COMUN ICACIONES II

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES ALCIDES

CARRION

ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA DE SISTEMAS y COMPUTACION

Mg. Raúl D. CONDOR BEDOYA

CIP. 23384

2015

U N I D A D I :

M O D U L A C I O N E N S E Ñ A L E S A N A L O G I C A S Y D I G I T A L E S

1.1. CONCEPTOS BASICOS

- La demanda de Comunicación de Datos, la creciente integración de

computadoras y la comunicación como un solo Sistema. Ha llevado al

desarrollo de la industria con solo 3 décadas de antigüedad. Se estima en

el futuro, grandes avances donde la industria de la comunicación de

datos se ubicara dentro de los mas poderosas del mundo.

- Hoy en día la comunicación de datos es de vital importancia en el mundo

de los negocios, principalmente los que están dedicados al manejo

financiero y bancario, aunque es aplicable a todas las áreas.

- La comunicación de datos es el proceso de comunicar información en

forma binaria entre dos puntos. También se le llama comunicación entre

computadoras y aunque las mayoría de las informaciones se

intercambian entre las computadoras y sus periféricos.

1.2. ANTECEDENTES HISTORICOS DE LA COMUNICACIÓN DE DATOS

- En la actualidad utilizamos maquinas muy modernas y que realizan

funciones diversas, pueden transmitir y recibir informaciones en forma de

caracteres, símbolos, imágenes, sonidos, etc. El hombre primitivo utilizo

señales de humo, espejos, banderolas linternas, etc.

- El descubrimiento de la electricidad introdujo mucha ventajas e ideas

para diseñar sistemas y códigos de comunicación, tuvieron sus inicios en

el año de 1753.

- En 1833 CARL FREDERICK GAUSS utilizo código basado en matriz de 5x5.

- En 1874 EMIL BAUDOT ideo el código de longitud constante.

- En 1869 se desarrollo la tele impresora, la cual tenia la misma apariencia

de una maquina de escribir de teclado, poseía sus propios comandos

START/STOP al principio y al final de la comunicación.

- En 1876 se observo la resonancia de granos de carbón al ser expuestos a

un campo eléctrico, y en 1877 se instalo la primera línea telefónico entre

BOSTON y SUMMERVILLE en EE.UU.

- En los años 70 la aparición del micro computador y de los

microprocesadores, permitieron velocidades que dieron paso a los inicios

de la comunicación de datos; en los año 80 las comunicaciones tuvieron

sus inicios.

- En la actualidad se han presentado adelantos de la comunicación por

satélites, fibra óptica, comunicación inalámbrica, el eficiente uso de las

líneas de cobre (xDSL), se traza la perspectivas de sistemas de

comunicaciones poderosos y transmisión de datos, voz y video con mayor

velocidad y con mejor calidad, ubicando a la industria de comunicación de

datos como la industria del futuro.

1.3. TRANSMISION ANALOGICO

- La transmisión analógica es una forma de transmitir señales analógicas

(que pueden contener datos analógicos o datos digitales modulados). La

transmisión analógica es buena la señal con la distancia, para mejorar y

mantener la señal, utilizar amplificadores de señal cada cierta distancia.

VENTAJAS DE LAS SEÑALES ANALOGICAS:

- Se multeplexan fácilmente, es decir se pueden combinar para aumentar

el ancho de banda.

- Son mas vulnerables a los problemas de atenuación (perdida de señal)

debida a la distancia.

1.4. TRANSMISION DIGITAL

- Estos toman valores discretos y suelen representarse por una serie de

pulsos de tensión que representan los valores binarios de la señal. Una

señal digital es una serie de pulsos que se transmiten a través de un

cable ya que son pulsos eléctricos.

- La transmisión digital tiene problemas de que estas se atenúan y se

distorsionan con la distancia, por lo que cada cierta distancia hay que

implementar repetidores de señal.

- Las señales digitales se miden en ciclos, con cambios de ciclos de alto y

bajo .

- Las características son las siguientes:

Amplitud.- La fuerza de la señal, representada por la altura de la onda.

- Frecuencia.- La cantidad de veces que se repite la señal en un segundo,

sus unidades es el Hertz.

- Fase.- Estado relativo de una onda respecto a la otra, se mide en grados.

Son mas vulnerables a los problemas de atenuación (perdida de señal)

debida a la distancia.

- La señalización digital es el formato mas apropiado para transmitir los

datos de una computadora y la mayoría de redes emplea sus métodos por

dicha razón.

VENTAJAS.-

- Resultan ser económicos crear equipos digitales.

- Las señales digitales son menos vulnerables a los errores causados por

interferencias.

1.5. TECNICAS DE MODULACION EN SEÑALES ANALOGICOS DE DATOS

ANALOGICOS

La modulación consiste en combinar una señal de entrada con una señal

portadora para producir una señal cuyo ancho de banda este centrado en

torno a la frecuencia de la portadora.

Este proceso es necesario para transmitir datos digitales mediante señales

analógicas. Este proceso es necesario para transmitir señales analógicas sin

modular, tendríamos que utilizar enormes antenas y tampoco podríamos

utilizar técnicas de multiplexacion por división de frecuencias.

1.5.1. MODULACION EN AMPLITUD

Consiste en multiplicar la señal original por la portadora y de esta forma se

obtiene la forma original pero solo utilizando los máximos y los mínimos de la

señal modulada.

