Tema1 comunicacion de datos

8/19/2019 Tema1 comunicacion de datos

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Comunicación de datos TEMA 2: Técnicas de comunicación

de datos digitales

Ingeniería en Telemática IV año.

Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua, León


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Objetivos

Estudiar el comportamiento de la transmisión síncrona y asíncrona.

Implementar códigos detectores y correctores de errores en la transmisión de datos.

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Introducción

La transmisión de una cadena de bits desde un dispositivo a otro, a través de una línea de

transmisión, implica un alto grado de cooperación entre ambos extremos

Uno de los requisitos es la sincronización común en el receptor y el transmisor

El receptor debe saber la velocidad a la que se están recibiendo los datos, para que pueda

muestrear la línea a intervalos constantes de tiempo y determinar cada uno de los bits

recibidos

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Capa de enlace

Es una capa lógica adicional sobre el nivel físico para controlar y gestionar el intercambio de

información de un equipo a otro adyacente. Objetivos:

Sincronización de la trama.

Control de flujo.

Direccionamiento.

Datos y control sobre el mismo enlace.

Gestión del enlace.

Los problemas de temporización requieren de mecanismo para sincronizar al transmisor y alreceptor.

Dos soluciones:

Transmisión Asíncrona

Transmisión Síncrona

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Es uno de los dos enfoques utilizado para resolver el problema de la sincronización

El problema de la sincronización se evita no enviando cadenas de bit largas de forma

ininterrumpida

En su lugar, los datos se transmiten enviándolos carácter a carácter

La sincronización se debe mantener solamente durante la duración del carácter, ya que el

receptor tiene la oportunidad de resincronizarse al principio de cada nuevo carácter

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Cada carácter se trata independientemente

El primer bit de cada carácter es un bit de comienzo que alerta al receptor sobre la llegada

del carácter

El receptor muestrea cada bit del carácter y busca el comienzo del siguiente

Esta técnica puede que no funcione en bloques de datos excesivamente largos debido a que

el reloj del receptor podría perder el sincronismo respecto al emisor.

La duración de cada bit la deciden el transmisor y el receptor.

Tiene un alto overhead, de 2 a 3 bits por cada carácter.

Usada cuando los datos a transmitir son generados en forma aleatoria o esporádica. Por

ejemplo: teclado.

La línea está ociosa en intervalos aleatorios.

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Bit

de

comienzo

Bit

P

Elemento

de parada

(a) Formato de un carácter

1

0

Estado de reposo

de la línea 1 a 2 bitsde 5 a 8 bits de datos

Impar, par o no

utilizada

Permanece en

reposo o siguiente

bit de comienzo

Bit de

comienzo

011 1 0 0 0 1

Elemento

de parada

Bit de

comienzo

0 11 0 11 0 0

Elemento

de parada

Intervalo de tiempo impredecible

entre dos caracteres


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111111111011 1


9

Dirección de flujo

0 11111011 1

0 11111011 1 0 00010111 1 0

Bit de inicio Bit de paradaDatos

Intervalos entre unidades de datos


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Comportamiento:

En un flujo estable, el intervalo entre caracteres es uniforme (la longitud de un elemento de

parada).

En estado pasivo, el receptor busca una transición de 1 a 0

Luego muestrea los próximos 7 intervalos (la longitud del caracter)

Luego busca el siguiente cambio de 1 a 0 que indicará el inicio del próximo caracter

Simple

Barato

Overhead de 2 a 3 bits por caracter (20%)

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La transmisión de datos en bloques grandes es más eficaz que la transmisión carácter a

carácter

Cada bloque de datos forma una trama que incluirá, entre otros campos, los delimitadores

de principio y de fin

Al transmitir la trama se empleará alguna técnica de sincronización (Ej: Manchester)

Cada bloque de bits se transmite como una cadena estacionaria sin utilizar códigos decomienzo o de parada

