viernes, 14 de junio de 2013

Enlace de datos

Capa de enlace de datos

El nivel de enlace de datos (en inglés data link level) o capa de enlace de datos es la segunda capa del modelo OSI, el cual es responsable de la transferencia fiable de información a través de un circuito de transmisión de datos. Recibe peticiones de la capa de red y utiliza los servicios de la capa física.
El objetivo de la capa de enlace es conseguir que la información fluya, libre de errores, entre dos máquinas que estén conectadas directamente (servicio orientado a conexión).
Para lograr este objetivo tiene que montar bloques de información (llamados tramas en esta capa), dotarles de una dirección de capa de enlace (Dirección MAC), gestionar la detección o corrección de errores, y ocuparse del control de flujo entre equipos (para evitar que un equipo más rápido desborde a uno más lento).


Cuando el medio de comunicación está compartido entre más de dos equipos es necesario arbitrar el uso del mismo. Esta tarea se realiza en la subcapa de control de acceso al medio.

Tramas.


La capa de enlace agrupa los bits en paquetes discretos denominados tramas (frames) que son los que envía por la línea. A veces, como en el caso de SDH, el medio físico crea también sus propias tramas, que no tienen por qué coincidir con las del nivel de enlace. Según el tipo de red la trama puede oscilar entre unos pocos y unos miles de bytes[1]. La utilización de tramas simplifica el proceso de detección y eventual corrección de errores. Una buena parte de las tareas de la capa de enlace tiene que ver con la construcción e identificación de las tramas.

Para identificar el principio y final de una trama la capa de enlace puede usar varias técnicas; las mas normales son:

  • Contador de caracteres
  • Caracteres indicadores de inicio y final con caracteres de relleno
  • Bits indicadores de inicio y final, con bits de relleno
  • Violaciones de código a nivel físico

  Control de flujo


Cuando dos ordenadores se comunican generalmente han de adoptarse medidas para asegurar que el emisor no satura al receptor. Si la línea entre ellos es de baja capacidad probablemente el factor limitante será la conexión, pero si es un canal rápido (por ejemplo una red local) es posible que el emisor, si es un ordenador más rápido o está menos cargado que el receptor, envíe datos a un ritmo superior al que es capaz de asimilar éste. En este caso el nivel de enlace en el receptor utilizará los buffers que tenga disponibles para intentar no perder datos, pero si el ritmo acelerado sigue durante un tiempo suficiente se producirá antes o después una pérdida de tramas por desbordamiento. En estos casos es preciso habilitar mecanismos que permitan al receptor frenar al emisor, es decir ejercer control de flujo sobre él. 
El control de flujo puede implementarse en el nivel de enlace o en niveles superiores (por ejemplo el nivel de transporte). Es importante que el control de flujo se ejerza de forma que no produzca ineficiencias en la comunicación; por ejemplo en enlaces de área extensa, donde la capacidad es un bien muy costoso, es importante mantener el nivel de ocupación del enlace tan alto como sea posible sin incurrir por ello en pérdida de tramas.

      Control de errores.

Por desgracia el medio de transmisión utilizado en redes de ordenadores introduce errores. La tasa de errores es función de múltiples factores, pero principalmente del medio de transmisión utilizado. La fibra óptica y las redes locales suelen tener las tasas más bajas[1], mientras que las transmisiones inalámbricas con equipos móviles (GSM o LANs inalámbricas) o sobre telefonía analógica suelen tener las más altas.


Iniciación, terminación e identificación. 

La función de iniciación comprende los procesos necesarios para activar el enlace e implica el intercambio de tramas de control con el fin de establecer la disponibilidad de las estaciones para transmitir y recibir información.

Las funciones de terminación son de liberar los recursos ocupados hasta la recepción/envío de la última trama. También de usar tramas de control. La identificación es para saber a que terminal se debe de enviar una trama o para conocer quién envía la trama. Se lleva a cabo mediante la dirección de la capa de enlace.

Control de errores. 

Proporciona detección y corrección de errores en el envío de tramas entre computadores, y provee el control de la capa física. Sus funciones, en general, son:

Identificar Trama de datos.

Códigos detectores y correctores de error.

Control de flujo.

Gestión y coordinación de la comunicación.

Correctores de error: Es opcional en esta capa, la encargada de realizar esta función es la capa de transporte , en una WAN es muy probable que la verificación, la realiza la capa de enlace


Para la Identificación de tramas puede usar distintas técnicas como:

Contador de caracteres.

Caracteres de inicio y final con caracteres de relleno

Secuencia de bits indicadora de inicio y final, con bits de relleno

El control de flujo es necesario para no 'agobiar' al receptor. Se realiza normalmente en la capa de transporte, también a veces en la capa de enlace. Utiliza mecanismos de retroalimentación. Suele ir unido a la corrección de errores y no debe limitar la eficiencia del canal.

Los métodos de control de errores son básicamente 2:

FEC o corrección de errores por anticipado y no tiene control de flujo.