Hay una aproximación que utiliza solo la mitad del ancho de banda y se

necesita menos potencia para su transmisión. Pero esta aproximación y

otras quitan la portadora, con lo que se pierde el poder de sincronización de

la señal

1.6. TECNICAS DE MODULACION EN SEÑALES DIGITALES DE DATOS

ANALOGICOS

Para transmitir datos analógicos mediante señales digitales es preciso

realizar un proceso de digitalización de datos. Este proceso y el siguiente de

decodificación lo realiza un dispositivo llamado CODEC.

1.6.1. MODULACION POR CODIFICACION DE IMPULSOS

Se basa en el teorema de muestreo: “Si una señal f(t) se muestrea a

intervalos regulares de tiempo con una frecuencia mayor que el doble de la

Frecuencia significativa mas alta de la señal, entonces las muestras así

obtenidas contienen toda la información de la señal original”. La función f(t)

se puede reconstruir a partir de estas muestras mediante la utilización de un

filtro pasa-baja.

Es decir se debe muestrear la señal original con el doble de frecuencia que

ella, y con los valores obtenidos, normalizándoles a un numero de bits dado.

(por ejemplo, con 8 bits habría que distinguir 256 posibles valores de

amplitud de la señal original a cuantificar) se ha podido codificar dicha

señal.

En el receptor este proceso se invierte, desde luego que se pierde algo de

información al codificar, por lo que la señal obtenida no es exactamente igual

que la original (se ha introducido ruido de cuantización). Hay técnicas no

Lineales en la que es posible reducir el ruido de cuantizacion muestreando a

intervalos no siempre iguales.

1.7. TECNICAS DE MODULACION EN SEÑALES ANALOGICAS DE DATOS

DIGITALES

Para transmitir datos digitales mediante señales analógicos es necesario

convertir estos datos a un formato analógico. Para esto exigen técnicas de

codificación como:

1.7.1. DESPLAZAMIENTO DE AMPLITUD (ASK)

Los dos valores binarios se representan por dos valores de amplitud de la

portadora , por ejemplo s(t) = A.Cos (2pi.f.t) simboliza el bit 1, y s(t) = 0,

simboliza al bit 0. Aunque este método es muy sensible a cambios

repentinos de la ganancia , es muy utilizado en fibras ópticas (1 es presencia

de luz y 0 ausencia de luz).

1.7.2. DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK)

En este caso los valores binarios se representan por dos frecuencias

próximas a la portadora. Este método es menos sensible a errores que ASK y

se utiliza para mayores velocidades de transmisión, es decir para

transmisiones de teléfono a altas frecuencias y para LAN´s con cables

coaxiales.

1.7.3. DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK)

En este caso es la fase de la portadora la que se desplaza. Un bit 0 se

representa como una señal con igual fase que la señal anterior y un bit 1

como una señal con fase opuesta a la anterior enviada. Utilizando varios

ángulos de fase, uno para cada tipo de señal, es posible codificar mas bits

con iguales elementos de señal.

1.8. TECNICAS DE MODULACION EN SEÑALES DIGITALES DE DATOS DIGITALES

Una señal digital consiste en una serie de pulsos de tensión. Para datos digitales

no hay mas que codificar cada pulso como bit de datos. En una señal unipolar

(tensión siempre del mismo signo) habrá que codificar un 0 como una tensión

baja y un 1 como tensión alta (o al revés).

En una señal bipolar (positiva y negativa), se codifica 1 como una tensión

positiva y un 0 como tensión negativa (o al revés). La razón de datos de una

señal es la velocidad de transmisión expresada en bits por segundo, a la que

se transmiten los datos.

La razón de modulación es la velocidad con la que cambia el nivel de la

señal y depende del esquema de codificación elegido.

. Un aumento de la razón de datos aumentara la razón de error por bit.

. Un aumento de la relación señal-ruido (S/N) reduce la tasa de error por bit.

. Un aumento de ancho de banda permite un aumento en la razón de datos.

Para mejorar las prestaciones del sistema de transmisión, se debe utilizar un

buen esquema de codificación, que establece una correspondencia entre los

bits de los datos y los elementos de la señal.

Factores a tener en cuenta para utilizar un buen sistema de codificación:

- Espectro de la señal: La ausencia de componentes de altas frecuencias,

disminuye el ancho de banda. La presencia de componente continua en

la señal obliga a mantener una conexión física directa (propensa a

algunas interferencias). Se debe concentrar la energía de la señal en el

centro de la banda para que las interferencias sean las menores posibles.

- Sincronización: Para separar un bit de otro, se puede utilizar una señal

separada de reloj (lo cual es muy costoso y lento) o bien que la propia

señal porte la sincronización, lo cual implica un sistema de codificación

adecuado.

- Detección de errores: Es necesaria la detección de errores en la capa

física.

- Inmunidad al ruido e interferencias: Hay códigos mas robustos al ruido

que otros.

- Coste y Complejidad: El coste aumenta con el aumento de la razón de

elementos de señal.

1.8.1. NO RETORNO A CERO (NRZ)

Es el esquema mas sencillo, se codifica un nivel de tensión como 1 y una

ausencia de tensión como un 0 (o al revés).

VENTAJAS: Sencillez, fácil de implementar, uso eficaz del ancho de banda.

DESVENTAJAS: Presencia de componente en continua, ausencia de

capacidad de sincronización. Se suelen utilizar en grabaciones magnéticas.

1.8.2. RETORNO A CERO INVERTIDO (NRZI)

Consiste en codificar los bits cuando se producen cambios de tensión

(sabiendo que la duración de un bit, si hay un cambio de tensión, esto se

codifica como 1 y si no hay cambio se codifica como 0). A esto se le llama

Codificación Diferencial.

