UNIVERSIDAD AUTONOMA DE SANTO DOMINGO

CATEGORIA

Computación: Redes

TEMA

Conceptos Básicos de Comunicaciones de Datos

PREPARADO POR

Estudiante de Termino Ingeniería Electromecánica

E-MAIL

Fecha de Realización

Noviembre, 1999.

CONCEPTOS BASICOS DE COMUNICACION DE DATOS

Comunicación de Datos. Es el proceso de comunicar información en forma binaria entre dos o más puntos. Requiere cuatro elementos básicos que son:

Emisor: Dispositivo que transmite los datos

Mensaje: lo conforman los datos a ser transmitidos

Medio : consiste en el recorrido de los datos desde el origen hasta su destino

Receptor: dispositivo de destino de los datos

BIT: es la unidad más pequeña de información y la unidad base en comunicaciones.

BYTE: conjunto de bits continuos mínimos que hacen posible, un direccionamiento de información en un sistema computarizado. Está formado por 8 bits.

Trama : tira de bits con un formato predefinido usado en protocolos orientados a bit.

Paquete : fracciones de un mensaje de tamaño predefinido, donde cada fracción o paquete contiene información de procedencia y de destino, así como información requerida para el reensamblado del mensaje.

Interfaces: conexión que permite la comunicación entre dos o más dispositivos.

Códigos: acuerdo previo sobre un conjunto de significados que definen una serie de símbolos y caracteres. Toda combinación de bits representa un carácter dentro de la tabla de códigos. las tablas de códigos más reconocidas son las del código ASCII y la del código EBCDIC.

Paridad: técnica que consiste en la adición de un bit a un carácter o a un bloque de caracteres para forzar al conjunto de unos (1) a ser par o impar. Se utiliza para el chequeo de errores en la validación de los datos. El bit de paridad será cero (0=SPACE) o uno (1=MARK).

Modulación: proceso de manipular de manera controlada las propiedades de una señal portadora para que contenga la información que se va a transmitir

DTE (Data Terminal Equipment): equipos que son la fuente y destino de los datos. comprenden equipos de computación (Host, Microcomputadores y Terminales).

DCE (Data Communications Equipment): equipos de conversión entre el DTE y el canal de transmisión, es decir, los equipos a través de los cuales conectamos los DTE a las líneas de comunicación.

MEDIOS , FORMAS Y TIPOS DE TRANSMISION

Medios

Aéreos: basados en señales radio-eléctricas (utilizan la atmósfera como medio de transmisión), en señales de rayos láser o rayos infrarrojos.

Sólidos: principalmente el cobre en par trenzado o cable coaxial y la fibra óptica.

Formas

Transmisión en Serie: los bits se transmiten de uno a uno sobre una línea única. Se utiliza para transmitir a larga distancia.

Transmisión en Paralelo: los bits se transmiten en grupo sobre varias líneas al mismo tiempo. Es utilizada dentro del computador.

La transmisión en paralela es más rápida que la transmisión en serie pero en la medida que la distancia entre equipos se incrementa (no debe sobrepasarse la distancia de 100 pies), no solo se encarecen los cables sino que además aumenta la complejidad de los transmisores y los receptores de la línea a causa de la dificultad de transmitir y recibir señales de pulsos a través de cables largos.

Tipos

Transmisión Simplex: la transmisión de datos se produce en un solo sentido. siempre existen un nodo emisor y un nodo receptor que no cambian sus funciones.

Transmisión Half-Duplex: la transmisión de los datos se produce en ambos sentidos pero alternativamente, en un solo sentido a la vez. Si se está recibiendo datos no se puede transmitir.

Transmisión Full-Duplex: la transmisión de los datos se produce en ambos sentidos al mismo tiempo. un extremo que esta recibiendo datos puede, al mismo tiempo, estar transmitiendo otros datos.

Transmisión Asincrona: cada byte de datos incluye señales de arranque y parada al principio y al final. La misión de estas señales consiste en:

• Avisar al receptor de que está llegando un dato.

• Darle suficiente tiempo al receptor de realizar funciones de sincronismo antes de que llegue el siguiente byte.