ARQ: Posee control de flujo mediante parada y espera, o/y ventana deslizante.

Las posibles implementaciones son:

Parada y espera simple: Emisor envía trama y espera una señal del receptor para enviar la siguiente o la que acaba de enviar en caso de error.

Envío continuo y rechazo simple: Emisor envía continuamente tramas y el receptor las va validando. Si encuentra una errónea, elimina todas las posteriores y pide al emisor que envíe a partir de la trama errónea.

Envío continuo y rechazo selectivo: transmisión continua salvo que sólo retransmite la trama defectuosa.

La detección de errores la realiza mediante diversos tipos de códigos del que hay que resaltar:

CRC (control de redundancia cíclica)

Simple paridad

Paridad cruzada (Paridad horizontal y vertical)

Suma de verificación

La corrección de errores están basados en Código Hamming, por repetición, verificación de paridad cruzada, Reed-Solomon y de goyle.

Delimitación de trama

La capa de enlace debe ocuparse de la delimitación y sincronización de la trama. Para la sincronización se puede usar 3 métodos:

El primero de ellos es "Principio y fin" (caracteres específicos para identificar el principio o el fin de cada trama).

También puede usar "Principio y cuenta" (Utiliza un carácter para indicar comienzo y seguido por un contador que indica su longitud).

Por último puede usar el "Guion" (se emplea una agrupación especifica de bits para identificar el principio y fin mediante banderas/flags).

La transparencia 

Se realiza mediante la inserción de bits. Consta de ir contando los unos consecutivos y cuando se encuentra con 5 unos seguidos y consecutivos introduce el bit 0 después del quinto uno. Ejemplo: Considere la trama 0101111110, al aplicar la transparencia pasa a ser 01011111010.


Recuperación de fallos

Se refiere a los procedimientos para detectar situaciones y recuperar al nivel de situaciones anómalas como la ausencia de respuesta, recepción de tramas inválidas, etc. Las situaciones más típicas son la pérdida de tramas, aparición de tramas duplicadas y llegada de tramas fuera de secuencia.

Si no se tratasen correctamente estos eventos se perderá información y se aceptarán datos erróneos como si fuesen correctos. Generalmente se suelen utilizar contadores para limitar el número de errores o reintentos de los procesos y procedimientos. También se pueden usar temporizadores para establecer plazos de espera (timeout) de los sucesos.


Gestión y coordinación de la comunicación


La gestión atiende a 2 tipos:

El primero de ellos es un sistema centralizado donde existe una máquina maestra y varias esclavas. Estas conexiones se pueden realizar punto a punto o multipunto.

El segundo de ellos es el distribuido, donde no existe máquina maestra y todas compiten por el control del sistema de comunicación.

La coordinación se puede realizar mediante selección o contienda:

La selección se puede implementar mediante sondeo/selección, donde el maestro recoge un mensaje de una secundaria y se la entrega a quien seleccione. También es posible asignando un testigo a una máquina que es la que puede emitir mensajes/tramas. Son típicas las configuraciones Token Ring y Token Bus.

La contienda se basa en que cada ordenador emite su trama/mensaje cuando le apetece. Todos los componentes de la red son tanto emisores como receptores. Son típicos los sistemas ALOHA y CSMA/CD. Hay que tener cuidado con las colisiones.


Comunicaciones de Datos

Transmisión de datos

Transmisión de datos, transmisión digital o comunicaciones digitales es la transferencia física de datos (un flujo digital de bits) 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.
Formas de transmisión de datos.

Transmisión analógica: estas señales se caracterizan por el continuo cambio de amplitud de la señal. En ingeniería de control de procesos la señal oscila entre 4 y 20 mA, y es transmitida en forma puramente analógica. En una señal analógica el contenido de información es muy restringido; tan solo el valor de la corriente y la presencia o no de esta puede ser determinado.

Transmisión digital: estas señales no cambian continuamente, sino que es transmitida en paquetes discretos. No es tampoco inmediatamente interpretada, sino que debe ser primero decodificada por el receptor. El método de transmisión también es otro: como pulsos eléctricos que varían entre dos niveles distintos de voltaje. En lo que respecta a la ingeniería de procesos, no existe limitación en cuanto al contenido de la señal y cualquier información adicional.

Elementos de un sistema transmisión

El problema de la transmisión se reduce a la generación de una señal que represente de alguna manera, conocida por ambos extremos, la información que se quiere transmitir y hacerla llegar a través de un canal de transmisión al destino con las mínimas perturbaciones posibles.



FUENTE: Es el elemento menos complicado de tratar, en tanto que reside en el mismo lugar del que sale la información, y se encuentra en un unas condiciones controladas. 

MEDIO DE TRANSMISIÓN: Tiene como misión transportar la señal generada por la fuente hasta el destino, pero añade una serie de dificultades a la tarea: añade ruido, resta potencia y, crea distorsión. Como todos esos efectos se suelen apoyar para modificar la señal en forma poco predecible, provocan una pérdida de información que puede afectar a la comunicación entera.