Lo que se hace es comparar la polaridad de los elementos de señal

adyacentes, haciendo posible detectar y soportar mejor la presencia de ruido

debido a que es mas difícil perder la polaridad de una señal cunado hay

dificultades de transmisión.

1.8.3. BINARIO MULTINIVEL

Este sistema intenta subsanar las deficiencias de NRZ utilizando el sistema

de codificar un 1 cada vez que se produce un cambio de nivel de la señal, y

codificando un 0 cuando no hay cambio de nivel (lo cual sigue siendo un

inconveniente para cadenas de ceros).

VENTAJAS: No hay problemas de sincronización con cadenas de 1 (aunque si

con cadenas de 0), no hay componente continua, ancho de banda menor

que en NRZ, la alternancia de pulsos permite la detección de errores.

DESVENTAJAS: Existen problemas de sincronización, es mas eficaz que el

NRZ, hay mayor tasa de errores que NRZ.

1.8.4. BIFASE

En la codificación Manchester siempre hay una transición en mitad del

intervalo de duración del bit (la mitad del bit se encarga de la sincronización)

En Manchester diferencial la transición en mitad del intervalo se utiliza solo

como sincronización y es la presencia de un cambio de tensión al inicio del

bit, lo que señala la presencia de un 0.

VENTAJAS: Sincronización, no tiene componente en continua, detección de

errores.

DESVENTAJAS: Se necesita mayor ancho de banda.

2.1. MÉTODOS DE MULTIPLEXACION

- La fuerte tendencia que motiva el uso de sistemas ópticos multicanal es

el enorme ancho de banda disponible en la fibra óptica.

- Un solo portador óptico puede ser modulado a 25,000 Gbps, ocupando

25,000 Ghz, que rodean 1.55 nanómetros.

- Esta tasa de transmisión es imposible lograr con los dispositivos actuales,

dado que los láseres, MODEMs externos, interruptores o detectores tienen

el ancho de banda de 100 Ghz.

- Seguidamente presentaremos las siguientes técnicas de multiplexacion:

2.2. METODO MULTIPLEXACION POR DIVISION DE TIEMPO, TDM

- El canal de 100 Gbps, se utiliza como una combinación de muchas

señales de baja-velocidad, dado que muy poca aplicaciones individuales

utilizan este alto ancho de banda.

- Estos canales de baja velocidad son multiplexados juntos en el tiempo,

para formar un canal de superior velocidad.

- Esta multiplicación en división por tiempo (TDM) puede lograrse en el

dominio eléctrico u óptico con cada canal de baja velocidad,

transmitiendo un bit (o asignación de bits conocidos como un paquete) en

un incremento de tiempo dado y a la espera de su turno para transmitir

otro bit, después de que todos los canales han tenido su oportunidad de

transmitir.

- TDM, es bastante popular en redes de comunicaciones actuales y es el

indicado para implementar una red óptica a velocidades menor de 100

Gbps.

- El esquema que se presenta no utiliza el todo del ancho de banda

disponible en la fibra, ya que esta limitado por la velocidad de

multiplexacion y por los componentes de demultiplexacion.

2.3. MULTIPLEXACION POR DIVISION DE LONGITUD DE ONDA , WDM

- Para aprovechar mas el bandwidth de la fibra, en el orden del THz, se

busca soluciones que reemplacen al TDM, la opcion es la WDM, en las

que los canales modulados se transmiten a lo largo de una sola fibra pero

con canales asignados a una longitud de onda diferente.

- Cada una de las N longitud de ondas diferentes, están operando a las

velocidades de Gbps, pero el sistema completo transmite múltiplos de N,

por la velocidad del canal individual.

- Los canales de WDM, están separados en la longitud de onda para evitar

el entrecruzamiento, cuando ellos sean multiplexados y demultiplexados a

través de una FO no ideal.

- WDM nos permite usar mucho mas ancho de banda de la fibra, aunque

varios dispositivos, sistemas y problemas de la red limitaran la utilización

total del BW.

- Cada canal WDM puede contener mas canales multiuplexados por tiempo

de velocidad menor.

2.4. MULTIPLEXACION DE SUBCARRIER, SCM

- En lugar de la modulación directa de un THz de onda portadora óptica

con 100 Mbps de datos, los datos se graban en una onda Subcarrier en el

orden de GHz, la que se inserta consecuentemente en el THz de la señal

portadora.

- La SCM es similar a la radio comercial en que se ponen muchas

estaciones de RF diferentes, tal que un receptor de la radio puede

sintonizar su filtro a un RF apropiado.

- La multiplexacion y la demultiplexacion de los canales SCM son

electrónicamente desarrollados, no ópticamente.

- La ventaja es en costo por usuario, es que varios canales pueden

compartir los mismos componentes ópticos costosos; los componentes

electrónicos son menos costosos que los ópticos.

2.5. MULTEPLEXACION POR DIVISION DE CODIGO, CDM

En lugar que cada canal ocupe una longitud de onda dada, frecuencia o

tiempo, cada canal transmite sus bits como una sucesión de pulsos

codificados en cada canal.

Esta transmisión codificada típicamente es lograda por la transmisión de una

única serie de pulsos cortos sincronizados.

Estos pulsos cortos se ubican dentro de pequeños lapsos de tiempo dentro

de un tiempo mayor. Todos los canales, cada uno con un código diferente,

puede transmitir en la misma fibra y asincronamente demultiplexada.

