MODULO 2. COMUNICACIÓN A NIVEL FÍSICO.

 INTRODUCCIÓN

En la Actualidad Utilizamos maquinas muy Modernas y que realizan funciones muy diversas y pueden transmitir y recibir informaciones en forma de Caracteres, Símbolos, imágenes, Sonidos, Etc. La comunicación es la transferencia de información de un lugar a otro, mientras que la información es un patrón físico al cual se le ha asignado un significado comúnmente acordado. El patrón debe ser único -separado y distinto-, capaz de ser enviado por un transmisor y de ser detectado y entendido por un receptor. Así, la información es transmitida a través de señales eléctricas u ópticas utilizando un canal de comunicación o medio de transmisión. Por medio de transmisión, la aceptación amplia de la palabra, se entiende el material físico cuyas propiedades de tipo electrónico, mecánico, óptico, o de cualquier otro tipo se emplea para facilitar el transporte de información entre terminales distante geográficamente. El medio de transmisión consiste en el elemento q conecta físicamente las estaciones de trabajo al servidor y los recursos de la red.

Transmisión de datos y métodos de transmisión

Transmisión de datos. El proceso mediante el cual se transmite información entre dos o más puntos. Los medios de transmisión son los caminos físicos por medio de los cuales viaja la información y en los que usualmente lo hace por medio de ondas electromagnéticas. Los medios de transmisión vienen dividos en guiados (por cable) y no guiados (sin cable).

Los métodos de transmisión se refieren al número de señales digitales que pueden viajar por un medio físico a la vez. Por ejemplo, el método de banda base o base band indica que solo una señal puede viajar por un medio a la vez, mientras que el método de banda ancha o broadband se refiere a que muchas señales digitales pueden viajar por el medio a la vez.

Conceptos y terminología

Que es una señal

Magnitud física o detectable mediante la que se puede transmitir mensajes o información Una cantidad física o un valor que varía en el tiempo. 

La transmisión analógica 

Implica enviar información en forma de ondas a través de un medio de transmisión físico. Los datos se transmiten por onda portadora: Una onda simple cuyo único propósito es transmitir datos modificando una de sus características (amplitud, frecuencia o fase). Por esta razón, la transmisión analógica se denomina generalmente transmisión de modulación de portadora.

 Frecuencia:

es el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier evento periódico. El período es la duración de tiempo de cada evento repetitivo, por lo que el período es el recíproco de la frecuencia. ​ También se denomina frecuencia temporal, que subraya el contraste con la frecuencia espacial y la frecuencia angular.Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este, teniendo en cuenta un intervalo temporal, y luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. 

 Transmisión digital o comunicaciones digitales:

es la transferencia física de datos por un canal de comunicación punto a punto o punto a multipunto. Ejemplos de estos canales son cables de par trenzado, fibra óptica, los canales de comunicación inalámbrica y medios de almacenamiento. Los datos se representan como una señal electromagnética, una señal de tensión eléctrica, ondas radioeléctricas, microondas o infrarrojos.

Canal de comunicación

Medio de transmisión por el que viajan las señales portadoras de la información que pretenden intercambiar emisor y receptor. Es frecuente referenciarlo también como canal de datos.

Enlace punto a punto

Los enlaces punto a punto permiten interconectar 2 o mas redes remotas como si fueran una misma, mediante un canal de comunicación inalámbrico. Dichos enlaces son viables desde 20 metros hasta una distancia aproximada de 50 Km.  El término enlace directo hace referencia al camino de transmisión entre dos dispositivos en el que la señal se propaga directamente del emisor al receptor sin ningún otro dispositivo en medio, que no sea un amplificador o repetidor. A este medio de transmisión se le conoce como punto a punto porque proporciona un enlace directo entre los dos únicos dispositivos.

Enlace multipunto

En una transmisión guiada multipunto el mismo medio es compartido por más de dos dispositivos

 Método de transmisión

 La transmisión está caracterizada por:

• la dirección en que sucede el intercambio de información,
• el modo de transmisión  o cuántos bits son enviados simultáneamente y,
• la sincronización entre el transmisor y el receptor.
  

  DTE (Equipo de terminación de datos) 

  Es un terminal que reside en la capa física o puede ser cualquier cosa que se pueda generar para consumir datos digitales como las computadoras. En otras palabras, es un conjunto que funciona como una fuente o como un destino para datos digitales binarios.

DCE (Equipo de terminación de circuito de datos)

Involucra unidades operativas que transfieren o reciben datos en forma de señal digital o analógica dentro de una red. En la capa física, el DCE obtiene los datos producidos por el DTE y los convierte en señales adecuadas. Luego introduce la señal en el enlace de telecomunicaciones. En general, los DCE que usamos en esta capa involucran módems (modulador / demodulador).