RECEPTOR: Es el encargado de obtener la información original a partir de la señal (deteriorada) que llega por el canal. 




Conexiones simples, semidúplex y dúplex totales.


Una conexión simple.


 Es una conexión en la que los datos fluyen en una sola dirección, desde el transmisor hacia el receptor. Este tipo de conexión es útil si los datos no necesitan fluir en ambas direcciones (por ejemplo: desde el equipo hacia la impresora o desde el ratón hacia el equipo...).


Una conexión semidúplex.
  Es una conexión en la que los datos fluyen en una u otra dirección, pero no las dos al mismo tiempo. Con este tipo de conexión, cada extremo de la conexión transmite uno después del otro. Este tipo de conexión hace posible tener una comunicación bidireccional utilizando toda la capacidad de la línea.





Una conexión dúplex total.
 Es una conexión en la que los datos fluyen simultáneamente en ambas direcciones. Así, cada extremo de la conexión puede transmitir y recibir al mismo tiempo; esto significa que el ancho de banda se divide en dos para cada dirección de la transmisión de datos si es que se está utilizando el mismo medio de transmisión para ambas direcciones de la transmisión.





Transmisión en serie y paralela

El modo de transmisión se refiere al número de unidades de información (bits) elementales que se pueden traducir simultáneamente a través de los canales de comunicación. De hecho, los procesadores (y por lo tanto, los equipos en general) nunca procesan (en el caso de los procesadores actuales) un solo bit al mismo tiempo. Generalmente son capaces de procesar varios (la mayoría de las veces 8 bits: un byte) y por este motivo, las conexiones básicas en un equipo son conexiones paralelas.

Conexión paralela

Las conexiones paralelas consisten en transmisiones simultáneas de Ncantidad de bits. Estos bits se envían simultáneamente a través de diferentes canales N (un canal puede ser, por ejemplo, un alambre, un cable o cualquier otro medio físico). La conexión paralela en equipos del tipo PC generalmente requiere 10 alambres.

Estos canales pueden ser:

N líneas físicas: en cuyo caso cada bit se envía en una línea física (motivo por el cual un cable paralelo está compuesto por varios alambres dentro de un cable cinta) una línea física dividida en varios subcanales, resultante de la división del ancho de banda. En este caso, cada bit se envía en una frecuencia diferente...


Debido a que los alambres conductores están uno muy cerca del otro en el cable cinta, puede haber interferencias (particularmente en altas velocidades) y degradación de la calidad en la señal...


Conexión en serie

En una conexión en serie, los datos se transmiten de a un bit por vez a través del canal de transmisión. Sin embargo, ya que muchos procesadores procesan los datos en paralelo, el transmisor necesita transformar los datos paralelos entrantes en datos seriales y el receptor necesita hacer lo contrario.


Transmisión sincrónica y asincrónica

Debido a los problemas que surgen con una conexión de tipo paralela, es muy común que se utilicen conexiones en serie. Sin embargo, ya que es un solo cable el que transporta la información, el problema es cómo sincronizar al transmisor y al receptor. En otras palabras, el receptor no necesariamente distingue los caracteres (o más generalmente, las secuencias de bits) ya que los bits se envían uno después del otro. Existen dos tipos de transmisiones que tratan este problema:
·        
La conexión asincrónica.
En la que cada carácter se envía en intervalos de tiempo irregulares (por ejemplo, un usuario enviando caracteres que se introducen en el teclado en tiempo real). Así, por ejemplo, imagine que se transmite un solo bit durante un largo período de silencio... el receptor no será capaz de darse cuenta si esto es 00010000, 10000000 ó 00000100... 


Para remediar este problema, cada carácter es precedido por información que indica el inicio de la transmisión del carácter (el inicio de la transmisión de información se denomina bit de INICIO) y finaliza enviando información acerca de la finalización de la transmisión (denominada bit de FINALIZACIÓN, en la que incluso puede haber varios bits de FINALIZACIÓN).
·       
  Conexión sincrónica.
 El transmisor y el receptor están sincronizados con el mismo reloj. El receptor recibe continuamente (incluso hasta cuando no hay transmisión de bits) la información a la misma velocidad que el transmisor la envía. Es por este motivo que el receptor y el transmisor están sincronizados a la misma velocidad. Además, se inserta información suplementaria para garantizar que no se produzcan errores durante la transmisión.

Red Telefónica Conmutada

Se define como el conjunto de elementos constituido por todos los medios de transmisión y conmutación necesarios para enlazar a voluntad dos equipos terminales mediante un circuito físico que se establece específicamente para la comunicación y que desaparece una vez que se ha completado la misma. Se trata por tanto, de una red de telecomunicaciones conmutada.

Funcionamiento

La Red Telefónica Conmutada (RTC; también llamada Red Telefónica Básica Conmutada o RTBC) es una red de comunicación diseñada primordialmente para transmisión de voz, aunque pueda también transportar datos, por ejemplo en el caso del fax o de la conexión a Internet a través de un módem acústico.