2.6. MULTIPLEXACION POR DIVISION DE ESPACIO, SDM

En el cual el camino es determinado por diferentes posiciones espaciales. La

tecnología para llevar a cabo los sistemas de velocidad moderada ya esta

comercialmente disponible. En contraste con los otros métodos, sin

embargo, cada método ocupa su propio coordenada espacial, y todos los

otros canales no pueden ser transmitidos simultáneamente en la misma

fibra. No se esta utilizando el ancho de banda completo de la fibra óptica,

pero se esta creando una matriz de alto ancho de banda respecto a la

conmutación en el espacio, con el resultado de que una alta capacidad de

switcheo global pueda desarrollarse.

2.7. WDM

Hasta fines de los 80, las comunicaciones de fibras ópticas eran confinadas

a transmitir en un solo sentido óptico. Debido a que la atenuación de la fibra

estaba envuelta, este canal requirió la regeneración periódica, el cual incluía

la detección, el proceso electrónico, y el transmisor óptico.

Después de que los nuevos amplificadores de nueva generación fueron

desarrollados, fue posible que se lograra la transmisión en una sola

dirección de gran velocidad sin repetidores. Podemos pensar en canales de

Gbps, como una sola vía de gran velocidad en una carretera en que los

automóviles son paquetes de datos ópticos y la carretera es la fibra óptica.

Sin embargo, la fibra óptica de 25 Thz puede acomodar mucho mas ancho

de banda que el trafico de una sola señal. Para aumentar la capacidad del

sistema, se puede transmitir diferentes longitudes de onda independientes

simultáneamente bajo una fibra para utilizar este enorme ancho de banda

de la fibra.

Por consiguiente, el intento era desarrollar una carretera con múltiples vías,

cada vía que representa datos que viajan en una longitud de onda diferente.

Asi, un sistema WDM permite a la fibra llevar mas throughput usando los

dispositivos selectivos de longitud de onda, el ruteo de señales

independientes.

Se espera que WDM fuera uno de los métodos de opción para los sistemas

de multicanal del alto ancho de banda en el futuro.

2.8. MODO DE TRANSFERENCIA ASINCRONO (ATM)

ATM es un protocolo definido por la Unión de Telecomunicaciones

Internacional (Sector de Regularización de Telecomunicaciones: ITU-T) para

la conmutación de celdas de datos, en donde la información para los

múltiples tipos de servicios, como voz, video o datos, se lleva en celdas

pequeñas y de tamaño fijo.

Las redes ATM son orientadas a la conexión y muchas funcionalidades aun

no están complemente estandarizadas.

2.8.1. DEFINICION DE ATM

ATM es una tecnología de comunicaciones diseñada para la transferencia a

gran velocidad de voz, video y datos a través de las redes publicas o

privadas, de una manera eficiente y rentable.

ATM esta basado en los esfuerzos del Grupo de estudios XVIII de la

International Telecomunication Union Standarization Sector (ITU-T),

anteriormente llamada como Comité Consultivo para la Telefonía y Telegrafía

Internacional: CCITT) y el Instituto Nacional de Normas Americana (ANSI),

para aplicar la tecnología de integración a gran escala (VLSI) en la

transmisión de datos dentro de las redes publicas.

Oficialmente la capa ATM del modelo Broadband Integrated Services Digital

Network (BISDN) se define por CCITT I.361

Los esfuerzos actuales por implementar la tecnología ATM en redes privadas

y garantizar la interoperabilidad entre las redes privadas y publicas, están

siendo realizadas por el forum ATM, el cual fue fundada conjuntamente por

Cisco Systems, NET/ADAPTUVE, Northern Telecom y Sprint.

2.8.2. ROL DEL ATM EN LAS REDES WAN

Hoy en día, el 90% del poder de la computación reside en las aplicaciones, y

ese poder viene creciendo exponencialmente. Las aplicaciones distribuidas

tienen cada vez mayor necesidad de ancho de banda y el crecimiento del

Internet está dirigiendo la mayoría de las arquitecturas LAN al límite. Las

comunicaciones de voz se han incrementado significativamente con el

confiable crecimiento de los sistemas de correos de voz centralizados para

comunicaciones verbales.

La red WAN esta siendo presionada para ser eficiente, rápida, reducir costos

y aún soportar nuevas aplicaciones y un mas alto numero de usuarios con

alta performance.

En la actualidad las LANs y WANs han permanecido lógicamente separadas.

En una LAN el ancho de banda libre y la conectividad esta únicamente

limitada por el hardware y costo de aplicación. LAN solo ha llevado datos. En

WAN el ancho de banda ha sido el sobrecosto y los tráficos sensible al delay

como la voz, ha permanecido hasta ahora separado de los datos.

El internet es la primera fuente para aplicaciones multimedia y esta

rompiendo las reglas. Tales aplicaciones sobre internet como la voz y video

en tiempo real requieren de una mejor performance de LAN y WAN.

Además, el internet requiere que la red WAN identifique el trafico LAN y por

ello la tendencia de integración de LAN/WAN.

2.8.3. REDES MULTIUSUARIO

ATM ha surgido como una de las tecnologías para la integración de LAN y

WAN. ATM puede soportar cualquier tipo de trafico en conductos separados o

juntos, tráficos sensibles al delay y trafico no sensible al delay, como se

muestra en la figura .2

En la figura 3 se muestra el formato de una celda ATM.

2.8.4. DISPOSITIVOS DE ATM

La red ATM esta compuesta de un switch ATM y equipos terminales ATM. Un

switch ATM es responsable del transito de las celdas a través de la red ATM.

El trabajo de un switch ATM en aceptar las celdas entrantes de un equipo

terminal ATM u otro switch ATM, leer y actualizar la información de la

cabecera de la celda y rápidamente entregar la celda mediante una interface

de alto rendimiento, hacia su destino. Un equipo terminal ATM contiene un

adaptador de interface a la red ATM.