El bloque puede tener una longitud de muchos bits

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Para prevenir la pérdida de sincronismo entre el emisor y el receptor, sus relojes se deberán

sincronizar de alguna manera:

Proporcionar la señal de reloj a través de una línea independiente

Uno de los extremos enviará regularmente un pulso de corta duración

El otro extremo utilizará esta señal a modo de reloj

A distancias cortas esta técnica funciona bien, pero a distancias superiores puedenaparecer errores de sincronización

Incluir la información relativa a la sincronización en la propia señal de datos

En señalización digital, esto se puede llevar a cabo mediante la codificaciónManchester o Manchester diferencial

Además se requiere de un nivel de sincronización adicional para que el receptor puedadeterminar dónde está el comienzo y el final de cada bloque de datos

Para ello cada bloque comienza con un patrón de bits denominado preámbulo y termina conun patrón de bits denominado final

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Además se añaden otros bits que se utilizan en los procedimientos de control del enlace

Al conjunto de bits formados por los datos más el preámbulo más los bits de final junto con lainformación de control se le denomina trama

El receptor buscará la aparición del delimitador que determina el comienzo de la trama

Este delimitador estará seguido por:

Algunos campos de control

El campo de datos (de long. variable)

Más campos de control

Y por último se repetirá el delimitador indicando el final de trama

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Delimitador de

8 bits

Campos de

control

Campos de

control

Delimitador de

8 bits

Campo de datos

Formato de una trama síncrona

Preámbulo

Final de la

trama


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Se necesita indicar el inicio y el fin de cada bloque de transmisión

Se puede emplear un preámbulo y un final

Ejemplo:

Una serie de caracteres SYN (Hex 16)

Un bloque de 11111111 y un patrón de 11111110 para el final Un bloque de de 01111110 para cualquiera de los dos casos

Más eficiente (tiene un menor overhead) que la transmisión asíncrona para tramas de más

de 32 bits Trama: datos + información de control

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Problema de transparencia

No transparencia: Es cuando el nivel de enlace le dice al nivel de red: “me puedes enviar

cualquier cosa menos F” entonces el mecanismo no es transparente.

Transparencia: El nivel de enlace no le debe limitar nada al nivel de red (el nivel de enlace es

capaz de enviar cualquier dato del nivel de red)

Para ello hacemos uso de caracteres de escape (ESC) (DLE, Data Link Escape)

Inserción de un 0 después de 5 bits consecutivos de 1 de datos

En el transmisor:

Si encuentra una secuencia de 5 unos seguidos, inserta un 0 después de esta

secuencia. De esta forma la única secuencia de seis 1 seguidos transmitida es F

En el receptor:

Si encuentra una secuencia de cinco 1 seguidos, elimina el 0 que viene después de

la secuencia. Si encuentra una secuencia de seis 1 seguidos la interpreta como un

guión

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Problema de transparencia

Ejemplo:

Si queremos transmitir la trama:

1011011111101110111111111111001

Realmente transmitimos:

01111110 1011011111 0 10111011111 0 11111 0 11001

01111110

Hemos insertado tres 0. La trama ha sido delimitada correctamente

El receptor quitará los tres 0 insertados y obtendrá la trama original

Aquí el problema es la pérdida de eficiencia ¿Por qué?

En el peor de los casos (cuando todos los bit de la trama que queremos transmitir estén a 1)de cada 6 bits recibidos 5 serán útiles, entonces obtenemos una eficiencia de 5/6 (eficiencia

= bits útiles/bits totales)

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Tipos de errores

En los sistemas de transmisión digital se dice que ha habido un error cuando se altera un bit

Existen dos tipos de errores:

Errores aislados

Corresponden con eventualidades que alteran un solo bit, sin llegar a afectar al resto

Errores a ráfagas Se dice que ha habido un ráfaga de longitud B cuando se recibe una secuencia de B

bits en la que el 1ero, el último y cualquier número de bits intermedios son erróneos

