendr que ocuparse de los detalles especficos de la red a utilizar. El software de las capas superiores debera, por tanto, funcionar correctamente con independencia de la red a la que el computado rest conectado.

Para sistema finales conectados a la misma red, la capa de acceso a la red est relacionada con el accesoy encaminamientode losdatos. Ensituaciones enlas quelos dos dispositivos estn conectados a redes diferentes, se necesitarn una serie de procedimientos que permitan que los datosatraviesen las distintas redes interconectadas. sta es la funcin de la capa internet. El protocolo internet (IP,Internet Protocol) se utiliza en esta capa para ofrecer el servicio de encaminamiento atravs de varias redes. Este protocolo se implementa tanto en los sistemas finales como en los en-caminadores intermedios. Un encaminador es un procesador que conecta dos redes y cuya funcin principal es retransmitir datos desde una red a otra siguiendo la ruta adecuada para alcanzar al destino.Independientemente de la naturaleza de las aplicaciones que estn intercambiando datos, es usual requerir que los datos se intercambien de forma fiable. Esto es, sera deseable asegurar que todos los datos llegan a la aplicacin destino y en el mismo orden en el que fueron enviados. Los mecanismos que proporcionan esta fiabilidad son esencialmente independientes de la naturaleza intrnseca de las aplicaciones. Por tanto, tiene sentido agrupar todos estos mecanismos en una capa comn compartida por todas las aplicaciones; sta se denominacapa extremo-a-extremo,o capa de transporte. El protocolo para el control de la transmisin, TCP(Transmission Control Protocol), es el ms utilizado para proporcionar esta funcionalidad.

Finalmente, lacapa de aplicacin contiene toda la lgica necesaria para posibilitar las distintasaplicaciones de usuario. Para cada tipo particular de aplicacin, como por ejemplo, la transferenciade archivos, se necesitar un mdulo bien diferenciado FUNCIONAMIENTO DE TCP E IP

La Figura 2.13 muestra cmo se configuran los protocolos TCP/ IP. Para poner de manifiesto que elconjunto total de recursos para la comunicacin puede estar formado por varias redes, a dichas redes constituyentes se les denomina subredes. Para conectar un computador a una subred se utiliza algn tipo de protocolo de acceso, por ejemplo, Ethernet. Este protocolo permite al computadorenviar datos a travs de la subred a otro computador o, en caso de que el destino final est en otrasubred, a un dispositivo de encaminamiento que los retransmitir. IP se implementa en todos lossistemas finales y dispositivos de encaminamiento. Acta como un porteador que transportara bloques de datos desde un computador hasta otro, a travs de uno o varios dispositivos de encamina-miento. TCP se implementa solamente en los sistemas finales, donde supervisa los bloques de da-tos para asegurar que todos seentregan deforma fiable alaaplicacin apropiada.

Para tener xito en la transmisin, cada entidad en el sistema global debe tener una nica direccin. En realidad, se necesitan dos niveles de direccionamiento. Cada computador en una subreddada debe tener una direccin de internet nica que permita enviar los datos al computador adecuado. Adems, cada proceso que se ejecute dentro de un computador dado debe tener, a su vez una direccin que sea nica dentro del mismo. Esto permite al protocolo extremo-a-extremo (TCP)entregar los datos al proceso adecuado. Estas ltimas direcciones se denominan puertos.

A continuacin se va a describir paso a paso un sencillo ejemplo. Supngase que un proceso, asociado al puerto 1 en el computador A, desea enviar un mensaje a otro proceso, asociado al puerto 2 del computador B. El proceso en A pasa el mensaje a TCP con la instruccin de enviarlo al puerto 2 del computador B. TCP pasa el mensaje a IP con la instruccin de enviarlo al computador B. Obsrvese que no es necesario comunicarle a IP la identidad del puerto destino. Todo lo que necesita saber es que los datos van dirigidos al computador B. A continuacin, IP pasa el mensaje a la capa de acceso a la red (por ejemplo, a la lgica de Ethernet) con el mandato expreso de enviarloal dispositivo deencaminamiento J(el primersalto en elcaminohacia B)

Figura 2.13. Conceptosde TCP/IP

Para controlar esta operacin se debe transmitir informacin de control junto con los datos de usuario, como as se sugiere en la Figura 2.14. Supongamos que el proceso emisor genera un bloque de datos y lo pasa a TCP. TCP puede que divida este bloque en fragmentos ms pequeos para hacerlos ms manejables. A cada uno de estos fragmentos le aade informacin de control, denominada cabecera TCP, formando un segmento TCP. La informacin de control la utilizar la entidad par TCP en el computador B. Entre otros, en la cabecera se incluyen los siguientes campos: Puerto destino:cuando la entidad TCP en B recibe el segmento, debe conocer a quin se le deben entregar los datos. Nmero de secuencia: TCP numera secuencialmente los segmentos que enva a un puerto destino dado para que, si llegan desordenados, la entidad TCP en B pueda reordenarlos. Suma de comprobacin: a entidad emisora TCP incluye un cdigo calculado en funcin del resto del segmento. La entidad receptora TCP realiza el mismo clculo y compara el resultado con el cdigo recibido. Si se observa alguna discrepancia implicar que ha habido algn error en la transmisin. A continuacin, TCP pasa cada segmento a IP con instrucciones para que los transmita a B. Estos segmentos setransmitirnatravsdeunaovariassubredesysernretransmitidosenuno.