Ejemplos de terminal ATM son estaciones de trabajo, routers, unidades de

servicios digitales (DSUs), LAN switchs, y los codificadores y decodificadores

de video (CODECs).

2.8.5. ESTANDARES

ATM esta basado en las normas de la UIT-T para la Red Digital de Servicios

Integrados de Banda Ancha, (BISDN). Inicialmente se concibió como una

tecnología de traslado de gran velocidad para voz, video y datos a través de

leas redes publicas.

El Forum ATM extendió la visión del UIT-T de ATM para el uso a través de las

redes públicas y privadas, tambien a publicado las siguientes

especificaciones:

User to Network Interface (UNI) 2.0, interface desde el usuario a la red.

UNI 3.0

UNI 3.1

Public Network Node Interface (PNNI), interface desde un nodo a la red

publica.

LAN Emulation (LANE).

2.8.6. AMBIENTE y ELEMENTOS DE LA RED ATM

ATM, consiste en una tecnología de multiplexacion y conmutación de celdas

que combina los beneficios de la “conmutación de circuitos” con los

beneficios de la conmutación de paquetes. Proporciona un ancho de banda

escalable de unos Mbps. Debido a su naturaleza asíncrona, ATM es mas

eficaz que las tecnologías síncronas, como la multiplexacion por división de

tiempos (TDM).

Con TDM, a cada usuario se le asigna una fracción de tiempo (Time Slot) y

ninguna otra estación puede enviar información en ese periodo de tiempo.

Como ATM es asíncrono, los periodos de tiempo están disponibles de

acuerdo a la demanda siendo capaz de adicionar información que identifica

a la fuente de transmisión, contenida en la cabecera de cada celda ATM.

Para el uso de ATM para combinar múltiples redes dentro de una red

multiservicio, los diseñadores de la red están desplegando la tecnología ATM

para migrar de las redes TDM por las siguientes razones siguientes:

- Para reducir el ancho de banda WAN.

- Para mejorar la performance.

- Para reducir el tiempo fuera de servicio.

2.8.7. FORMATO BASICO DE LA CELDA ATM

ATM transmite la información en unidades de tamaño fijos llamadas celdas.

Cada celda consiste de 53 octetos o bytes. Los primeros 5 bytes contienen

información de cabecera de la celda y los 48 bytes restantes contienen la

“carga útil” (información del usuario). Las celdas pequeñas de tamaño fijo

son muy adecuadas para transferir trafico de voz y video, por que dicho

trafico es intolerable a los retrasos, evitando tener que esperar demasiado

tiempo para que un paquete de datos sea procesado y transmitido.

2.8.8. INTERFASES ATM

Una red ATM consiste en un conjunto de switchs ATM interconectados por

enlaces ATM punto a punto. Los switchs ATM soportan dos tipos de interface

básicas:

- UNI (User to Network Interface), conecta sistemas ATM remotos (hosts y

routers) a un switch ATM central.

- NNI (Network to Network Interface), conecta dos switchs ATM.

Dependiendo de donde el switch se localiza en las instalaciones del cliente o

en un entorno publico u operado por una compañía proveedora UNI o NNI,

pueden subdividirse en UNI y NNI públicos o privados

- Un UNI privado conecta un ATM endpoint y un switch ATM privado.

Un UNI publico conecta un ATM endpoint o un switch ATM privado a un

switch ATM

- Un NNI privado conecta dos switch ATM dentro de la misma organización

privada.

Un NNI publico conecta dos switch ATM dentro de la misma organización

publica.

2.8.9. FORMATO DE LA CELDA ATM DE ACUERDO A SU INTERFACE

La celda ATM puede estar en uno de los dos formatos: UNI o NNI. La celda de

UNI se usa para la comunicación entre el ATM endpoints y switchs ATM en

redes ATM publicas o privadas, La celda NNI se usa para la comunicación

entre switchs ATM.

En la figura 7 se muestra el formato básico de la celda ATM, el formato de la

cabecera de una celda ATM UNI y el formato de la cabecera de la celda ATM

NNI.

A diferencia de NNI, la cabecera de UNI incluye el Campo Generic Flow

Control )mando de Flujo Genérico: GFC) tiene un mayor campo de Virtual

Path Identifier (Identificador del Camino Virtual: VPI) que ocupa los primeros

12 bits, disponibles para permitir troncales mas grandes entre los switchs

ATM.

2.8.10. CAMPOS EN LA CABECERA DE LA CELDA ATM

Además de los campos GFC y VPI, muchos otros se usan en la cabecera de la

celda ATM. Las descripciones siguientes resumen los campos de Cell Header

ATM como se ilustra en la figura 5:

Generic Flow Control (Mando de Flujo Genérico: GFC).- proporciona funciones

locales, como identificar estaciones múltiples que comparten una sola

interface ATM. Este campo no se utiliza típicamente y se pone el valor de

fabrica.

Virtual Path Indentifier (Identificador del Camino Virtual: VPI).- En conjunto

con el Virtual Channel Identifier (VCI), identifica el próximo destino de una

celda cuando esta pasa a través de un switch ATM.

Virtual Channel Identifier (Identificador del Camino Virtual: VCI).- En conjunto

con el VPI, identifica el próximo destino de una celda cuando esta pasa a

través del switch ATM.

Payload Type (Tipo de Carga Útil: PT).- Indica el primer bit, si la celda contiene

datos de usuario o datos de control, si la celda contiene datos de usuario, el

segundo bit indicara congestión y el tercer bit indicaría si la celda es la

ultima en una serie de celdas que representan un único frame AAL5.