Un error aislado se puede dar en presencia de ruido blanco

En cambio las ráfagas son más frecuentes y difíciles de tratar, estas pueden estar causadaspor ruido impulsivo

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Tipos de errores

Detección de errores:

Se lleva a cabo calculando un código en función de los bits de entrada

El código se añade a los bits a transmitir

El receptor calcula el código en función de los bits recibidos y lo compara con el código

recibido

Corrección de errores:

Opera de forma similar a la detección de errores

Pero aquí será posible corregir ciertos errores en la secuencia de bits recibida

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Detección de errores

Dada una trama de bits, se añaden bits adicionales por parte del transmisor para formar un

código con capacidad de detectar errores

Este código se calculará en función de los otros bits que se vayan a transmitir

Para un bloque de datos de k bits, el algoritmo de detección de errores utiliza un código de

n - k bits, siendo (n - k) < k

El código de detección de errores (bits de comprobación) se añade al bloque de datos paragenerar la trama de n bits de longitud, que será posteriormente transmitida

El receptor separará la trama recibida en los k bits de datos y los (n - k) bits

correspondientes al código de detección de errores

El receptor realizará el mismo cálculo sobre los bits de datos recibidos y comparará el

resultado con los bits recibidos en el código de detección de errores

Se detectará un error si, y solamente si, los dos resultados no coinciden

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Transmisor

Receptor

Datos

K bits

E = f(data)

Datos

n- k bits

nbits

Datos´

E´ = f(data´) COMPARA

R

Procedimiento para detectar errores


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Comprobación de paridad

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Consiste en añadir un bit de paridad al final de cada bloque de datos

EL valor de este bit se determina de tal forma que el carácter resultante tenga un número

impar de unos (paridad impar) o un número par (paridad par)

Ejemplo:

Utilizando paridad impar

1 1 1 1 0 0 0 1 0

Bit de paridadTransmisor Receptor

1 1 0 1 0 0 0 1 0

Bit de paridad

¿Cuántos unos hay?

¿Es par?

¿Es impar?

COMPARAMOS

ERROR


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Comprobación de paridad

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Si dos (o cualquier número par) de bits se invierten debido a un error, aparecerá un error no

detectado

Normalmente se utiliza paridad par para la transmisión síncrona y paridad impar para la

asíncrona


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La paridad de bloque

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También pude ser par o impar. Se trata de organizar la información por bloques,

componiendo una tabla de m x m bits. A continuación se extraen los bits de paridad por filasy por columnas. Por último se envían por la línea de transmisión, junto con los bits

constitutivos del mensaje, los bits de paridad calculados.

La paridad por bloques no sólo detecta, sino que además sabe dónde se ha producido el

error, que corresponderá a la intersección de la fila y la columna en los que falló la paridad,

con lo cual el receptor podrá codificar el BIT erróneo. La paridad es un método que en casossencillos no sólo permite detectar sino corregir errores.


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Código de redundancia cíclica (CRC)

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Uno de los códigos para la detección de errores más habitual y más potente son los de

comprobación de redundancia cíclica Funcionamiento:

Dado un bloque o mensaje de k bits, el transmisor genera una secuencia de (n – k) bits,denominada secuencia de comprobación de trama (FCS, Frame Check Sequence), de talmanera que la trama resultante, con n bits, sea divisible por algún número

predeterminado El receptor dividirá la trama recibida entre ese número y si no hay resto en la división,

supondrá que no ha habido errores

Algunas definiciones:

T = trama de n bits a transmitir

M = mensaje con k bits de datos, correspondientes con los primeros k bits de T

F = (n - k)bits de FCS, los últimos (n - k)bits de T

P = patrón de n – k + 1 bits; éste es el divisor elegido


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Código de redundancia cíclica (CRC)

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Ejemplo: [Usando Aritmética de módulo 2]

La aritmética de modulo 2 hace uso de sumas binarias sin acarreo (igual que XOR)

Sean:

mensaje D = 1010001101 (10 bits)

patrón P = 110101 (6 bits)

FCS R = a calcular


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Corrección de errores

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La detección de errores es una técnica útil

Esta técnica se incorpora en la mayoría de los protocolos de control del enlace (HDLC, High

level Data Link Control), al igual que en los protocolos de transporte (TCP)

¿Qué es lo malo de la detección de errores?