No hay obligación de sincronizar los dos DTE entre sí, pero cada uno debe coordinarse con su propio DCE, y los DCE deben coordinarse para que la traducción de los datos se produzca sin pérdida de integridad.

Simplex

El modo simplex, también denominado unidireccional, es una transmisión única, de una sola dirección. Un ejemplo de transmisión simplex es la señal que se envía de una estación de TV a la TV de su casa. 

Half duplex

La comunicación half-duplex se basa en un flujo de datos unidireccional en el que el envío y la recepción de datos no se producen al mismo tiempo. Esto es similar a la función de las radios de dos vías o dos walki-talkies en donde una sola persona puede hablar a la vez.

Full duplex

tanto el emisor como el receptor puede transmitir simultáneamente. El medio es capaz de transportar señales en  ambos sentidos. Cualquier error en la transmisión se puede corregir de manera permanente e instantánea. 

Transmisión analógica y digital

La señal es la representación en forma de ondas electromagnéticas de la información emitida por una estación. La señal es una función del tiempo, pero se puede representar en función de frecuencia, es decir, que la señal tiene componentes de distintas frecuencias.

En función del tiempo, las señales pueden ser continuas y discretas.

Análogo y digital puede referirse a continuo y discontinuo respectivamente, y se aplica a los datos, a las señales y a la transmisión. Los datos o la información pueden ser analógicos o digital. En el caso de los datos analógicos pueden tomar un valor en un intervalo continuo, como la voz. Los datos digitales solo pueden tomar valores concretos.

Una señal digital es una secuencia de pulsos de tensión discretos y discontinuos, donde cada pulso es un elemento de señal. Los datos binarios se transmiten codificando cada bit de datos en cada elemento de señal. 

Señal continua

 es aquella cuya intensidad varia suavemente en el tiempo, es decir, que no tiene saltos o discontinuidades. Por ejemplo, la señal continua puede corresponder a la voz. La señal analógica es también un ejemplo de señal continua, como se observa en la figura.

Señal discreta

es aquella en la que la intensidad se mantiene constante durante un determinado periodo de tiempo, tras el cual la señal puede cambiar a otro valor constante. Este tipo de señal corresponden a los valores binarios 1’s y 0’.

explicación matemática:

Perturbaciones en la señal

es la pérdida de información ocurridas en el transporte de la señal desde el emisor hasta el receptor. Las perturbaciones son casi siempre inevitables, pues existen factores que afectan a la calidad de las señales transmitidas los cuales provocan que estas nunca sean iguales a las señales recibidas.

Propagación

Un bit toma al menos una pequeña cantidad de tiempo para viajar (propagarse) a través del cable. Si el receptor no puede manejar la velocidad con que arriban los bits, los datos se perderán.

Para evitar pérdidas, el destino puede:

• Almacenar (buffering) los bits que arriban en memoria para su posterior procesamiento, o
• Enviar un mensaje al origen para disminuir la velocidad de propagación.

"En la transmisión de los datos, propagación puede definirse como ‘viajar’ "

Atenuación

Atenuación es la pérdida de energía de la señal. La señal se degrada o pierde en amplitud mientras viaja (propaga) en el medio. Pérdida de amplitud significa que el receptor no puede distinguir entre 1 y 0.

Para evitar la atenuación se debe tomar en cuenta:

• No exceder la distancia permitida por el medio (100 metros para cable Cat 5 por ejemplo).
• Utilizando repetidores para “amplificar

Reflexión

Reflexión se refiere a la energía reflejada resultante de que la impedancia de la tarjeta de red o dispositivo inalámbrico de conexión con la red y el medio no son idénticas.

Ruido

El ruido es una representación de la degradación extraordinaria de la señal por factores ajenos. Las interferencias e incluso los propios dispositivos generan ruido que va en detrimento de la propia señal. La transmisión será correcta siempre y cuando la potencia de señal sea mayor al ruido. Concretamente en dispositivos ADSL es habitual encontrar una referencia SNR (Signal-Noise Ratio) que indica la proporción de señal por ruido. Uno de los problemas más frustrantes con el acceso a Internet es que cuando configuramos el router, todo debería funcionar correctamente y usted se desplaza a la habitación de al lado y la señal se convierte en mala o muy mala. Actualiza el router, y la señal no parece mejorar. Actualiza a una red de malla de lujo, sólo para encontrar que la gente en la sala de conferencias todavía no son capaces de conectar sus portátiles a la WiFi, aunque la señal debe ser fuerte.

El problema puede no ser la intensidad de la señal o el alcance de la red. Podría ser un problema con lo que se llama "señal a ruido", a veces llamado SNR.

Sin embargo, el SNR es un problema real. Si su red debería estar funcionando bien pero las descargas son lentas o hay desconexiones extrañas en ciertos lugares de su edificio, investigue el SNR para averiguar si eso es lo que está afectando a sus conexiones y si vale la pena el tiempo.