Transmisión Sincrona: se utilizan canales separados de reloj que administran la recepción y transmisión de los datos. Al inicio de cada transmisión se emplean unas señales preliminares llamadas:

• Bytes de sincronización en los protocolos orientados a byte.

• Flags en los protocolos orientados a bit.

Su misión principal es alertar al receptor de la llegada de los datos.

Nota: Las señales de reloj determinan la velocidad a la cual se transmite o recibe.

PROTOCOLOS

Protocolo Conjunto de reglas que posibilitan la transferencia de datos entre dos o más computadores.

Arquitectura de Niveles : el propósito de la arquitectura de niveles es reducir la complejidad de la comunicación de datos agrupando lógicamente ciertas funciones en áreas de responsabilidad (niveles).

Características

• Cada nivel provee servicios al nivel superior y recibe servicios del nivel inferior.

• Un mensaje proveniente de un nivel superior contiene una cabecera con información a ser usada en el nodo receptor.

• El conjunto de servicios que provee un nivel es llamado Entidad y cada entidad consiste en un manejador (manager) y un elemento (worker).

ESTANDARES

OSI ( International Standards Organization)

IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers)

OSI ( International Standards Organization)

En este modelo, el propósito de cada nivel es proveer servicios al nivel superior, liberándolo de los detalles de implementación de cada servicio. La información que se envía de un computador a otro debe pasar del nivel superior al nivel inferior atravesando todos los demás niveles de forma descendente, dentro del computador que origina los datos.

A su paso por cada nivel a los datos se les adiciona información que será removida al llegar a su destino. La información adicionada se clasifica en:

Información de Control, dirigida a su nivel correspondiente en el computador de destino. Cada nivel se comporta como si estuviera comunicándose con su contraparte en el otro computador.

Información de Interface, dirigida al nivel adyacente con el cual se está interactuando. El objeto de esta información es definir los servicios provistos por el nivel inferior, y como deben ser accesados estos servicios. Esta información tras ser empleada por el nivel adyacente es removida.

El modelo OSI se estructura en 7 niveles:

Nivel Fisico: este nivel dirige la transmisión de flujos de bits, sin estructura aparente, sobre un medio de conexión. Se encuentra relacionado con condiciones elécricas-ópticas, mecánicas y funcionales del interfaz al medio de transmisión. A su vez esta encargado de aportar la señal empleada para la transmisión de los datos generados por los niveles superiores.

En este nivel se define la forma de conectarse el cable a las tarjetas de red, cuanto pines debe tener cada conector y el uso funcional de cada uno de ellos. Define también la técnica de transmisión a emplear para el envío de los datos sobre el medio empleado. Se encarga de activar, mantener y desactivar un circuito físico. Este nivel trata la codificación y sincronización de los bits y es el responsable de hacer llegar los bits desde un computador a otro.

Nivel de Enlace de Datos: este nivel se encarga, en el computador de origen, de alojar en una estructura lógica de agrupación de bits, llamada Trama (Frame), los datos provenientes de los niveles superiores. En el computador de destino, se encarga de agrupar los bits provenientes del nivel físico en tramas de datos (Frames) que serán entregadas al nivel de red. Este nivel es el responsable de garantizar la transferencia de tramas libres de errores de un computador a otro a través del nivel físico.

Nivel de Red: es responsable del direccionamiento de mensajes y de la conversión de las direcciones lógicas y nombres, en direcciones físicas. Esta encargado también de determinar la ruta adecuada para el trayecto de los datos, basándose en condiciones de la red, prioridad del servicio, etc. El nivel de red agrupa pequeños fragmentos de mensajes para ser enviados juntos a través de la red.

Nivel de Transporte: se encarga de la recuperación y detección de errores. Garantiza también, la entrega de los mensajes del computador originados en el nivel de aplicación. Es el nivel encargado de informar a los niveles superiores del estatus de la red.

Nivel de Sesión: permite que dos aplicaciones residentes en computadoras diferentes establezcan, usen y terminen una conexión llamada sesión. Este nivel realiza reconocimientos de nombres y las funciones necesarias para que dos aplicaciones se comuniquen a través de la red, como en el caso de funciones de seguridad.

Nivel de Presentación: determina el formato a usar para el intercambio de datos en la red. Puede ser llamado el traductor de la red. Este nivel también maneja la seguridad de emisión pues, provee a la red servicios como el de encriptacion de datos.