Congestion Loss Priority (Prioridad de Perdida por Congestión: CLP).- Indica si

la celda debe desecharse, si algún switch se encuentra en estado de

congestión extrema, cuando esta se traslade a través de la red. Si el CLP es

igual a 1, la celda seria descartada de manera preferente, con relación a

celdas con el bit CLP igual a 0.

Header Error Control (Control de Error de Cabecera: HEC).- Calcula el

Checksum solo de la propia cabecera.

En la figura 8 se ilustra como VCs se encadenan para crear VPs, a su vez se

encadenan para crear .un camino de transición

4.1. PROTOCOLOS

- Es conjunto de reglas que posibilitan la transferencia de datos entre dos o

mas equipos de comunicaciones en forma segura y descifrables en

ambos extremos (transmisor y Receptor), haciendo posible la intersección

de dos maquinas o procesos iguales, que realizan funciones iguales.

- Los protocolos están basados en la Arquitectura de Niveles, cuyo

propósito es de reducir la complejidad de la comunicación de datos,

agrupando ciertas funciones en áreas de responsabilidad.

- Un interfaz es un conjunto de reglas que controlan la interacción entre

dos maquinas o procesos diferentes , como pueden ser un computador y

un modem.

- Los protocolos para comunicación entre maquinas funcionan de manera

similar a las reglas que gobiernan las conversaciones humanas, y se

utilizan por las mismas razones.

4.2. CARACTERISTICAS

- Cada nivel provee servicios a nivel superior y recibe servicios del nivel

inferior.

- Un mensaje proveniente de un nivel superior contiene una cabecera con

información a ser usada en el nodo receptor.

- El conjunto de servicios provee un nivel es llamado “Entidad” y cada

entidad consiste en un manejador(manager) y un elemento (worker).

4.3. ESTANDARES

4.3.1. OSI (INTERNATIONAL STANDARS ORGANIZATION)

En este modelo, el propósito de cada nivel, es proveer servicios al nivel

superior, liberándolo de los detalles de implementación de cada servicio. La

información que se envía de un computador a otro, debiendo pasar del nivel

superior al nivel inferior, atravesando todas los demás niveles de forma

descendente, dentro del computador que origina los datos.

4.3.2. IEEE (INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERS)

El modelo desarrollado por la IEEE, conocido también como el proyecto 802,

fue orientados a as redes locales. Este estándar esta de acuerdo con el

modelo ISO, difiriendo en el nivel de enlace de datos.

4.4. ELEMENTOS DE UN PROTOCOLO

Los elementos básicos de un protocolo son tres:

- Conjunto de caracteres.

- Conjunto de normas (códigos) para controlar la sucesión y la

temporización de los mensajes.

- Procedimientos para la detección y corrección de errores.

4.5. CLASIFICACION DE LOS PROTOCOLOS

4.5.1. DE ACUERDO A SU ESTRUCTURA

A) Protocolos Orientados A BIT

El protocolo se caracteriza en el que los bits por si solos pueden proveer

información, siendo estos muy eficientes por empaquetar en sus tramas

mucha información. Trabajan en tramas de longitud variable. Algunos

protocolos: HDCL, X25, Frame Relay.

B) Protocolos Orientados a BYTE

Son aquellos en las que la información viene provista por la conjunción de

bytes de información y bytes de control. Por lo general dichos bytes son

procesados bajo su forma de hexadecimal, formando las llamadas

caracteres de control, comandos, canales de multiplexacion. Algunos

protocolos: SDLC.

4.5.2. DE ACUERDO A SU COMPORTAMIENTO

A) Protocolos de Sondeo de Selección

Son aquellos que utilizan un DTE como nodo principal de canal. Este nodo

primario controla todas las demás estaciones y determina si los dispositivos

pueden comunicarse, si es afirmativo deben realizarlo. Ejemplo la SDLC y

HDCL.

B) Protocolos Peer to Peer

Son aquellos en las cuales ningún nodo es principal, todos los nodos poseen

la misma autoridad sobre el canal. Ejemplo PPP.

4.5.3. DE ACUERDO AL MODO DE TRANSFERENCIA DE LA INFORMACION

A) Protocolos Half-Duplex

Consiste en secuencias de códigos para una transmisión bidireccional pero

no al mismo tiempo. El protocolo de enlace mas usado es el binario (BSC:

Binary Synchronous Comunication), definido por la IBM, para enlaces punto

a punto y enlaces punto a multipunto.

B) Protocolos Full-Duplex

Donde el conjunto de códigos esta orientado a las aplicaciones en tiempo

real, la transmisión es bidireccional de manera simultanea, se utiliza

terminales que requieren protocolos para sus operaciones que incluye

detección de errores y un sistema de corrección, para prevenir la

interpretación errónea.

4.6. MODELO OSI

Es la arquitectura de red actual mas prominente, cuyo objetivo es, desarrollar

estándares para la interconexión de sistemas abiertos (Open System

Interconnection, OSI) . El termino OSI es el nombre que se da, al conjunto de

estándares para las comunicaciones entre las computadoras, terminales y

redes.

OSI es un modelo de 7 capas, cada capa define procedimientos y reglas

(protocolos normalizados) que los subsistemas de comunicaciones deben

seguir, para poder comunicarse con procesos correspondientes de otros

sistemas; siempre en cuando que tengan implementados los mismos

protocolos de comunicación de capa OSI.

Cada nivel tiene funciones definidas, que se interrelacionan con las

funciones de los niveles contiguos.