Se trata de la red telefónica clásica, en la que los terminales telefónicos (teléfonos) se comunican con una central de conmutación a través de un solo canal compartido por la señal del micrófono y del auricular. En el caso de transmisión de datos hay una sola señal en el cable en un momento dado compuesta por la de subida más la de bajada, por lo que se hacen necesarios supresores de eco.





Codificación de Datos

La Codificación de los Datos

Datos Digitales Señales Digitales

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. Esta transmisión es la menos complicada y costosa con referencia a los demás.
Las tareas involucradas al interpretar las señales digitales en el receptor son:
  1. El receptor debe conocer o determinar la duración de cada bit (cuando comienza y termina cada bit)
  2. El receptor debe determinar si el nivel para cada bit es alto o bajo.
Los factores que determinan el éxito o fracaso del  receptor al interpretar la señal de entrada son:
  • La relación señal ruido
  • La velocidad de transmisión y
  • El ancho de banda

Esquemas de Codificación


   Un esquema de codificación es simplemente la correspondencia que se establece entre los bits de datos con los elementos de señal.
  • NRZ
  • Binario Multinivel
  • Bifase

    Datos Digitales, Señales Analógicas

    La situación más habitual para este tipo de situaciones es la transmisión de datos digitales a través de la red teléfonica, diseñada para recibir, conmutar y transmitir señales analógicas en el rango de frecuencias de voz.  Los modems permiten la conversión de los datos digitales en señales analógicas y viceversa.

    Técnicas de Codificación o Modulación

    Hay tres técnicas de codificación o modulación que son:
    • Desplazamiento de Amplitud (ASK)
    • Desplazamiento de Frecuencia (FSK)
    • Desplazamiento en Fase (PSK)

    ASK.


        Los dos valores binarios se representan mediante dos amplitudes diferentes de la portadora. El '1 binario' se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante y el '0 binario' se representa mediante la ausencia de portadora.
        Es una técnica de modulación bastante ineficaz, se usa típicamente a 1200 bps como mucho, es utilizada para la transmisión de datos digitales en fibras ópticas.

    FSK.

        Los dos valores binarios se representan mediante dos frecuencias diferentes próximas a la frecuencia de la portadora.  FSK es menos sensible que ASK.  En líneas de calidad telefónica, se utiliza a velocidades de 1200 bps.  También se usa frecuentemente en transmisiones de radio a más altas frecuencias (desde 3 hasta 30 Mhz), también se puede usar en redes de área local que utilicen cable coaxial.

    PSK.

        La fase de la señal portador se desplaza para representar los datos digitales.  El desplazamiento en fase se puede dar mediante diferentes técnicas:

    • DPSK:  Ocurre un cambio de fase cada vez que se transmite un '1binario', en caso contrario la fase permanece constante.  Se realiza en dos fases 0º y 180º, podemos obtener hasta 2 señales.
    • QPSK: En lugar de usar un desplazamiento de fase de 180º utiliza desplazamientos de fase correspondientes a múltiplos de 90º (90º,180º,270º,360º).  Por lo que cada elemento de señal representa 2 bits en lugar de 1.

    Datos Analógicos, Señales Digitales

        Es más concreto referirse a este proceso como la conversión de datos analógicos a datos digitales:  este proceso se denomina también digitalización.  El dispositivo que se utiliza para la conversión de los datos analógicos en digitales, y que posteriormente recupera los datos analógicos iniciales de los digitales se denomina CODEC (codificador - decodificador).  Existen dos técnicas utilizadas por el CODEC que son:

    • Modulación por Codificación de impulsos
    • Modulación delta

      DATOS ANALÓGICOS, SEÑALES ANALÓGICAS

      Para la transmisión de señales analógicas mediante modulación analógica existen 2 razones:
      1.  Los medios no guiados necesitan una mayor frecuencia para una transmisión más efectiva.
      2. La modulación permite la multiplexación por división de frecuencias.
      Las técnicas de modulación de datos analógicos son:
      1. Modulación en Amplitud (AM)
      2. Modulación en Frecuencia (FM)
      3. Modulación en Fase (PM)

      ESPECTRO EXPANDIDO

      Esta técnica permite transmitir tanto señales analógicas como digitales, utilizando una señal analógica.  Consiste en expandir la información de la señal sobre un ancho de banda.
      Existen dos tipos de espectro expandido:
      1. Salto en Frecuencia
      2. Espectro Expandido con Secuencia Directa

      1. Salto en Frecuencia.

      En este esquema la señal se emite sobre una serie de radio frecuencias aparentemente aleatorias.  El receptor captará el mensaje saltando de frecuencia en frecuencia sincrónicamente con el transmisor.  Los receptores no autorizados escucharán una señal inentendible.

      2. Espectro Expandido con Secuencia Directa.

      En este esquema, cada bit de la señal original se representa mediante varios bits de la señal transmitida, a este procedimiento se le denomina código de compartición.