Nivel de Aplicación: sirve como ventana para los procesos que requieren acceder a los servicios de red.

IEEE

El modelo desarrollado por IEEE, también conocido como el proyecto 802, fue orientado a las redes locales. Este estándar esta de acuerdo, en general con el modelo ISO, difieren principalmente en el nivel de enlace de datos. Para IEEE este nivel está dividido en dos subniveles:

MAC (Medium Access Control): subnivel inferior, provee el acceso compartido de las tarjetas de red al medio físico, es decir, define la forma en que se va a acceder al medio físico empleado en la red para el intercambio de datos.

LLC (Logical Link Control): subnivel superior, maneja la comunicación de enlace de datos y define el uso de puntos de interfaz lógico, llamado SAP (Service Access Points) de manera que otros computadores puedan emplear el mismo formato para la comunicación con los niveles superiores independientemente del MAC empleado.

Clasificación de los Protocolos de Enlace de Datos

De acuerdo a su estructura

Protocolos Orientados a Bit: son aquellos protocolos en los cuales los bits por si solos pueden proveer información, son protocolos muy eficientes y trabajan en tramas de longitud variable.

Protocolos Orientados a Byte: son aquellos en los que la información viene provista por la conjunción de bytes de información y bytes de control.

De acuerdo a su disciplina de comportamiento

Protocolos de Sondeo Seleccion: son aquellos que utilizan un DTE como nodo principal de canal. Este nodo primario controla todas las demás estaciones y determina si los dispositivos pueden comunicarse y, en caso afirmativo, cuando deben hacerlo.

Protocolos Peer to Peer: son aquellos en los cuales ningún nodo es el principal, y por lo general todos los nodos poseen la misma autoridad sobre el canal.

REDES WAN

Una Red Wan: es una red de gran cobertura en la cual pueden transmitirse datos a larga distancia, nterconectando facilidades de comunicación entre diferentes localidades de un país. En estas redes por lo general se ven implicadas las compañías telefónicas.

Componentes Físicos

Línea de Comunicación: medios físicos para conectar una posición con otra con el propósito de transmitir y recibir datos.

Hilos de Transmisión: en comunicaciones telefónicas se utiliza con frecuencia el termino "pares" para describir el circuito que compone un canal. Uno de los hilos del par sirve para transmitir o recibir los datos, y el otro es la línea de retorno eléctrico.

Clasificación Líneas de Comunicación

Líneas Conmutadas: líneas que requieren de marcar un código para establecer comunicación con el otro extremo de la conexión.

Líneas Dedicadas: líneas de comunicación que mantienen una permanente conexión entre dos o más puntos. Estas pueden ser de dos o cuatro hilos.

Líneas Punto a Punto: enlazan dos DTE

Líneas Multipunto: enlazan tres o más DTE

Líneas Digitales: en este tipo de línea, los bits son transmitidos en forma de señales digitales. Cada bit se representa por una variación de voltaje y esta se realiza mediante codificación digital en la cual los códigos más empleados son:

NRZ (Non Return to Zero) Unipolar.

La forma de onda binaria que utilizan normalmente las computadoras se llama Unipolar, es decir, que el voltaje que representa los bits varia entre 0 voltios y +5 voltios. Se denomina NRZ porque el voltaje no vuelve a cero entre bits consecutivos de valor uno. Este tipo de código es inadecuado en largas distancias debido a la presencia de niveles residuales de corriente continua y a la posible ausencia de suficientes números de transiciones de señal para permitir una recuperación fiable de una señal de temporización.

Código NRZ Polar: este código desplaza el nivel de referencia de la señal al punto medio de la amplitud de la señal. De este modo se reduce a la mitad la potencia requerida para transmitir la señal en comparación con el Unipolar.

Transmisión Bipolar o AMI (Alternate Marks Inverted): es uno de los códigos más empleados en la transmisión digital a través de redes WAN. Este formato no tiene componente de corriente continua residual y su potencia a frecuencia cero es nula. Se verifican estos requisitos transmitiendo pulsos con un ciclo de trabajo del 50% e invirtiendo alternativamente la polaridad de los bits 1 que se transmiten. Dos valores positivos sin alternancia entre ellos serán interpretados como un error en la línea. los 0's son espacios sin presencia de voltaje. El formato Bipolar es en realidad una señal de tres estados (+V, 0, -V).