Necesitamos solicitar retransmisiones al emisor para que se nos envíen nuevamente los

datos (que nos habían llegado erróneos)

Apliquemos esto a enlaces satelitales (Aquí el retardo de propagación es muy elevado)

En enlaces de datos de gran longitud, un error en una trama aislada requerirá, la

retransmisión de muchas tramas

¿Qué necesitamos, para solventar lo anterior?

Sería deseable habilitar al receptor para que fuera capaz de corregir errores usando

exclusivamente los bits recibidos en la transmisión


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Transmisor

Datos

K bits

Codificador

FEC

Palabra - código

n bits

Receptor

Palabra - código

Decodificador

FEC

Datos

S i n

e r r o r e s

0

e r r o r e s n o

c o r r e g i b l e s

E r r o r e s d e t e c t a b

l e s

p e r o

n o

c o r r e g i b

l e s


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FEC = Forward Error Correction

Para cada bloque de datos de k bits se genera uno de n bits (n > k) denominado palabra

código, que es transmitido

La señal es capturada, para obtener una cadena de bits similar a la palabra código original,

pero posiblemente con errores

Este bloque se pasa al decodificador FEC

Si no ha habido errores, las palabras código son idénticas, se genera el bloque de datos

original

Las palabras códigos son diferentes, pero el decodificar FEC corrige los errores

Las palabras códigos son diferentes, pero el decodificar FEC no puede corregir loserrores

Las palabras códigos son diferentes, pero el decodificar FEC no detecta la ocurrencia los

errores


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¿Cómo es posible que el decodificador corrija los bits erróneos?

La corrección de errores funciona añadiendo redundancia al mensaje transmitido

La redundancia hace posible que el receptor deduzca cuál fue el mensaje original

Para ello necesitamos incluir suficiente información redundante en cada bloque de datostransmitidos para que el receptor pueda deducir lo que debió ser el carácter transmitido

Para esto necesitamos utilizar una estrategia conocida como códigos de corrección de errores,el uso de códigos de corrección de errores usualmente se conoce como corrección de erroreshacia adelante

¿Dónde debemos utilizar corrección de errores y donde detección de errores?

En los canales que son altamente confiables, como los de fibra óptica, es más económicoutilizar un código de detección de errores y simplemente retransmitir los bloques defectuosos

que surgen ocasionalmente En los canales que causan muchos errores, como los enlaces inalámbricos, es mejor agregar

la redundancia suficiente a cada bloque para que el receptor pueda descubrir cuál era elbloque original transmitido, en lugar de confiar en una retransmisión que también podría tener errores


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Para entender la manera en que pueden manejarse los errores, es necesario entender lo

que es en realidad un error

Por lo general una trama consiste en m bits de datos y r bits redundantes (verificación)

La longitud total de esa trama es de n bits (donde, n = m + r)

A una trama de n bits que contiene datos y bits de verificación se le conoce como palabra

codificada de n bits

Datos Redundancia

m bits r bits

n bits = m bits + r bits

Palabra codificada de

n bits


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Ejemplo:

Dadas dos palabras codificadas cualesquiera, digamos 10001001 y 10110001

Es posible determinar ¿En cuántos bits difieren estas dos palabras?