Los niveles inferiores definen el medio físico: conectores y componentes que

proporcionan comunicaciones de red, mientras que los niveles superiores

definen como acceden las aplicaciones a los servicios de comunicación.

Las normas OSI fomentan los entornos abiertos de conexión de red que

permite a los sistemas de computadoras de diversas marcas, comunicarse

unos con otros, mediante el uso de protocolos que los miembros del ISO han

aceptado internacionalmente.

4.6. 1. PRINCIPIOS

- Una capa se creará cuando se necesite un nivel diferente de abstracción.

- Cada capa debe ejecutar una función bien definida.

- Cada capa debe permitir definir protocolos normalizados

internacionalmente.

- Debe optimizarse el flujo de información entre capas.

- El numero de capas debe ser lo suficiente grande para que una capa no

realice mas de una función y lo suficiente pequeño para que la

arquitectura pueda ser manejable.

OSI no es una arquitectura de red, por que no especifica los servicios, ni los

protocolos usados en cada nivel, solo dice que debe hacer cada nivel. OSI

define los siguientes conceptos:

A) SERVICIO

Conjunto de primitivas operaciones que un nivel provee al nivel superior. El

servicio define que operaciones puede ejecutar el nivel, pero no dicen como

se implementan.

B) PROTOCOLO

Conjunto de reglas que gobiernan el formato y significado de las unidades de

datos de protocolo (PDU), ya sean frames, paquetes, mensajes o

datagramas; que son intercambiados por las entidades de una capa. Las

entidades utilizan protocolos para implementar la definición de sus servicios.

4.6.2. NIVELES

Cada nivel del modelo OSI, agrega una cabecera de información de control a

la data que recibe de un nivel superior. La información que se transmite a

nivel físico consiste la data del usuario final, ingresada en la aplicación y el

overhead, que consiste en las cabeceras y colas de control agregados a cada

nivel.

4.6.2.1. NIVEL FISICO (1)

Este nivel dirige la transmisión de flujos de bits, sin estructura aparente,

sobre un medio de conexión. Se encuentra relacionado con condiciones

eléctricas-ópticas, mecánicas y funcionales del interfaz al medio de

transmisión. A su vez esta encargado de aportar señal empleada para la

transmisión de los datos generados por los niveles superiores.

La capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas,

procedurales y funcionales para la activación, mantenimiento y desactivación

del enlace físico entre extremos de los sistemas.

Asimismo la capa física ve los niveles de voltaje, temporización de cambios

de voltaje, velocidad de datos físicos, distancias máximas de transmisión,

conectores físicos y entre otros.

Las características de este nivel se detallan a continuación:

- Transmisión de flujo de bits a través del medio físico (cable de cobre, UTP,

coaxial, fibra óptica, etc.)

- Maneja voltajes y pulsos eléctricos,

- Define las características físicas (componentes y conectores mecánicos).

- Define las características eléctricas (niveles de tensión).

- Define las características funcionales de la interfaz ( establecimiento,

mantenimiento y liberación del enlace físico.

- Solamente reconoce bits individuales, no reconoce caracteres ni tramas

multi carácter, por ejemplo RS-232, RS-449.

- Especifica cables, conectores y componentes de interfaz con el medio de

transmisión.

4.6.2.2. NIVEL DE ENLACE DE DATOS (2)

La capa de enlace, provee el transito confiable de datos a través de un

enlace físico, haciendo que la capa de enlace se preocupa de una dirección

física ( que es distinta a la red o lógica), la topología de red, la disciplina de la

línea, notificación de errores, despacho ordenado de tramas y control de

flujo.

Este nivel se encarga, en el computador de origen, de alojar en una

estructura lógica de agrupación de bits, llamada trama, los datos

provenientes de los niveles superiores. En el computador de destino, se

encarga de agrupar los bits provenientes del nivel físico en tramas de datos,

que serán entregadas al nivel de red. Este nivel es el responsable de

garantizar las transferencia de tramas libres de errores de un computador a

otro a través del nivel físico.

. Estructura de flujo de bits baja un formato predefinido llamado TRAMA.

. Para formar una trama, el nivel de enlace agrega una secuencia especial de

bits al principio y al final del flujo inicial de bits.

. Transfiere tramas de una forma confiable, libre de errores (utiliza

reconocimientos y retransmision de tramas).

. Detección y control de errores (mediante el empleo del CRC).

. Control de secuencias.

. Control de flujo.

. Control de enlace lógico.

. Control de acceso al medio

. Sincronización de la trama.

. Provee control de flujo.

4.6.2.3. NIVEL DE RED (3)

Es una capa compleja que provee de conectividad y una selección de camino

entre dos sistemas finales que pueden estar localizados en subredes

geográficamente dispersas. Una subred, es un simple cable de red. La capa

de red es el dominio de ruteo. Los protocolos de ruteo seleccionan los

caminos óptimos a través de una serie de subredes interconectadas.

Es el responsable del direccionamiento de mensajes y de la conversión de

las direcciones lógicas y nombres, en direcciones físicas. Esta encargado

también de determinar la ruta adecuado para el trayecto de los datos,

basándose en las condiciones de la red, prioridad del servicio, etc. El nivel de

red agrupa pequeños fragmentos de mensajes para ser enviados juntos a

través de la red. En esta capa se determina el establecimiento de la ruta.

- Divide los mensajes de la capa de transporte en paquetes y los ensambla al

final.

- Utiliza el nivel de enlace para el envío de paquetes: un paquete es

encapsulado en una trama.

- Enrutamiento de paquetes.