INTERFACES

RS-232 en 23 Y 9 Pines: define una interfaz no balanceada empleando un intercambio en serie de datos binarios a velocidades de transmisión superiores a los 20,000 bps, opera con datos sincronos pero está limitada por una longitud de cable de aprox. 50 pies.

V.35: especifica una interfaz sincrono para operar a velocidades superiores a 1 Mbps. Este interfaz utiliza la mezcla de dos señales no balanceadas para control y de señales balanceadas para la sincronización y envío/recepción de los datos lo que facilita trabajar a latas velocidades.

MODEMS

Un Módem es un dispositivo que convierte la señal digital en señal analógica y viceversa para posibilitar que el mensaje enviado por un DTE pueda llegar a otro(s) DTE's a través de líneas análogas.

Los Modems podemos seleccionarlos de acuerdo a:

La velocidad de transmisión

El tipo de línea que utiliza: dedicada, conmutada o ambas.

La modulación que emplea: FSK, PSK, DPSK, QAM, TCM.

Las posibilidades de compresión de datos para transmisión.

La modalidad de trabajo: punto a punto o Multipunto.

Si se instala interno o externo al equipo DTE.

En la practica el mercado de los módems crea dos grupos:

Modems empleados en centros de transmisión con una permanente o casi permanente actividad, las cuales cuentan con mecanismos sofisticados de diagnostico, control y administración centralizados y remotos.

Modems de Escritorios cuyo principal uso es la conexión a través de la red pública telefónica, con cierta regularidad pero nunca con carácter permanente ni con uso exhaustivo.

TIPOS DE MODULACION

Modulación de Frecuencia (FSK, Frequency Shift Keying): se utiliza en los modems de baja velocidad. Se emplea separando el ancho de banda total en dos bandas, los modems pueden transmitir y recibir datos por el mismo canal simultáneamente. El módem que llama se pone en el modo de llamada y el módem que responde pasa al modo de respuesta gracias a un conmutador que hay en cada módem.

Modulación de Amplitud (ASK, Amplitud Shift Keying): no se utiliza en solitario en comunicaciones de datos porque es muy sensible a interferencias de ruido eléctrico que pueden provocar errores en los datos recibidos.

Modulación de Fase (PSK, Phase Shift Keying )): se codifican los valores binarios como cambios de fase de la señal portadora.

Modulación Diferencial de Fase (DPSK, Diferential Phase Shift Keying): consiste en una variación de PSK donde se toma el ángulo de fase del intervalo anterior como referencia para medir la fase de cualquier intervalo de señal.

Modulación de Amplitud de Cuadratura (QAM, Quadrature Amplitude Modulation): se emplea en los modems más rápidos. Consiste en una combinación de PSK y ASK, es decir, se van a combinar las variaciones de amplitud en referencia al momento de fase en que ocurren con lo cual vamos a poder incluir más bits en los mismos hertz.

Compresión de Datos y Control de Errores

MNP (Microcom Network Protocol): bajo estas siglas se agrupan un conjunto de protocolos que soportan interacción con aplicaciones de transferencia de datos. Esta dividido en las clases siguientes:

Clase 2: provee mecanismo de control de errores para transmisiones asincrónicas a 2400 bps con protocolos orientados a byte, la eficiencia anda por el 84%.

Clase 3: permite al módem aceptar datos en formato asincrónico y transmitirlos en modalidad sincrónica. La ventaja de este servicio es que limitan los bits de start y stop consiguiendo así un rendimiento de un 108%.

Clase 4: este servicio provee un ensamblamiento de paquetes adaptables. Posee un rendimiento de un 120%.

Clase 5: este servicio provee compresión de datos, negociación y duplexación, técnica que consiste en que los modems se conectan a la menor velocidad, para luego comenzar a negociar el uso de velocidades superiores.

Algoritmos de Compresión más usados

Codificación Huffman: este algoritmo crea una tabla que codifica a los caracteres con longitud de bits variables, los más empleados en 4 bits y los menos empleados empiezan con 5 llegando hasta a 11 bits.