Topologías de red

Topologías de red


La topología de red la determina únicamente la configuración de las conexiones entre nodos. La distancia entre los nodos, las interconexiones físicas, las tasas de transmisión y los tipos de señales no pertenecen a la topología de la red, aunque pueden verse afectados por la misma.
La topología se refiere a la forma en que están interconectados los distintos equipos (nodos) de una red.

Un nodo es un dispositivo activo conectado a la red, como un ordenador o una impresora. Un nodo también puede ser dispositivo o equipo de la red como un concentrador, conmutador o un router.

Topología de Bus

La topología de bus tiene todos sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene ninguna otra conexión entre nodos. Físicamente cada host está conectado a un cable común, por lo que se pueden comunicar directamente, aunque la ruptura del cable hace que los hosts queden desconectados.

La topología de bus permite que todos los dispositivos de la red puedan ver todas las señales de todos los demás dispositivos, lo que puede ser ventajoso si desea que todos los dispositivos obtengan esta información. Sin embargo, puede representar una desventaja, ya que es común que se produzcan problemas de tráfico y colisiones, que se pueden paliar segmentando la red en varias partes. Es la topología más común en pequeñas LAN, con hub o switch final en uno de los extremos. 

Topología de Anillo

Una topología de anillo se compone de un solo anillo cerrado formado por nodos y enlaces, en el que cada nodo está conectado solamente con los dos nodos adyacentes.

Los dispositivos se conectan directamente entre sí por medio de cables en lo que se denomina una cadena margarita. Para que la información pueda circular, cada estación debe transferir la información a la estación adyacente. 

Topología en Estrella

La topología en estrella tiene un nodo central desde el que se irradian todos los enlaces hacia los demás nodos. Por el nodo central, generalmente ocupado por un hub, pasa toda la información que circula por la red.

La ventaja principal es que permite que todos los nodos se comuniquen entre sí de manera conveniente. La desventaja principal es que si el nodo central falla, toda la red se desconecta. 

Topología en Árbol

La topología en árbol es similar a la topología en estrella extendida, salvo en que no tiene un nodo central. En cambio, un nodo de enlace troncal, generalmente ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos. 

El enlace troncal es un cable con varias capas de ramificaciones, y el flujo de información es jerárquico. Conectado en el otro extremo al enlace troncal generalmente se encuentra un host servidor.

Topología en Malla Completa

En una topología de malla completa, cada nodo se enlaza directamente con los demás nodos. Las ventajas son que, como cada todo se conecta físicamente a los demás, creando una conexión redundante, si algún enlace deja de funcionar la información puede circular a través de cualquier cantidad de enlaces hasta llegar a destino. Además, esta topología permite que la información circule por varias rutas a través de la red. 

La desventaja física principal es que sólo funciona con una pequeña cantidad de nodos, ya que de lo contrario la cantidad de medios necesarios para los enlaces, y la cantidad de conexiones con los enlaces se torna abrumadora.
Topología de Red Celular

La topología celular está compuesta por áreas circulares o hexagonales, cada una de las cuales tiene un nodo individual en el centro.
La topología celular es un área geográfica dividida en regiones (celdas) para los fines de la tecnología inalámbrica. En esta tecnología no existen enlaces físicos; sólo hay ondas electromagnéticas. La ventaja obvia de una topología celular (inalámbrica) es que no existe ningún medio tangible aparte de la atmósfera terrestre o el del vacío del espacio exterior (y los satélites). Las desventajas son que las señales se encuentran presentes en cualquier lugar de la celda y, de ese modo, pueden sufrir disturbios y violaciones de seguridad. Como norma, las topologías basadas en celdas se integran con otras topologías, ya sea que usen la atmósfera o los satélites. 




MEDIOS FÍSICOS DE TRANSMISIÓN DE DATOS

MEDIOS FÍSICOS DE TRANSMISIÓN DE DATOS

Para que una red funcione, los dispositivos deben estar interconectados, ya sea por medios cableados o inalámbricos. El soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse se conoce como medio de transmisión de datos.



MEDIOS GUIADOS

Los medios guiados son aquellos que utilizan componentes físicos y sólidos para la transmisión de datos. Están constituidos por un cable conductor de un dispositivo al otro. Algunos de los medios de transmisión guiados más utilizados son: cables de pares trenzados, cables coaxiales y cables de fibra óptica.




El cable de par trenzado y el coaxial usan conductores metálicos como el cobre que acepta y transporta señales de corriente eléctrica. La fibra óptica es un cable de cristal o plástico que acepta y transporta señales en forma de luz.



1. CABLE DE PAR TRENZADO

Es el medio de transmisión guiado más utilizado para datos analógicos y digitales, en diferentes tipos de tráfico: voz, datos y video.
Se le dio este nombre por tener dos alambres de cobre, de 1 mm de espesor, trenzados entre si en forma de hélice y aislados, lo que hace que se elimine la interferencia entre pares y que tenga una baja inmunidad al ruido electromagnético.