Latencia

Latencia es el retraso de la señal por la suma de todos los retardos acumulados desde el origen hasta el destino. Es un factor que puede afectar el rendimiento de la red, en función de la cantidad de bits transferido por unidad de tiempo.

La latencia se puede calcular por:

▪ El tiempo que toma un bit en llegar al destino.

▪El tiempo que toma un bit en pasar los equipos de redes de la entrada a la salida.

Jitter

Se denomina jitter o fluctuación del retardo​​​ a la variabilidad temporal durante el envío de señales digitales, una ligera desviación de la exactitud de la señal de reloj. El jitter suele considerarse como una señal de ruido no deseada. Es causado por señales de reloj no sincronizadas entre el origen y destino. Esto significa que los bits arribarán más temprano o tarde de lo esperado. Es una fluctuación en la demora a medida que los paquetes se transfieren a través de una red. Es la tasa de retraso cambiante en una red. 

Colisiones

Una colisión sucede cuando dos equipos intentar transmitir en el medio compartido al mismo tiempo. Estas destruyen los datos, por lo cual el origen debe volver a transmitir los datos.

La colisión es el evento donde se transmiten datos por múltiples equipos de manera simultánea través de la red, en pocas palabras, una colisión de datos es cuando ambos PC's están transfiriendo un paquete, al mismo tiempo, a la red. 

Medios de transmisión

Los medios de transmisión constituyen el soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse en una red informática. Las transmisiones se realizan habitualmente empleando ondas electromagnéticas o pulsos de luz que se propagan a través del canal. 

Estos medios se pueden clasificar en dos grupos los guiados y los no guiados.

Medios guiados

Los medios de transmisión guiados están constituidos por un cable que se encarga de la conducción (o guiado) de las señales desde un extremo al otro.

Las principales características de los medios guiados son:

• el tipo de conductor utilizado,
• la velocidad máxima de transmisión,
• las distancias máximas que puede ofrecer entre repetidores,
• la inmunidad frente a interferencias electromagnéticas,
• la facilidad de instalación y,
• la capacidad de soportar diferentes tecnologías de nivel de enlace.

Cables trenzados:

Forma de conexión en la que dos aisladores son entrelazados para tener menores interferencias y aumentar la potencia y disminuir la diafonía de los cables adyacentes. 

 Cables multipares:

El cable multipar más conocido como manguera multipar es un conjunto de hilos de cobre de un diámetro entre 0,4 y 0,6 mm, agrupados por pares y trenzados. su uso más extendido es en instalaciones de telefonía..

Cable coaxial:

El cable coaxial, al igual que el cable de par trenzado, tiene dos conductores, aunque tiene un rango mayor de frecuencia. Consiste en un conductor cilíndrico externo que rodea a un cable conductor. Un cable coaxial consta de un núcleo de hilo de cobre rodeado por un aislante, un apantallamiento de metal trenzado y una cubierta externa.

Cable coaxial. Cisco Academy

Fibra óptica:

Es un medio flexible y fino, capaz de conducir energía de naturaleza óptica. Utiliza diversos tipos de cristales y plásticos. Un cable de fibra óptica tiene forma cilíndrica y está formado por tres secciones concéntrica: el núcleo, el revestimiento y la cubierta.

Medios no guiados

En los medios de transmisión no guiados, las ondas se propagan a través del aire, el mar o el vacío. La transmisión como la recepción se lleva mediante antenas.

Radiocomunicaciones:

Las ondas de las radiocomunicaciones son omnidireccionales, a diferencia de las microondas, por lo tanto, no necesitan antenas parabólicas, ni necesitan que las antenas estén instaladas sobre una plataforma rígida para estar alineadas. 

Comunicaciones de radio. Pixabay.com (CCBY)

Microondas:

La antena más común en las microondas es la de tipo parabólico. Es tamaño del diámetro es de unos 3 metros. Las antenas de microondas se sitúan a una altura apreciable sobre el nivel del suelo, para con ello conseguir mayores separaciones posibles entre ellas y para ser capaces de salvar posibles obstáculos

Antena parabólica. Pixabay.com (CCBY)

Satélite:

Son ondas electromagnéticas que permiten trasmitir información por medio de los satélites artificiales. Un satélite puede definirse como un repetidor de radio en el cielo (transponder), un sistema satelital consiste en un transponder, una estación basada en tierra, para controlar su funcionamiento, y una red de usuario.

Guía de ondas:

Guías de onda es el nombre que se utiliza para designar los tubos de un material conductor de forma circular o elíptica, en los cuales la dirección de la energía electromagnética debe ser principalmente conducida al largo de la guía. En la actualidad, son especialmente importantes para  transportar información de banda ancha, sustituyendo a los cables coaxiales y enlaces de microonda en las redes telefónicas y en general las redes de datos.

Sistema láser:

Un LÁSER es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente tanto espacial como temporalmente.