Unidad Tematica 2 - Modif[2]. Clase 2

7/23/2019 Unidad Tematica 2 - Modif[2]. Clase 2

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INET – CENETUGA: ELECTRÓNICA / COMUNICACIONES

Curso e-learning: Redes de Datos en las Comunicaciones Modernas. Prestaciones Comerciales Actuales y Tendencias.Copyright © Paideia Formación. Prohibida la copia y/o distribución total o parcial de los contenidos.

REDES DE DATOS EN LAS COMUNICACIONESMODERNAS:PRESTACIONES COMERCIALES ACTUALES Y TENDENCIAS

Unidad Temática 2:

Transmisión de datos: Fundamentos básicos relacionados. Parámetros.

Autor:

Prof. Lic. Omar Civale.



CURSO E-LEARNING Redes de Datos en las Comunicaciones Modernas.Prestaciones Comerciales Actuales y Tendencias.

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1) SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS

CIRCUITO DE DATOS

Parecería lógico utilizar la red telefónica establecida como medio de transmisiónde datos. Sin embargo, tal red fue diseñada para usar métodos analógicos detransmisión, compatibles con la voz y caracterizados por ser bidireccionales, derelativa baja velocidad y de un amplio rango dinámico. Así, ciertas perturbaciones,tales como eco o ruidos, no impiden la comunicación ya que tanto el emisor comoel receptor tienen inteligencia para compensar algunas deficiencias del medio de

comunicación.Esto nos obliga a conocer con un poco más de detalle el medio que se pretendeusar para la transmisión de datos.

El medio más común es el cable; pero aquí encontramos plantas conmutadorasque permiten generar diferentes enlaces cuyo ruteo está determinado por eldestino de la llamada y el tráfico existente. Si la comunicación sale del marcolocal, aparecerá un híbrida que permite transformar la comunicación de dos hilosen cuatro hilos con el fin de ser pasados a un sistema de transmisión de radio.

De aquí que hay varios tipos de circuitos de datos, como se verá más adelante:

línea alámbrica, el canal arrendado-dedicado y el conmutado.

CANAL DE TRANSMISIÓN

Todo canal físico tiene limitaciones de ancho de bando y de ruido, además derestricciones tecnológicas, por lo que se hace necesario definir el concepto decapacidad de canal en relación con la cantidad de información que es capaz detransferir por unidad de tiempo.

La voz humana se caracteriza por concentrar el 90% de la energía emitida en lasfrecuencias menores que 4 KHz, pudiéndose reconocer no sólo quién habla, sino

también captar su estado emocional. Entonces, para una comunicación telefónicano se justifica el envío de señales con un ancho de banda superior a 4 KHz yaque esto no implica gran pérdida en la fidelidad de la comunicación. En la prácticael canal telefónico presenta un ancho de banda que va de los 300 a los 3.400 Hz.

Cuando se efectúa el análisis matemático a un pulso de ancho “d”, se demuestraque el 90% de la energía total se halla en la zona de frecuencias menores eiguales a 1/d. Luego, para el envío de las señales digitales (transmisión de datos),se las convierte previamente en analógicas, ya que éstas tienen un espectro defrecuencias que pasan sin problemas por el ancho de banda disponible de uncanal. Debido a los problemas de filtros, el ancho útil se acota a 2.400 Hz (600 Hz- 3.000 Hz).




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Nyquist demostró en forma teórica que una señal de datos de duración (período)

“d” puede transmitirse si el medio de transmisión posee un ancho de banda B >/=1/2 * d.

VELOCIDAD DE MODULACIÓN Y DE TRANSMISIÓN DE DATOS

La velocidad de modulación se define como Vm = 1/d y está destinada a medir lavelocidad que interesa desde el punto de vista de las comunicaciones, puesdetermina la capacidad necesaria del canal o línea de transmisión. Da el númerode cambios de estado por unidad de tiempo en el circuito de datos. Si “d” se mideen segundos su unidad es el Baud (Baudio).

De acuerdo con Nyquist, 2 * B = Vm; luego, considerando que un canal telefónicotiene 2.400 Hz para la transmisión de datos, Vm </= 4.800 Bd por lo que sedispondrá como máximo de 4.800 cambios de estados por segundo.

Sin embargo, por estándares internacional, este valor se acotó a 2.400 baudioscomo máximo.

Desde el punto de vista computacional lo que interesa es la velocidad detransmisión de información de la fuente (Vtx), que es la cantidad de bits porunidad de tiempo (bits/segundo o bps) y se expresa como C = Vm * log2 n, siendon el número de estados significativos que puede tomar la señal en la líneaanalógica. Obsérvese que Vm = Vtx sólo si n = 2.

