Transmisión de Datos

Transmisión de Datos
Teoría de la Comunicación
Análisis de Fourier
Medios de transmisión
Medios guiados: par trenzado, cable coaxial, fibra óptica
Medios no guiados (transmisión inalámbrica)
Transmisión analógica vs. Transmisión digital
Modulación y conversión A/D
Técnicas de acceso al medio
Multiplexación, contención y protocolos libres de colisión
Ejemplos
Apéndice A: Interfaces
Transmisión síncrona y asíncrona
Especificaciones para la conexión DTE-DCE
Apéndice B: Control del enlace de datos
Detección y control de errores
Control de flujo
Bibliografía
- Uyless Black: “Redes de ordenadores: Protocolos, normas e interfaces”
[2ª edición] RA-MA Editorial, 1995. ISBN 84-7897-151-3.
- William Stallings: “Comunicaciones y redes de computadores”
[6ª edición] Prentice Hall, 2000. ISBN 84-205-2986-9.
- Andrew S. Tanenbaum: “Redes de computadoras”
[3ª edición] Prentice Hall, 1997. ISBN 968-880-958-6.
- Wayne Tomasi: “Sistemas de Comunicaciones Electrónicas”
[2ª edición] Prentice Hall, 1996. ISBN 968-880-674-9.
- B.P. Lathi: “Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación”
[12ª reimpresión] Limusa, 1993. ISBN 968-18-0555-0.
Teoría de la Comunicación
Señales
Señales continuas y señales discretas
Transmisión de datos
1
© Fernando Berzal
Señales periódicas
ONDA SENOIDAL
s (t ) = A sen ( 2πft + φ )
A
f
2πft+φ
Longitud de onda
Velocidad de propagación
Transmisión de datos
Amplitud
Frecuencia (Hz) ð Período T = 1/f
Fase
λ = vT
v = λf
2
8
vg. c = 3·10 m/s
© Fernando Berzal
Análisis de Fourier
Cualquier señal se puede representar en el dominio de la frecuencia...
Señal binaria y aproximaciones sucesivas de la señal original
Transmisión de datos
3
© Fernando Berzal
Espectro
Rango de frecuencias contenido en una señal.
Ancho de banda
Conjunto de frecuencias (armónicos) que contiene la energía de la señal.
Capacidad del canal
Cualquier sistema de transmisión tiene limitado su ancho de banda
V Velocidad de transmisión [data rate]: bits por segundo (bps).
W Ancho de banda [bandwidth]: ciclos por segundo o hertzios (Hz).
Criterio de Nyquist
Tmin = 1/2W
Teorema de Shannon
C = 2W log2 N
Vmax = 2W
Baudio: Estado de señalización transmitido por el canal por unidad de tiempo.
Velocidad de transmisión = Velocidad de modulación · log2 N
Transmisión de datos
4
© Fernando Berzal
Medios de transmisión
Medios guiados
Par trenzado, cable coaxial, fibra óptica...
Medios no guiados
Radio, microondas, laser...
Limitaciones de los medios físicos
Degradación de la calidad de la señal transmitida:
Atenuación
-
La fuerza de la señal decae con la distancia en función del medio y de la frecuencia.
La señal recibida debe ser suficiente para ser detectada por encima del ruido.
Distorsión de retardo
Sólo en medios guiados: La velocidad de propagación varía con la frecuencia.
Ruido
Señales termales que interfieren entre el transmisor y el receptor
- Ruido termal (agitación de los electrones): ruido blanco uniformemente distribuido.
- Ruido de intermodulación (debido a la no linealidad del canal).
- Ruido impulsivo (debido a señales impulso que se producen de forma no controlada).
- Diafonía o crosstalk (debido a la proximidad entre líneas [corrientes inducidas])
- Eco (rebote de la señal en el receptor).
Atenuación de la señal al transmitirse a través de fibra óptica
Transmisión de datos
5
© Fernando Berzal
Par trenzado
Medio de transmisión más común.
Aplicaciones:
Bucle local de la red telefónica
Redes de área local (10Mbps – 100 Mbps)
Ventajas
Medio económico
Fácil de trabajar con él
Desventajas
Baja capacidad de transmisión de datos
Alcance limitado
Susceptible a interferencias y ruido
Tipos
UTP [Unshielded Twisted Pair]
Par trenzado no apantallado
vg: Línea telefónica
Categorías
UTP Tipo 3
UTP Tipo 5
16MHz
100MHz
1 cruce cada 7.5 - 10 cm
1 cruce cada 0.6 - 0.85 cm
STP [Shielded Twisted Pair]
Par trenzado apantallado
Mayor inmunidad al ruido e interferencias.
Transmisión de datos
6
© Fernando Berzal
Cable coaxial
Medio de transmisión más versátil
Aplicaciones:
Antenas de televisión y televisión por cable
Líneas telefónicas de larga distancia
Redes de área local (Ethernet)
Ventajas
Poca atenuación
Reducción del ruido impulsivo
Desventajas
Coste
Tipos
[Mbps] – {BASE|BROAD} – [longitud máxima (x100m)]
q
q
q
Velocidad de transmisión
Transmisión ... en banda base (baseband)
... en banda ancha (broadband = wideband)
Longitud máxima del cable
Ejemplo:
10-Base-2 (Thin Ethernet)
¡Ojo!