La cantidad de posiciones de bits en la que difieren 2 palabras codificadas se llama

distancia de Hamming

Si dos palabras codificadas están separadas una distancia de Hamming d, se requerirán d

errores de un bit para convertir una en la otra

1 0 0 0 1 0 0 1

1 0 1 1 0 0 0 1

I I D D D I I I

=

10001001

XOR 10110001

00111000

Difieren en tres bitsLa cantidad de bits a 1 en el resultado indica en

cuanto difieren estas 2 palabras


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Consideremos una técnica de código de bloque para corregir errores

Se quiere transmitir un bloque de datos con longitud k bits

En lugar de transmitir cada bloque de k bits, se asigna a cada secuencia de entrada una única palabra código de nbits

Para k = 2 y n = 5 se pueden realizar las siguientes asignaciones:

Bloque de datos Palabra código

00 00000

01 0011110 11001

11 11110

Supongamos que recibimos la siguiente palabra código: 00100 (No es una palabra código válida)

El receptor detecta un error

¿Puede ese error ser corregido?

Para convertir la palabra código 00000 en 00100 sólo se necesita alterar 1 bit

Para convertir la palabra código 00111 en 00100 se necesitarían alterar 2 bits




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Se podría deducir que la palabra código enviada más probable fue 00000 y que por ende el bloque recibido es00

Esto es básicamente una corrección de errores

d(00000, 00100) = 1; d(00111, 00100) = 2;

d(11001, 00100) = 4; d(11110, 00100) = 3;

La regla es que si se recibe una palabra código inválida, entonces se selecciona la palabra código válida máscercana (a distancia mínima)

¿Qué pasa con la siguiente palabra código inválida?

01010

d(00000, 01010) = 2; d(00111, 01010)= 3;

d(11001, 01010)= 3; d(11110, 01010)= 2;

Aquí el receptor no tendría forma de elegir entre las dos alternativas (Se detecta el error pero no se corrige) REGLA: Esto sólo funciona si hay una única palabra código a la distancia mínima para cada palabra inválida

Se corrige cualquier error simple, y se detecta cualquier error doble.


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Interfaz de comunicación Características

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Mecánica

Entrada de conexión

Electrica

Voltaje, codificación , sincronismo

Funcionales

Envío de datos, control, sincronización

De procedimiento

Secuencia de eventos


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Interfaz RJ45

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Ethernet es una tecnología de transmisión a alta velocidad para redes de área local

utilizando un medio compartido. Permite transmitir información a velocidades de 10Mbps(Ethernet) y de 100Mbps (Fast Ethernet).

El interfaz 10BASET proporciona una velocidad de transmisión de 10 Mbps sobre dos pares

de cable trenzado de categoria 3 o superior según norma TIA/EIA 568-A. Uno de los pares

se utiliza para la transmisión de datos y el otro para la recepción. El conector utilizado es de8 pins tipo RJ45. El interfaz proporcionado soporta los modos de funcionamiento half-duplex

y full-duplex.

I f RJ45


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Interfaz RJ45

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Las siglas RJ-45 significa ("Registred Jack 45") ó Conector 45 registrado. Es un conector de

forma especial con 8 terminales, que se utilizan para interconectar computadoras y generar redes de datos de área local (LAN - red de computadoras cercanas interconectadas entre

sí). Se les llama puertos porque permiten la transmisión de datos entre un la red (periférico),

con las computadoras.

Especificaciones

Mecánica - Funcional

I t f RJ45


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Interfaz RJ45

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Especificaciones eléctricas:

La codificación Manchester, también denominada codificación bifase-L, es un método de

codificación eléctrica de una señal binaria en el que en cada tiempo de bit hay una

transición entre dos niveles de señal. Es una codificación autosincronizada, ya que en

cada bit se puede obtener la señal de reloj, lo que hace posible una sincronización

precisa del flujo de datos. Una desventaja es que consume el doble de ancho de banda

que una transmisión asíncrona.

Para representar un 1, la tarjeta de red emite un voltaje en forma de señal cuadrada que

baja de +0,85V a −0,85V. El 0 se representa con una señal que sube de −0,85V a

+0,85V.

La no-transmisión (idle) puede ser reconocida fácilmente cuando el voltaje en la línea es

0.

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