- Esta mira las direcciones del paquete para determinar los métodos de

conmutación y enrutamiento.

- Realiza control de congestión.

- Envia los paquetes de nodo a nodo usando ya sea un circuito virtual o

como datagramas.

4.6.2.4. NIVEL DE TRANSPORTE (4)

Los limites entre la capa de sesión y la de transporte pueden ser

consideradas como limites entre los protocolos de la capa de aplicación y

protocolos de las capas mas bajas . Ya que las capas de aplicación,

presentación, cuatro capas bajas se preocupan de las tareas de transporte.

La capa de transportes brinda mecanismos para el establecimiento,

mantenimiento y la terminación ordenada de los circuitos virtuales,

detección de falla en el transporte y recuperación e información del control

de flujo. Garantiza la entrega de los mensajes del computador originados en

el nivel de aplicación; es el nivel encargado de informar a los niveles

superiores del estatus de la red.

Además esta capa asegura que se reciban todos los datos y en el orden

adecuado. Realiza un control de extremo a extremo.

- Acepta los datos de nivel de sesión, fragmentándolos en unidades mas

pequeñas en caso sea necesario y los pasa al nivel de red.

- Regula el control de flujo del trafico de extremo a extremo.

- Reconoce los paquetes duplicados.

- Establece conexiones punto a punto sin errores para el envío de

mensajes.

- Permite multiplexar una conexión punto a punto entre diferentes procesos

del usuario (puntos extremos de una conexión).

- Provee la función de difusión de mensajes (broadcast) a múltiples

destinos.

4.6.2.5 NIVEL DE SESION (5)

Establece, maneja y termina las sesiones entre aplicaciones. Las sesiones

consisten entre dos o mas entidades de presentación (recupera los servicios

que la capa de sesión (recupera los servicios que la capa de sesión provee a

la capa de presentación). La capa de sesión sincroniza el dialogo entre las

entidades de la capa de presentación y maneja el intercambio de datos. Para

la regulación básica de conversaciones, la capa de sesión ofrece provisiones

para la expedición de la data, clase de servicios, reportando problema de la

capa de sesión, la capa de presentación y la capa de aplicación. Permite que

dos aplicaciones residentes en computadoras diferentes establezcan, usen y

terminen una conexión llamada sesión.

Provee mecanismos para organizar, estructurar diálogos entre procesos de

aplicación. Actúa como un elemento moderador capaz de coordinar y

controlar el intercambio de los datos. Controla la integridad y el flujo de los

datos en ambos sentidos.

Algunas de las funciones que realiza son:

- Establecimiento de la conexión de sesión.

- Intercambio de datos.

- Liberación de la conexión de sesión.

- Administración de la sesión.

- Permite a usuarios en diferentes maquinas establecer una sesión.

- Una sesión puede ser usada para efectuar un login a un sistema de

tiempo compartido remoto, para transferir un archivo entre 2 maquinas.

4.6.2.6 NIVEL DE PRESENTACION (6)

Asegura que la información enviada por la capa de aplicación de un sistema

será leída por la capa de aplicación del otro sistema. Si es necesario, la capa

de presentación traduce entre múltiples representaciones de formato comun

de representación de datos.

La capa de presentación se preocupa por si misma no solo con el formato y

representación de los datos del usuario, sino también de las estructuras de

datos usados por programas.

Por esto, adicionalmente a la transformación del formato de data , la capa de

presentación negocia sintaxis de transferencia de datos para la capa de

aplicación.

Determina el formato a usar para el intercambio de datos en la red. Puede

ser llamado el traductor de la red. Este nivel también maneja la seguridad de

emisión, provee a la red de servicios como el encriptador de datos.

En esta capa se realizan las siguientes funciones:

- Se da formato a la información para visualizarla e imprimirla.

- Se interpretan los códigos que estén en los datos (conversión de código).

- Establece una sintaxis y semántica de la información transmitida.

- Se define la estructura de los datos a transmitir (define los campos de un

registro: nombre, dirección, teléfono, etc.).

- Define el código a usar para representar una cadena de caracteres (ASCII,

EBCDIC, etc.)

- Compresión de datos.

4.6.2.7 NIVEL DE APLICACIÓN (7)

La capa de aplicación es la capa OSI mas cercana al usuario. Difiere de las

otras capas en que ésta no provee servicios a ninguna otra capa OSI, pero en

cambio si a los procesos de aplicación, incluyen programas como hojas de

calculo, procesadores de texto, programas de cajeros automáticos, etc.

La capa de aplicación identifica y establece la disponibilidad de

comunicación propuesta, sincroniza las aplicaciones cooperativas, y

establece los acuerdos de los procedimientos para la recuperación de

errores y el control de la integridad de la data.

Tambien la capa de aplicación determina si hay suficientes recursos para

que la comunicación propuesta, exista. Sirve como ventana para los

procesos que requieren acceder a los servicios de red.

Se definen una serie de aplicaciones para la comunicación entre distintos

sistemas, las cuales gestionan:

- Transferencia de archivos.

- Intercambio de mensajes (correo electrónico).

- Login remoto (rlogin, tenet).

- Acceso a base datos, etc.

4.7. MODELO DE REFERENCIAS DE DATOS

Examinaremos dos arquitecturas de redes importantes:

4.7.1. TCP/IP

Tiene como objetivos la conexión de redes múltiples y la capacidad de

mantener conexiones aun cuando una parte de la sub red esté perdida. La

red es packet-switched y esta basada en un nivel de internet sin conexiones.

Los niveles físico y de enlace (que juntos se llaman el “nivel de Host a red”)

no son definidos en esta arquitectura.