El cable par trenzado puede alcanzar varios Mbps de ancho de banda, dependiendo del calibre, el material y la distancia. Puede adquirirse por un bajo costo. Un ejemplo de su uso es el sistema telefónico.

Existen dos tipos de par trenzado: sin blindaje y blindado.

 Cable de par trenzado sin blindaje (UTP: Unshielded Twisted Pair)

El cable de par trenzado sin blindaje es el tipo más frecuente de medio de comunicación que se usa actualmente, tiene una amplia difusión en telefonía  y en redes LAN.

Está formado por dos hilos, cada uno de los cuales está recubierto de material aislante; como Teflón o PVC, debido a que el primero genera poco humo en incendios. Se distinguen dos tipos de recubrimiento: el rígido (para cableado vertical y horizontal) y flexible (para patch cord).


CATEGORÍAS DE UTP
“La especificación 568A Commercial Building Wiring Standard de la asociación Industrias Electrónicas e Industrias de la Telecomunicación (EIA/TIA) especifica el tipo de cable UTP que se utilizará en cada situación y construcción. Dependiendo de la velocidad de transmisión ha sido dividida en diferentes categorías:
Categoría 1: Hilo telefónico trenzado de calidad de voz no adecuado para las transmisiones de datos. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 1MHz.
Categoría 2: Cable par trenzado sin apantallar. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 4 MHz. Este cable consta de 4 pares trenzados de hilo de cobre.
Categoría 3: Velocidad de transmisión típica de 10 Mbps para Ethernet. Con este tipo de cables se implementa las redes Ethernet 10BaseT. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 16 MHz. Este cable consta de cuatro pares trenzados de hilo de cobre con tres entrelazados por pie.
Categoría 4: La velocidad de transmisión llega hasta 20 Mbps. Las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 20 MHz. Este cable consta de 4 pares trenzados de hilo de cobre.
Categoría 5: Es una mejora de la categoría 4, puede transmitir datos hasta 100Mbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior de 100 MHz. Este cable consta de cuatro pares trenzados de hilo de cobre.
Categoría 6: Es una mejora de la categoría anterior, puede transmitir datos hasta 1Gbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 250 MHz.
Categoría 7. Es una mejor de la categoría 6, puede transmitir datos hasta 10 Gbps y las características de transmisión del medio están especificadas hasta una frecuencia superior a 600 MHz.”  [47]
 Cable de par trenzado blindado (STP: Shield Twiested Pair)
El cable de par trenzado blindado (STP) combina las técnicas de blindaje, cancelación y trenzado de cables. Tiene una funda de metal o un recubrimiento de malla entrelazada que envuelve cada par de hilos aislados; lo que hace que tenga mayor protección que el UTP, protegiéndolo contra interferencias y ruido eléctrico, haciendo que sea difícil de instalar.
Es utilizado generalmente dentro de centros de informática por su capacidad y sus buenas características contra las radiaciones electromagnéticas. La pantalla del STP, para que sea más eficaz, requiere una configuración de interconexión con tierra.



 CABLE COAXIAL

El cable coaxial consiste de un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante flexible. El conductor central también puede ser hecho de un cable de aluminio cubierto de estaño que permite que el cable sea fabricado de forma económica.

Para su conexión se utilizan  conectores BNC simples y en T. En una red al final del cable principal de red se deben instalar resistencias especiales, resistores, para evitar la reflexión de las ondas de señal.

Componentes del cable coaxial:


  Banda base (Baseband).
Es de bajo costo, tiene mayor inmunidad al ruido que el cable de pares  y es usado en redes locales como:
10BASE-5: Coaxial grueso, 5 segmentos c/u de 500 mts, 100 estaciones por segmento.
10BASE-2: Coaxial delgado, 5 segmentos, c/u de 200 mts, 30 estaciones por segmento.
Se utiliza para transmisión digital, operando en modo halfduplex.
Está compuesto por un núcleo de cobre, aislante y malla conductora. Tiene 50 ohmios y con cables de 1 km se alcanzan 10 Mbps.
Existen dos tipos de cable coaxial banda base: coaxial grueso (Thick) y coaxial fino (Thin).
 Banda ancha (Broadband)
Es utilizado para infraestructura de TV por cable,  para  la transmisión de datos con el acceso a Internet y también permite aplicaciones en tiempo real. Se conoce como la red HFC (Hybrid Fiber Coaxial).
Tiene un alcance de 5 Kmts, un ancho de banda de 300-450 Mhz y un tamaño de canal de TV de 6 Mhz. Es posible alcanzar hasta 150 Mbps, pero necesita amplificadores intermedios que conviertan el canal en unidireccional. 
Broadband se utiliza para transmisión analógica y aunque cada canal es half duplex, con 2 se obtiene full duplex.
 FIBRA ÓPTICA
La luz es una onda electromagnética y por tanto posee características como reflexión y refracción. La fibra óptica se basa en este último principio, donde en vez de corriente eléctrica se transmite luz. Está construida a partir de vidrio (SiO2) o plásticos altamente puros (Kebral).
Para transmisión digital la presencia de luz simboliza un 1, y la ausencia un 0. Puede transmitirse hasta a 1000 Mbps en 1 km y 100 km sin repetidores (a menor velocidad). Aunque hoy tiene un ancho de banda de 50.000 Gbps, es limitada por la conversión entre las señales ópticas y eléctricas (1 Gbps).
El sistema de fibra óptica está constituido por 3 componentes que son:
Emisor: Es la fuente de Luz (LED/LASER) que se encarga de conviertir energía eléctrica en óptica.
Medio: La fibra óptica encargada de llevar los pulsos de luz.
Receptor: El Fotodetector que convierte pulsos de luz en eléctricos.