Transmisión de datos
10-Base-T (par trenzado)
7
© Fernando Berzal
Fibra óptica
Fibra óptica
Tres fibras...
Refracción / Reflexión
(Ley de Snell)
Reflexión total
Ventajas
Desventajas
Coste
Capacidad (>>Gbps)
Inmune al ruido impulsivo,
interferencias y diafonía
Tamaño y peso
Atenuación limitada
Transmisión de datos
8
© Fernando Berzal
Tipos
Fibras ópticas monomodo (rayo axial)
Fibras ópticas multimodo
Fibra óptica de índice discreto
Fibra óptica de índice gradual
Recepción: Fotodiodos (células fotoeléctricas)
Transmisión: Fuentes de luz
LED
Diodo emisor de luz
ILD
Diodo de inyección láser
(láser semiconductor)
Mayor velocidad
Fibras monomodo y multimodo
Coste más elevado
Período de vida corto
Mayor sensibilidad a la temperatura
Mayor alcance
Menor velocidad
Fibras multimodo
Más barato
Mayor durabilidad
Mayor rango de temperaturas
Menor alcance
Transmisión de datos
9
© Fernando Berzal
Red de fibra óptica en anillo (con repetidores activos)
Red de fibra óptica en estrella (conexiones pasivas)
Transmisión de datos
10
© Fernando Berzal
Medios no guiados: Transmisión inalámbrica
El espectro electromagnético y su uso en telecomunicaciones
q
q
Transmisión y recepción mediante antenas
Omnidireccional (radio) vs. direccional (láser)
Transmisión por radio
30MHz – 1 GHz
Omnidireccional
p.ej. Radio y televisión
Bandas LF, MF y VHF
Transmisión de datos
Banda HF
11
© Fernando Berzal
Transmisión por microondas
2GHz – 50 GHz
Direccional
p.ej. Satélites
Transmisión por infrarrojos
Las paredes interfieren en la transmisión
p.ej. Mando a distancia
Transmisión por láser
Muy sensible a condiciones ambientales adversas
Transmisión de datos
12
© Fernando Berzal
Comunicación vía satélite
Satélites geoestacionarios, MEO (Medium-Earth Orbit ) y LEO (Low-Earth Orbit ):
altura, retardo y número de satélites necesario para cubrir la superficie terrestre.
Principales bandas utilizadas en las comunicaciones por satélite.
Transmisión de datos
13
© Fernando Berzal
VSAT
[Very Small Aperture Terminal]
Iridium
Globalstar
Transmisión de datos
14
© Fernando Berzal
Transmisión analógica
vs.
Transmisión digital
Datos
Datos
digitales
Datos
analógicos
Transmisión
Transmisión digital
Transmisión analógica
Transmisión digital
Transmisión analógica
Ejemplo
LAN
Modem
CD
Televisión
Transmisión
Analógica
û Atenuación
û Ruido
Uso de
amplificadores
Transmisión
Digital
ü Retransmisión
Uso de
repetidores
Transmisión de Datos
15
© Fernando Berzal
Modulación
MODEMS
(a)
(b)
(c)
(d)
Transmisión de Datos
16
Señal binaria
ASK – Amplitud
FSK – Frecuencia
PSK – Fase
© Fernando Berzal
QPSK
QAM-16
V.32 (9600 bps)
Transmisión de Datos
QAM-64
V.32bis (14.400 bps)
17
© Fernando Berzal
Conversión A/D
PAM [Pulse Amplitude Modulation]
Transmisión de Datos
18
© Fernando Berzal
PCM [Pulse Coded Modulation]
Transmisión de Datos
19
© Fernando Berzal
Codificación de datos
Esquemas de codificación
q NRZ-L (Nonreturn to Zero – Level)
q NRZ-I (Nonreturn to Zero – Inverted)
q Bipolar – AMI (Alternate Mark Inversion)
q Pseudoternario
q Manchester
q Manchester diferencial
q B8ZS (Bipolar with 8 Zeros Substitution)
q HDB3 (High Density Bipolar 3 zeros)
NRZ
Codificación multinivel
Transmisión de Datos
20
© Fernando Berzal
Transmisión de Datos
21
© Fernando Berzal
Codificación diferencial
Modulación Delta
Transmisión de Datos
22
© Fernando Berzal
Técnicas de acceso al medio
División estática del canal
División dinámica del canal
è Multiplexación
è Contención y protocolos libres de colisión
Multiplexación
Transmisión de Datos
23
© Fernando Berzal
Multiplexación por división en frecuencia
FDM [Frequency Division Multiplexing]
WDM (Wavelength Division Multiplexing)
Transmisión de Datos
24
© Fernando Berzal
Multiplexación por división en el tiempo
TDM [Time Division Multiplexing]
Portadora T1 (1.544 Mbps)
Multiplexación por división de código
CDMA [Code Division Multiple Access]
Transmisión de Datos
25
© Fernando Berzal
Técnicas de contención
q
ALOHA (Universidad de Hawaii)
q
CSMA [Carrier Sense Multiple Access]
q
CSMA/CD [CSMA with Collision Detection]
Transmisión de Datos
26
p.ej. Ethernet
© Fernando Berzal
Protocolos libres de colisión
Eficiencia óptima cuando la carga es alta.