2) DISPOSITIVOS E INTERFACES

Para que se puedan comunicar dos ciudades, por ejemplo, Buenos Aires y París,debe establecerse una conexión física y lógica entre los respectivos dispositivosremotos, ya sean hosts, estaciones de trabajo, PC’s aisladas o LAN’s.

La conexión física incluye la señal que se quiere transmitir, el canal de

comunicaciones y la interfaz entre el dispositivo y el sistema de comunicaciones.Por su parte, la comunicación lógica establece las direcciones para enrutar elmensaje, mantiene relaciones de control entre los dispositivos, determina losformatos de transmisión y maneja las condiciones de error.

La transmisión de datos en los canales de comunicaciones opera en formadiferente a la existente dentro de los mismos dispositivos. Dentro de estos últimosla información transita por varias líneas (8, 16 ó mas, como se mencionara altratar los adapters), que en paralelo constituyen el llamado bus o barra de datos.Dado que estas conexiones son cortas el costo no es un inconveniente.




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3) MODO DE OPERACIÓN DE LOS CANALES

De acuerdo con la "dirección de transmisión (y recepción) de la información(datos)" hay tres modos básicos de operación de los canales: simplex, half duplexy full duplex.

A. SIMPLEX: es el modo de operación más sencillo y también el menos usadoporque la operación tiene lugar en una sola dirección. Es el caso de unaterminal tal como una impresora, que sólo recibe información, o el de unteclado, que sólo envía datos.

Se requiere un circuito de dos cables y puede emplearse tanto en líneaspúblicas como en privadas:

B. 1. HALF DUPLEX: la operación puede realizarse en ambas direcciones, pero

no simultáneamente.Hay dos variantes: half duplex en dos cables o en cuatro cables, siendo esteúltimo el más usado, por cuanto se emplean dos cables para una dirección yotros dos para la dirección contraria. Esto trae aparejada la ventaja de eliminardemoras de conmutación entre direcciones:




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B. 2. CANAL INVERSO (REVERSE CHANNEL): es una posibilidad que poseenalgunos módem que trabajan en half duplex. En este caso, una pequeñaporción del ancho de banda del canal se utiliza para transmitir una frecuenciaespecial en dirección opuesta a la del flujo de información, que se utiliza comoseñalización.




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Así, si se transmite desde "A" hacia "B" y se detecta algún error, en un half

duplex común no se podría avisar a "A" del error, cosa que sí se puede haceren forma inmediata en la operación del canal inverso.

C. FULL DUPLEX: es el sistema más sofisticado, pues permite la transmisión endos direcciones opuestas simultáneamente. También aquí existe la posibilidadde full duplex con dos o cuatro cables.

En el caso de dos cables tienen que utilizarse módem especialmentediseñados y el canal tiene que ser dividido, de modo que la transmisión enuna dirección ocupe una mitad del ancho de banda total del canal (por

ejemplo, la inferior) y la transmisión en la dirección contraria la otra mitad (porejemplo, la superior):




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4) NORMAS DE COMUNICACIONES

Con el objetivo de poder aumentar la compatibilidad entre los variados equipos decomunicaciones se han establecido una serie de estándares de modo tal quepueda comunicarse un adapter (DTE) con un DCE o DTCE.

Estas normas son compatibles en todo el mundo y hay distintos organismosreguladores; entre ellos podemos mencionar:

ITU-T, Unión Internacional de Telecomunicaciones - Telefonía yTelegrafía, e ITU-R, Unión Internacional de Telecomunicaciones -Radiocomunicaciones (ex CCITT - Comité Consultivo Internacional deTelegrafía y Telecomunicaciones y ex CCIR - Comité ConsultivoInternacional de Radiocomunicaciones, respectivamente). Sus miembrosson los organismos gubernamentales de telecomunicaciones de lospaíses de la ONU.

Su principal influencia es Europa; USA y Japón suelen adoptar posturasdiferentes.

EIA (Asociación Internacional de la Industria Electrónica de EstadosUnidos.

IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos). ISO (Organización Internacional de Normas), dependiente de las

Naciones Unidas.

CEPT (Conferencia Europea de Administración de Correos yTelecomunicaciones).

ANSI (American National Standard Institute). Organismo nacional.

DIN (Organismo nacional alemán).

BSI (Organismo nacional británico).

NF (Organismo nacional francés). NBS (National Bureau of Standard), actualmente denominado NIST

(National Institute Standards Technology).

IEC (Comité Electrotécnico Internacional).

IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos); estandarizan lasredes LAN y MAN.

IETF (Internet Engineering Task Force); estandarizan INTERNET.

Así, las normas del ITU-T se ordenan en forma de recomendaciones yhay dos series dedicadas a la especialidad: la serie V para la transmisión




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de datos por la red telefónica y la serie X para las redes de transmisión de

datos.

EJEMPLOS

La recomendación V.1 da la correspondencia entre los símbolos de la numeraciónbinaria y los estados significativos de un código bivalente: si el valor binario es ununo (1), el estado de modulación es de reposo o parada; si es cero (0) el estadoes de trabajo o arranque.

La V.2 da niveles de potencia para transmisión de datos por circuitos telefónicos,estableciendo una potencia máxima sobre la línea 1 mW.

La V.4 es la estructura general de las señales de códigos de alfabetointernacional.

La V.5 se emplea para la transmisión de datos por la red telefónica pública;arranque, un bit en 0; carácter 7 bits (según el código); paridad un bit; parada unoo dos bits.

La V.6 normaliza las velocidades binarias para la transmisión sincrónica de datospor la red telefónica general con conmutación (600, 1.200, 2.400, 4.800, 9.600bps, con una tolerancia de +/- 0,01%).

5) CÓDIGOS DE TRANSMISIÓN

En la transmisión de datos se debe establecer un método uniforme de intercambiode información. Esto incluye:

una estructura de codificación de los caracteres como bits;

una sintaxis para la formación de mensajes a partir de dichos bits;

un procedimiento de control de dichas comunicaciones.

Los dígitos binarios se representan con 0 (cero) y 1 (uno). De esta forma puedeestablecerse una correspondencia entre el sistema decimal y el sistema binario,según se muestra en la siguiente tabla:

Sistema decimal Sistema binario0 01 012 103 11

4 011




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5 101

6 1107 1118 10009 100110 1010

Si los números son mayores, la cantidad de unos y ceros pasa a ser pocoamigable, razón por la cual se pensó en agruparlos de a 3 (sistema octal) o de a 4(sistema hexadecimal).

Esta misma idea se usa para representar las letras y signos del alfabeto, dando

origen a distintos tipos de códigos que son leyes de correspondencia entre lainformación que se desea transmitir (fuente) y las configuraciones binariasasociadas (código); en general, esto es biunívoco.

Los códigos se diferencian entre sí por la longitud, que va a depender del númerode símbolos que se desea transmitir (en general, un conjunto de n bits va a poderrepresentar 2n símbolos distintos) y por el modelo particular de agrupamiento debits que corresponde a dichos caracteres.

Las informaciones transmitidas están constituidas por algunos de los siguienteselementos, que vamos a denominar caracteres: diez cifras del sistema numéricodecimal, 26 letras del alfabeto (52 si hay mayúsculas y minúsculas), un conjunto

de caracteres especiales para operación y puntuación (+, -, /, $) que se llamangráficos y un conjunto de caracteres de control que posibilitan la transmisión de lainformación (puesta en marcha, detención de periféricos, por ejemplo) que no seimprimen en el receptor, por lo que no se presentan gráficamente al operador.

Entre los códigos más conocidos tenemos:

Código ASCII (American Standard Code For Information Interchange): Es elNro. 5 del CCITT. Emplea 7 bits útiles que permiten conformar 128 caracteres,eventualmente complementados con un bit de paridad:




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Grupos Control Númerossímbolos

Letrasmayúsculas

Letrasminúsculas

BITS 6 a 4 000 001 010 011 100 101 110 1110000 NUL DLE SP 0 @ P . p0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q0010 STX DC2 ¨ 2 B R b r0011 ETX DC3 # 3 C S c s0100 EOT DC4 $ 4 D T d t0101 ENQ NAK % 5 E U e u0110 ACK SYN & 6 F V f v0111 BEL ETB . 7 G W g w1000 BS CAN ( 8 H X h x1001 HT EM ) 9 I Y i y1010 LF SUB * : J Z j z1011 VY ESC + ; K [ k {1100 FF FS , < L \ l :1101 CR GS - = M ] m }1110 SO RS . > N ^ n ~

Bits

3

a

0

1111 SI US / ? O - o DEL

Es el predominante en máquinas pequeñas y aún en medianas.