Codificación Run-Length: se identifican secuencias repetitivas de al menos tres caracteres, enviándose al carácter seguido del número que indica la cantidad de veces que debe ser repetido ese carácter.

V.42/V.42 Bits: estos son los estándares de corrección de errores y compresión de datos respectivamente sugeridos por CCITT.

Supresión de Eco

Posibilita la transmisión simultánea en ambos sentidos. Esta técnica solo es posible si el diseño del módem incorpora microprocesadores. La supresión del eco permite el uso de todo el ancho de banda de la línea para la transmisión simultanea en ambos sentidos del enlace.

CONCENTRADORES

Concentradores Análogos (Bridges): son dispositivos que permiten la comunicación entre un módem, conectado a un puerto de una computadora y varios modems conectados a DTE's en aplicaciones que usan protocolos de sondeo/selección. Con este tipo de concentrador, podemos bajar los costos de las líneas de comunicación. El concentrador análogo es el encargado de crear un equilibrio eléctrico entre los distintos enlaces.

Concentradores Digitales: también llamados Port-Sharing Devices, permiten que varios DTE's compartan un módem o un puerto de computador en aplicaciones que usan protocolos de sondeo/selección. Con este tipo de concentrador podemos ahorrar, dependiendo de como lo conectemos, puertos de un procesador de comunicaciones, host o modems requeridos para una conexión.

MULTIPLEXORES

Dispositivos que permiten la combinación de varios canales de datos en un circuito físico.

Multiplexor por División de Frecuencia: divide el ancho de banda de una línea entre varios canales, donde cada canal ocupa una parte del ancho de banda de frecuencia total.

Multiplexor por División de Tiempo: aquí cada canal tiene asignado un periodo o ranura de tiempo en el canal principal y las distintas ranuras de tiempo están repartidas por igual en todos los canales. Tiene la desventaja de que en caso de que un canal no sea usado, esa ranura de tiempo no se aprovecha por los otros canales, enviándose en vez de datos bits de relleno.

Multiplexor por División de Tiempo Estadísticos: no le ofrece ranuras de tiempo a los canales inactivos y además podemos asignar prioridades a los canales.

PROCESADORES DE COMUNICACION

Equipo cuya misión principal consiste en aliviar el trabajo de comunicaciones del computador central. Regula la comunicación tanto local como remota desde y hacia el computador central.

Los Procesadores de Comunicación cargan, su propio sistema operativo desde una unidad de almacenamiento secundaria instalada en su interior o en un computador central y es un nodo más en la red.

TIPOS DE REDES WAN

Conmutadas por Circuitos: redes en las cuales, para establecer comunicación se debe efectuar una llamada y cuando se establece la conexión, los usuarios disponen de un enlace directo a través de los distintos segmentos de la red.

Conmutadas por Mensaje: en este tipo de redes el conmutador suele ser un computador que se encarga de aceptar tráfico de los computadores y terminales conectados a él. El computador examina la dirección que aparece en la cabecera del mensaje hacia el DTE que debe recibirlo. Esta tecnología permite grabar la información para atenderla después. El usuario puede borrar, almacenar, redirigir o contestar el mensaje de forma automática.

Conmutadas por Paquetes: en este tipo de red los datos de los usuarios se descomponen en trozos más pequeños. Estos fragmentos o paquetes, estás insertados dentro de informaciones del protocolo y recorren la red como entidades independientes.

Redes Orientadas a Conexión: en estas redes existe el concepto de multiplexión de canales y puertos conocido como circuito o canal virtual, debido a que el usuario aparenta disponer de un recurso dedicado, cuando en realidad lo comparte con otros pues lo que ocurre es que atienden a ráfagas de tráfico de distintos usuarios.

Redes no orientadas a conexión: llamadas Datagramas, pasan directamente del estado libre al modo de transferencia de datos. Estas redes no ofrecen confirmaciones, control de flujo ni recuperación de errores aplicables a toda la red, aunque estas funciones si existen para cada enlace particular. Un ejemplo de este tipo de red es INTERNET.