Medios no guiados

En el caso de medios guiados es el propio medio el que determina el que determina principalmente las limitaciones de la transmisión: velocidad de transmisión de los datos, ancho de banda que puede soportar y espaciado entre repetidores. Sin embargo, al utilizar medios no guiados resulta más determinante en la transmisión el espectro de frecuencia de la señal producida por la antena que el propio medio de transmisión. el medio solo proporciona un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las guía.
La comunicación de datos en medios no guiados utiliza principalmente:
   

  •          Señales de radio
  •          Señales de microondas
  •          Señales de rayo infrarrojo
  •          Señales de rayo láser



Señales de radio: Son capaces de recorrer grandes distancias, atravesando edificios incluso. Son ondas omnidireccionales: se propagan en todas las direcciones. Su mayor problema son las interferencias entre usuarios.

Señales de Microondas: Estas ondas viajan en línea recta, por lo que emisor y receptor deben estar alineados cuidadosamente. Tienen dificultades para atravesar edificios. Debido a la propia curvatura de la tierra, la distancia entre dos repetidores no debe exceder de unos 80 Kms. de distancia. Es una forma económica para comunicar dos zonas geográficas mediante dos torres suficientemente altas para que sus extremos sean visibles.


Señales de Infrarrojo: Son ondas direccionales incapaces de atravesar objetos sólidos (paredes, por ejemplo) que están indicadas para transmisiones de corta distancia.


Señales de Rayo Láser: Las ondas láser son unidireccionales. Se pueden utilizar para comunicar dos edificios próximos instalando en cada uno de ellos un emisor láser y un foco detector.
  • Ondas de superficie. El soporte físico de la información son unas ondas de radio que tienen la particularidad de propagarse siguiendo la curvatura terrestre. Se utilizan para distancias cortas. Son usadas en radiodifusión. 
  • Ondas de espacio. Se envían dos haces de ondas de una antena a otra; un haz va directo y el otro rebota sobre la superficie terrestre para llegar a destino. Las distancias no pueden ser muy grandes. Se utilizan en los repetidores de televisión. 
  • Ondas de cielo. Rebotan en la ionosfera terrestre. Con estas ondas se pueden cubrir distancias muy grandes. Las utilizan los radio-aficionados.
  • Ondas vía satélite. Son ondas de muy alta frecuencia que atraviesan la ionosfera hasta los satélites de comunicaciones, que las pueden reenviar hacia tierra. Actualmente se utilizan para todo tipo de telecomunicaciones, como telefonía o televisión. 

Modelo OSI.


El Modelo OSI.

Es un lineamiento funcional para tareas de comunicaciones y, por consiguiente, no especifica un estándar de comunicación para dichas tareas. Sin embargo, muchos estándares y protocolos cumplen con los lineamientos del Modelo OSI.

Como se mencionó anteriormente, OSI nace de la necesidad de uniformizar los elementos que participan en la solución del problema de comunicación entre equipos de cómputo de diferentes fabricantes.

Estos equipos presentan diferencias en:

Procesador Central.

Velocidad.

Memoria.

Dispositivos de Almacenamiento.

Interfaces para Comunicaciones.

Códigos de caracteres.

Sistemas Operativos.


Estas diferencias propician que el problema de comunicación entre computadoras no tenga una solución simple.

Dividiendo el problema general de la comunicación, en problemas específicos, facilitamos la obtención de una solución a dicho problema.

Esta estrategia establece dos importantes beneficios:

Mayor comprensión del problema.

La solución de cada problema especifico puede ser optimizada individualmente. Este modelo persigue un objetivo claro y bien definido:

Formalizar los diferentes niveles de interacción para la conexión de computadoras habilitando así la comunicación del sistema de cómputo independientemente del:


Fabricante.

Arquitectura.

Localización.

Sistema Operativo.


Estructura del Modelo OSI de ISO

El objetivo perseguido por OSI establece una estructura que presenta las siguientes particularidades:

Estructura multinivel: Se diseñó una estructura multinivel con la idea de que cada nivel se dedique a resolver una parte del problema de comunicación. Esto es, cada nivel ejecuta funciones especificas.

El nivel superior utiliza los servicios de los niveles inferiores: Cada nivel se comunica con su similar en otras computadoras, pero debe hacerlo enviando un mensaje a través de los niveles inferiores en la misma computadora. La comunicación internivel está bien definida. 