A continuacin, TCP pasa cada segmento a IP con instrucciones para que los transmita a B. Estos segmentos se transmitirn a travs de una o varias subredes y sern retransmitidos en uno o ms dispositivos de encaminamiento intermedios. Esta operacin tambin requiere el uso de in-formacin de control. As, IP aade una cabecera de informacin de control a cada segmento para formar lo que se denomina un

datagrama IP. En la cabecera IP, adems de otros campos, seincluir la direccin del computador destino (en nuestro ejemplo B).

Finalmente, cada datagrama IP se pasa a la capa de acceso a la red para que se enve a travsde la primera subred. La capa de acceso a la red aade su propia cabecera, creando un paquete, o trama. El paquete se transmite a travs de la subred al dispositivo de encaminamiento J. La cabecera del paquete contiene la informacin que la subred necesita para transferir los datos. La cabecera puede contener, entre otros, los siguientes campos: Direccin de la subred destino: la subred debe conocer a qu dispositivo se debe entregar el paquete.

Funciones solicitadas: el protocolo de acceso a la red puede solicitar la utilizacin de ciertasfunciones ofrecidas por la subred, por ejemplo, la utilizacin de prioridades.

En el dispositivo de encaminamiento J, la cabecera del paquete se elimina y, posteriormente, seexamina la cabecera IP. El mdulo IP del dispositivo de encaminamiento direcciona el paquete atravs de la subred 2 hacia B basndose en la direccin destino que contenga la cabecera IP. Parahacer esto, se le aade al datagrama una cabecera de acceso a la red.Cuando se reciben los datos en B, ocurre el proceso inverso. En cada capa se elimina la cabe-cera correspondiente y el resto se pasa a la capa inmediatamente superior, hasta que los datos deusuario originales alcancen al proceso destino.Como nota final, recurdese que el nombre genrico del bloque de datos intercambiado en cualquier nivel se denomina unidad de datos del protocolo(PDU,Protocol Data Unit ). Consecuentemente, elsegmento TCP esla PDUdel protocolo TCP.

APLICACIONES TCP/IP

Se han normalizado una serie de aplicaciones para funcionar por encima de TCP. A continuacin se mencionan tres de las ms importantes. El protocolo simple de transferencia de correo (SMTP,Simple Mail Transfer Protocol)proporciona una funcin bsica de correo electrnico. Este protocolo establece un mecanismo para transferir mensajes entre computadores remotos. Entre las caractersticas de SMTP cabe destacar la utilizacin de listas de mensajera, la gestin de acuses de recibo y el reenvo de mensajes. El protocoloSMTP noespecifica cmo secrean los mensajes.Para estefin senecesitaun programa de correo electrnico nativo o un editor local. Una vez que se ha creado el mensaje, SMTP lo acepta y, utilizando TCP, lo enva al mdulo SMTP del computador remoto. En el receptor, el mdulo SMTP utilizar su aplicacin de correo electrnico local para almacenar el mensaje recibido en el buzn de correo del usuario destino.El protocolo de transferencia de archivos (FTP,File Transfer Protocol) se utiliza para enviar archivos de un sistema a otro bajo el control del usuario. Se permite transmitir archivos tantode texto como en binario. Adems, el protocolo permite controlar el acceso de los usuarios. Cuan-do un usuario solicita la transferencia de un archivo, FTP establece una conexin TCP con el sistema destino para intercambiar mensajes de control. Esta conexin permite al usuario transmitir suidentificador y contrasea, adems de la identificacin del archivo junto con las acciones a realizarsobre el mismo. Una vez que el archivo se haya especificado y su transferencia haya sido aceptada, se establecer una segunda conexin TCP a travs de la cual se materializar la transferencia. El archivo se transmite a travs de la segunda conexin, sin necesidad de enviar informacin extra o cabeceras generadas por la capa de aplicacin. Cuando la transferencia finaliza, se utiliza la conexin de control para indicar la finalizacin. Adems, esta misma conexin estar disponible para aceptar nuevas rdenes de transferencia.

TELNETfacilita la realizacin de conexiones remotas, mediante las cuales el usuario en un terminal o computador personal se conecta a un computador remoto y trabaja como si estuviera conectado directamente a ese computador. El protocolo se dise para trabajar con terminales poco sofisticados en modo(avance de pantalla). En realidad, TELNET se implementa en dos m-dulos: elusuario TELNET interacta con elmdulo deE/S para comunicarse con un terminal lo-cal. Este convierte las particularidades de los terminales reales a una definicin normalizada de terminal dered yviceversa. Elservidor TELNETinteracta conla aplicacin, actuando comoun sustituto del gestor del terminal, para que de esta forma el terminal remoto le parezca local a la aplicacin. El trfico entre el terminal del usuario y el servidor TELNET se lleva a cabo sobre una conexin TCP

Canal

Receptor

Emisor

Ruido

Voz

Receptor

Telefono

Emisor

Telefono

Canal

Convertir a una forma adecuada

Convertir a la forma original

Recibir

Transmitir

Fuente de la Seal