La versión extendida del código usa 8 (ocho) bits y permite ampliar la cantidad decaracteres para poder escribir las letras especiales de los idiomas distintos delinglés. Por ejemplo, con los códigos mayores que 127 podemos escribir lasvocales acentuadas y la letra ñ.

bits3210

76540000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

0000 NUL DLE SP 0 @ P . p0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q0010 STX DC2 ¨ 2 B R b r0011 ETX DC3 # 3 C S c s0100 EOT DC4 $ 4 D T d t

0101 ENQ NAK % 5 E U e u0110 ACK SYN & 6 F V f v0111 BEL ETB . 7 G W g w1000 BS CAN ( 8 H X h x1001 HT EM ) 9 I Y i y1010 LF SUB * : J Z j z1011 VY ESC + ; K [ k {1100 FF FS , < L \ l :1101 CR GS - = M ] m }1110 SO RS . > N ^ n ~1111 SI US / ? O - o DEL

Código ASCII extendido




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6) ERRORES DE DATOS

Todo mensaje está sujeto a alteraciones de diversa índole, controlables eincontrolables, por ejemplo, mantenimiento deficiente de líneas, cantidad decircuitos en trabajo, ruido de conmutación, falla de equipos, desajustes demódem, etc.

Para poder controlar los errores hay que efectuar un estudio de éstos: campo delimitación, horas pico en los que se producen, etc., y, para corregirlos, hay queefectuar una serie de mediciones sobre las líneas reales confeccionandoestadísticas sobre datos obtenidos.

Claro que los efectos de las perturbaciones no siempre pueden subsanarse hastaanularlos totalmente, ya sea por razones técnicas o económicas, por lo que quedaun margen que debe cubrirse con técnicas especiales para cumplir con losobjetivos del sistema de comunicaciones de datos en cuanto a fiabilidad yeficiencia.

Lo cierto es que toda alteración se considera a nivel de bit y se produce cuandohay un cambio de bit 0 a bit 1 o a la inversa.

Los errores por “ráfagas o estallidos” afectan, generalmente, varios bitsconsecutivos y se puede establecer una distribución estadística basada en la

cantidad de bits que afectan y el intervalo entre ráfagas sucesivas. Se estableceque el error por ráfagas es el número de elementos erróneos consecutivosseparados al menos por diez elementos correctos.

Los errores también dependen de las secciones de los enlaces (repetidores,regeneradores, paso por centrales) y se considera que, a partir de seis secciones,el número de estallidos de cierta importancia (4 errores consecutivos) sobrepasaun valor medio admitido, por lo que ese enlace pasa a ser de utilización norecomendable.

Para elegir el código de detección de errores es fundamental conocer elporcentaje de estallidos. Para una buena corrección de errores es necesario que

haya 26 bits correctos antes de cada estallido, como mínimo, y el ITU-T fija laproporción de errores en bit como valores máximos: por ejemplo, para 1.200 bpsen conmutación 1x10exp-3; para 1.200 bps punto a punto, 5x10exp-5; 600 bps enconmutación, 1x10exp-3; 600 bps punto a punto 5x10exp-5; 200 bps enconmutación, 1x10exp-4; 200 bps punto a punto, 5x10exp-5 y estos valoresdeben considerarse límites, excedidos los cuales el canal de transmisión pasa aconsiderarse defectuoso.




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7) CRITERIOS PARA EVALUAR Y CORREGIR ERRORES

Los criterios que se emplean son los siguientes:

1. Ignorarlos: sería el caso de letras erróneas en un texto que no perturbe suinteligibilidad (v.gr. teléfno en vez de teléfono)

2. Comparación completa: en este caso, la sección de recepción retransmitelos datos recibidos en el momento (si la transmisión es dúplex) o finalizadotodo o parte del mensaje (si es semi-dúplex) y se comparan en la sección

transmisión.En este caso no se asegura la ausencia de errores, pues puedenproducirse en un sentido y, al retransmitirse, una nueva interferenciacorrige la prueba del error.

En el caso de detectarse errores se transmite nuevamente la parte delmensaje o bloque.

3. Sistema de totalización: el mensaje se acompaña con información sobreel mismo, que tiene carácter redundante, usando aquella como forma dedetectar los errores que se van a examinar a continuación.

8) DETECCIÓN DE ERRORES

Si en un texto en lugar de leer electrónica leemos electónica, fácilmente sereconoce que hubo un error; en este caso, las letras correctas y el tema tratado esmás que suficiente para reconocer el error.

Con criterio similar pueden agregarse a los caracteres de una transmisión dedatos, bits que aporten una información redundante sobre ese carácter; de modo

que si el mismo sufre una modificación (error) provocada por ruido, por ejemplo,con los bitios redundantes se advierte que tal carácter es erróneo.

Los procedimientos de detección de errores son: paridad vertical, paridadhorizontal, paridad combinada, códigos cíclicos.