El nivel N utiliza los servicios del nivel N-1 y proporciona servicios al nivel N+1.

Puntos de acceso: Entre los diferentes niveles existen interfaces llamadas "puntos de acceso" a los servicios.

Dependencias de Niveles: Cada nivel es dependiente del nivel inferior y también del superior.

Encabezados: En cada nivel, se incorpora al mensaje un formato de control. Este elemento de control permite que un nivel en la computadora receptora se entere de que su similar en la computadora emisora esta enviándole información. Cualquier nivel dado, puede incorporar un encabezado al mensaje. Por esta razón, se considera que un mensaje esta constituido de dos partes: 

Encabezado e Información. Entonces, la incorporación de encabezados es necesaria aunque representa un lote extra de información, lo que implica que un mensaje corto pueda ser voluminoso. Sin embargo, como la computadora destino retira los encabezados en orden inverso a como fueron incorporados en la computadora origen, finalmente el usuario sólo recibe el mensaje original.

Unidades de información: En cada nivel, la unidad de información tiene diferente nombre y estructura :

Niveles del Modelo OSI.


Aplicación.

Presentación.

Sesión.

Transporte.

Red.

Enlace de datos.

Físico.


La descripción de los 7 niveles es la siguiente :

Nivel Físico: Define el medio de comunicación utilizado para la transferencia de información, dispone del control de este medio y especifica bits de control, mediante:

Definir conexiones físicas entre computadoras.

Describir el aspecto mecánico de la interface física.

Describir el aspecto eléctrico de la interface física.

Describir el aspecto funcional de la interface física.

Definir la Técnica de Transmisión.

Definir el Tipo de Transmisión.

Definir la Codificación de Línea.

Definir la Velocidad de Transmisión.

Definir el Modo de Operación de la Línea de Datos.

Nivel Enlace de Datos: Este nivel proporciona facilidades para la transmisión de bloques de datos entre dos estaciones de red. Esto es, organiza los 1's y los 0's del Nivel Físico en formatos o grupos lógicos de información. Para:
Detectar errores en el nivel físico.

Establecer esquema de detección de errores para las retransmisiones o reconfiguraciones de la red.
Establecer el método de acceso que la computadora debe seguir para transmitir y recibir mensajes. Realizar la transferencia de datos a través del enlace físico.
Enviar bloques de datos con el control necesario para la sincronía.
En general controla el nivel y es la interfaces con el nivel de red, al comunicarle a este una transmisión libre de errores.

Nivel de Red: Este nivel define el enrutamiento y el envío de paquetes entre redes.

Es responsabilidad de este nivel establecer, mantener y terminar las conexiones.

Este nivel proporciona el enrutamiento de mensajes, determinando si un mensaje en particular deberá enviarse al nivel 4 (Nivel de Transporte) o bien al nivel 2 (Enlace de datos).

Este nivel conmuta, enruta y controla la congestión de los paquetes de información en una sub-red.

Define el estado de los mensajes que se envían a nodos de la red.

Nivel de Transporte: Este nivel actúa como un puente entre los tres niveles inferiores totalmente orientados a las comunicaciones y los tres niveles superiores totalmente orientados a el procesamiento. Además, garantiza una entrega confiable de la información.

Asegura que la llegada de datos del nivel de red encuentra las características de transmisión y calidad de servicio requerido por el nivel 5 (Sesión).

Este nivel define como direccionar la localidad física de los dispositivos de la red.

Asigna una dirección única de transporte a cada usuario.

Define una posible multicanalización. Esto es, puede soportar múltiples conexiones.

Define la manera de habilitar y inhabilitar las conexiones entre los nodos.

Determina el protocolo que garantiza el envío del mensaje.

Establece la transparencia de datos así como la confiabilidad en la transferencia de información entre dos sistemas.

Nivel Sesión: proveer los servicios utilizados para la organización y sincronizacion  del diálogo entre usuarios y el manejo e intercambio de datos.

Establece el inicio y termino de la sesión.

Recuperación de la sesión.

Control del diálogo; establece el orden en que los mensajes deben fluir entre usuarios finales.

Referencia a los dispositivos por nombre y no por dirección.

Permite escribir programas que correrán en cualquier instalación de red.

Nivel Presentación: Traduce el formato y asignan una sintaxis a los datos para su transmisión en la red.

Determina la forma de presentación de los datos sin preocuparse de su significado o semántica.

Establece independencia a los procesos de aplicación considerando las diferencias en la representación de datos.

Proporciona servicios para el nivel de aplicaciones al interpretar el significado de los datos intercambiados.

Opera el intercambio.

Opera la visualización.

Nivel Aplicación: Proporciona servicios al usuario del Modelo OSI.

Proporciona comunicación entre dos procesos de aplicación, tales como: programas de aplicación, aplicaciones de red entre otros.

Proporciona aspectos de comunicaciones para aplicaciones especificas entre usuarios de redes: manejo de la red, protocolos de transferencias de archivos (ftp) entre otros.