Red Publica de Conmutación Telefónica (PSTN) : esta red fue diseñada originalmente para el uso de la voz y sistemas análogos. La conmutación consiste en el establecimiento de la conexión previo acuerdo de haber marcado un número que corresponde con la identificación numérica del punto de destino.

REDES DE AREA LOCAL

Componentes

Tarjetas de Conexión a la red (NIC's) : tarjeta electrónica que conectan a las estaciones de trabajo a la red. Normalmente se insertan en una de las ranuras de expansión del motherboard del microcomputador suministrando de esta forma acceso directo a memoria (DMA). El NIC tiene las siguientes funciones:

• Forman los paquetes de datos

• Dan acceso al cable, con la conversión eléctrica y ajuste de velocidad

• Son el transmisor y el receptor de la estación

• Chequean las tramas para chequear errores

• Conversión Serie/Paralelo

• Identificación o dirección única en la red que permite saber cual es físicamente la terminal

Estaciones de Trabajo : PC's conectadas a la red a través de las cuales podemos acceder a los recursos compartidos en dicha red como discos, impresoras, modems, etc. Pueden carecer de la mayoría de los periféricos pero siempre tendrán un NIC, un monitor, un teclado y un CPU.

Servidores : Computadores que proporcionan servicios a las estaciones de trabajo de la red tales como almacenamiento en discos, acceso a las impresoras, unidades para respaldo de archivos, acceso a otras redes o computadores centrales.

Repetidores : dispositivos que generan la señal de un segmento de cable y pasan estas señales a otro segmento de cable sin variar el contenido de la señal. Son utilizados para incrementar la longitud entre conexiones en una LAN.

Bridges : consiste en un equipo que contiene dos puertos de comunicación, crea unas tablas en memoria que contienen todas las direcciones de MAC (direcciones de las tarjetas de comunicaciones), de ambos extremos, de tal manera que restringen el trafico de datos de un segmento a otro, no permitiendo el paso de tramas que tengan como destino una dirección del mismo segmento al que pertenece la estación de origen. Es conveniente el uso de los mismos cuando requerimos la interconexión de dos LAN's locales o remotas.

Routers : son dispositivos que nos permiten unir varias redes( más de dos, a diferencia de los bridge), tomando como referencia la dirección de red de cada segmento. Al igual que los bridges, los Routers restringen el trafico local de la red permitiendo el flujo de datos a través de ellos solamente cuando los datos son direccionados con esa intención.

Brouters : dispositivos con funciones combinadas de bridge y router. Cuando se configura se le indica la modalidad en la cual va a funcionar, como bridge o como router.

Concentradores

MAU ( Multistation Access Unit) : concentrador que permite insertar en el anillo o eliminar derivándolas, hasta 8 estaciones. El MAU detecta señales procedentes de las estaciones de trabajo, en caso de detectarse un dispositivo defectuoso o un cable deteriorado y elimina, derivándola, la estación en cuestión para evitar perdidas de datos y del TOKEN.

Hubs : concentradores de cableado en estrella integrados por microprocesadores, memoria y protocolos como SNMP, características que lo convierten en un nodo inteligente en la red capaz de controlar y diagnosticar, incluso por monitoreo remoto.

Switching Hub o Switch Ethernet : divide la LAN en varios segmentos limitando el trafico a uno o más segmentos en vez de permitir la difusión de los paquetes por todos los puertos. Dentro del Switch, un circuito de alta velocidad se encarga del filtrado y de permitir el transito entre segmentos de aquellos segmentos que tengan la intención de hacerlo.

TOPOLOGIA : Descripción de la disposición de las conexiones físicas en una LAN

Estrella : en este tipo de topología todas las estaciones de trabajo se conectan a una estación central que se encarga de establecer, mantener y romper la conexión entre las estaciones. En este tipo de red si cae la estación central cae toda la red.

Bus :en esta topología todas las estaciones están conectadas al mismo cable. En una Red Bus, todas las estaciones escuchan todos los mensajes que se transfieren por el cable, capturando este mensaje solamente la estación a la cual va dirigido, que responde con un ACK o señal que significa haber recibido el mensaje correctamente.

Anillo : todos los nodos de la red están conectados a un bus cerrado, es decir, un circulo o lazo.

Simbología usada para representar los componentes de una Red