Paridad vertical: se aplica adicionando un bit, llamado de paridad, a loscaracteres. Es conocido con la sigla VRC.

Hay dos tipos de paridades, par e impar, según que se transforme la cantidadtotal de unos presentes en el carácter, en par o impar, respectivamente. A

continuación se da un grupo de caracteres con su bit de paridad:




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Carácter Paridad par impar

10100 0 110011 1 000000 0 1

La detección del carácter erróneo se realiza conociendo de antemano la paridadadoptada y examinando la cantidad de unos por cada carácter.

Si los bits erróneos en el carácter son dos o múltiplos de dos, el error esirreconocible.

Este método se emplea cuando el código usado es el ASCII. La cuenta de bits

prosigue hasta que aparezca algún carácter de “término de bloque”, como ETX oETB.

Paridad horizontal: controla los errores de bloque enviando un carácter deinformación (de paridad) redundante. Se la conoce como LRC.

En el ejemplo que sigue se suministra un bloque y el carácter constituido por losbits de paridad:

1000010000

1010100101 Caracteres de bloque1111000101

10100 Carácter constituido por bits de paridad impar

01011 Carácter constituido por bits de paridad par

Se puede observar que la paridad se hace con los primeros bitios, luego lossegundos y así sucesivamente hasta el último bit de los caracteres; puedeelegirse par o impar. Los bits de paridad constituyen un carácter que se envía acontinuación de los caracteres que componen el bloque.

Si los bits erróneos son dos o múltiplos de dos, el error es irreconocible.

Paridad combinada: resulta de aplicar una combinación de paridad vertical par oimpar (por carácter) y horizontal par o impar (por bloque), a un grupo decaracteres.

Un ejemplo (aplicando paridad impar) es el siguiente:




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10000 0

10101 0

00101 1 Redundancia

11110 1

00101 1

00100 0

La secuencia enviada a la línea será:

100000 101010 001011 111101 001011 001000

Carácter redundante

Códigos cíclicos: a este método se lo conoce por CRC (chequeo de redundanciacíclica) y se trabaja conformando los caracteres binarios en forma polinómica, concoeficientes unos y ceros, propios de la información.

El carácter de la información I(x) se divide por un polinomio patrón P(x), de gradoigual o menor que I(x), con lo que se obtiene el cociente Q(x) y un resto R(x):

I(x) / P(x) = Q(x) + R(x)

A la línea se transmite el polinomio información I(x) y el polinomio resto R(x) y,para detectar errores, en el receptor se divide I(x) por el polinomio patrón P(x),como se hizo en transmisión, y se calcula el resto, que debe ser igual al recibido;caso contrario se detecta el error.

Es importante destacar que el polinomio patrón P(x) está normalizado por el

ITU-T.Este sistema permite detectar los errores ocurrentes en más del 99,998% de loscasos. Además el espacio ocupado por el CRC frente al bloque transmitido puedeser muy pequeño (del orden del uno por mil), lo que mejora la eficiencia delsistema.

Sistemas FEC: los sistemas más elaborados se conocen como FEC (ForwardError Correction – Corrección de errores hacia delante). No sólo determinan laexistencia de errores no bien detectados con un margen por debajo de lamillonésima parte, sino que también corrigen automáticamente dichos errores

sin necesidad de retransmisiones.




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Los sistemas FEC imponen un overhead considerable que puede llegar al

100%, es decir, la información de control puede ocupar tanto como lainformación misma. Se usan especialmente en sistemas como los satelitales,donde una retransmisión impondría un retardo inaceptable en lascomunicaciones.

9) CORRECCIÓN DE ERRORES

Todos los métodos de corrección de errores se basan en la denominada distancia

de HAMMING y en los códigos del mismo nombre.Por distancia de Hamming se entiende el mínimo número de bits en que difierendos símbolos válidos de dicho código.

Por ejemplo, en el sistema binario, entre los códigos 101 (5 en decimal) y 110 (6en decimal) hay una distancia de dos, pues ese es el número de bits quecambiaron de estado.

Entre el 000 (0 en decimal) y el 111 (7 decimal) hay una distancia de tres, peroentre el 101 (5 en decimal) y el 100 (4 en decimal), la distancia de Hamming esuno. Esto significa que si se transmite el 101 y se recibe el 100 no hay forma dedetectar si ello es correcto o no.

Es decir que, si entre dos símbolos válidos hay una distancia Hamming de 2 y unbit se transmite con error, se detectará.

En general, para detectar n errores se necesitan d=n+1 bits y para corregir nerrores se requerirán d=2n+1 bits.

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