Cuando la carga es baja, se desaprovecha la capacidad del canal
q
Mapeo de bits
q
Paso de testigo
q
Cuenta binaria
Transmisión de Datos
27
© Fernando Berzal
Transmisión de Datos
Ejemplos
Red telefónica
Red completa
Red centralizada
Red con dos niveles
BUCLE LOCAL
Modems (transmisión analógica) y líneas digitales (transmisión digital)
Transmisión de Datos
29
© Fernando Berzal
DSL (Digital Subscriber Lines)
Línea ADSL
Transmisión de Datos
30
© Fernando Berzal
Telefonía móvil
Primera generación
Segunda generación
Tercera generación
Transmisión analógica de voz
Transmisión digital de voz
Transmisión digital de voz y datos
p.ej. GSM
Redes celulares de telefonía móvil
q
q
Las frecuencias no se reutilizan en celdas adyacentes.
Para dar servicio a más usuarios, se utilizan celdas de menor tamaño.
Transmisión de Datos
31
© Fernando Berzal
GSM [Global System for Mobile Communications]
FDM + TDM: 124 canales de frecuencia, cada uno con 8 slots.
Transmisión de Datos
32
1983
© Fernando Berzal
Televisión por cable
Antena comunitaria
Acceso a Internet utilizando la red telefónica
Transmisión de Datos
33
© Fernando Berzal
Televisión por cable
Uso de frecuencias en un sistema de televisión por cable
Cable modems
Transmisión de Datos
34
© Fernando Berzal
Bluetooth
Origen:
1994 Ericsson è Enlace de radio de corto alcance (MC link)
1998 SIG: Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel
Objetivo:
Facilitar las comunicaciones entre equipos (fijos y móviles)
eliminando cables y conectores entre éstos.
Requisitos: Operación global y consumo limitado de energía (baterías)
Solución:
Banda ISM (Industrial, Scientific & Medical), 2.45GHz.
FH/TDD (Frequency-hop/Time-division duplex).
Salto en frecuencia
Paquetes Bluetooth
Transmisión de Datos
35
© Fernando Berzal
Transmisión de Datos
Interfaces
Interfaces
Transmisión asíncrona
Transmisión síncrona
Transmisión de Datos
37
© Fernando Berzal
Interfaces
DTE (Data Terminal Equipment)
DCE (Data Circuit terminating Equipment)
vg: modem, NIC...
Especificaciones (conexión DTE-DCE)
q
Mecánicas: conectores, cables...
q
Eléctricas: voltaje, temporización, codificación...
q
Funcionales: secuencias de eventos
Transmisión de Datos
38
© Fernando Berzal
Ejemplo
V.24 (ITU-T) = EIA-232-F (RS-232)
Transmisión de Datos
39
© Fernando Berzal
Transmisión de Datos
Control del enlace de datos
Control del enlace de datos
La capa de enlace de datos
Funciones de la capa de enlace
q
Control de flujo
q
Detección y control de errores
q
Delimitación de las tramas
Transmisión de Datos
41
© Fernando Berzal
Control de flujo
Control de flujo mediante parada y espera (stop & wait)
Transmisión de Datos
42
© Fernando Berzal
Control de flujo con ventana deslizante
Transmisión de Datos
43
© Fernando Berzal
Detección y control de errores
Detección de errores
q
Bits de paridad
El valor del bit de paridad es tal que cada carácter transmitido tiene
un número par/impar de unos.
û No detecta un número par de errores
q
CRC [Cyclic Redundancy Check]
Dado un bloque de k bits, el transmisor genera n bits de tal forma
que la secuencia de k+n bits es divisible por un número dado.
Ejemplos: CRC-16, CRC-32, CRC-CCITT...
Corrección de errores
q
Códigos Hamming
Protocolos para el control del enlace de datos
q
q
q
q
q
q
q
q
q
HDLC
SDLC
LAPB
LAPD
LAPF
LLC
SLIP
PPP
ATM
Transmisión de Datos
[High-level Data Link Control]
[Synchronous Data Link Control]
[Link Access Procedure – Balanced]
[Link Access Procedure – D-channel]
[Link Access Procedure for Frame-mode bearer Services]
[Logical Link Control]
ISO
IBM SNA
X.25
RDSI
Frame Relay
IEEE 802
[Serial Line Internet Protocol]
[Point-to-Point Protocol]
[Asynchronous Transfer Mode]
44
© Fernando Berzal
Control de errores
ARQ
[Automatic Repeat Request]
ü Confirmación positiva (ACK) o retransmisión tras timeout
ü Detección de errores è Confirmación negativa (NAK) è Retransmisión
Parada y espera
Go back N
Rechazo selectivo
Transmisión de Datos
45
© Fernando Berzal