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Introducción
Tema 0
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes2
Introducción
Empresas, organizaciones
• Compartir recursos
• Diseño
• Trabajo colaborativo
• Trabajo corporativo
• Modelo cliente ‐ servidor
• Distribución software, parches, ...
• Servicios Internet / Intranet / Extranet
• Videoconferencia
• Tele ‐ trabajo, compra, enseñanza, medicina
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes3
Introducción
1960–1970s
Mainframe
1970–1980s
Mini/WAN
1980–1990s
PC/LAN
INTRANET
1990s–2000
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes4
Introducción
EvoluciónEvolución
IntranetIntranet
B.B.DatosDatos, , FicherosFicheros de de control de control de accesoacceso, , E-mail, ...E-mail, ...
AplicacionesAplicaciones + + ServidorServidor Web Web
EmpresaEmpresa
NegociosNegocios
AccesoAcceso Global Global ExtranetExtranet
InternetInternet
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes5
Diseño
• Backbone
• Ancho de banda
• Redundancia
• Integración voz/datos
• Alquiler, propiedad
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes6
Diseño
COLLAPSED BACKBONEFDDI BACKBONE
FRAME SWITCHING ATM + FRAME SWITCHING
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes7
Diseño
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes8
Diseño
• Implantación tecnológica
• Empresa / Organismo público
• Mantenimiento
• Costes ‐ Reducción (integración)
• Productividad ‐Mejorar (acceso, movilidad)
• Ancho de banda ‐ Uso racional
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes9
Diseño
¿ Modelo centralizado o distribuido ?
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes10
Diseño
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes11
Diseño
Gestión de anchode banda
Seguridad
Disponibilidad
Escalabilidad Control
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes12
Diseño
QoSRedundancia
Backup
Diseño Jerárquico
Firewall
Encriptación
Autenticación
Control Tráfico / Tarificación
Integración Voz / Datos
Gestión de red
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes13
Tráfico
Voz
o Generación asíncrona
o Transmisión síncrona
o Ancho de banda 64kb
o Grado de error medio
Video
o Generación/transmisión síncrona
o Ancho de banda variable (64kb ‐ x mbps)
o Grado de error medio‐alto
Datos
o Generación síncrona o asíncrona
o Transmisión, en general, asíncrona
o Ancho de banda muy variable
o Muy sensible al error
PBX
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes14
Tráfico
Según el número de destinatarios el envío de un paquete puede ser:
– Unicast: Se envía a un destinatario. Es el mas normal.
– Broadcast: Se envía a todos los destinatarios posibles en la red (ejemplo: anunciar nuevos servicios en la red).
– Multicast: Se envía a un grupo selecto de destinatarios de entre todos los que hay en la red (ejemplo: emisión de videoconferencia).
– Anycast: Se envía a uno cualquiera de un conjunto de destinatarios posibles (ejemplo: servicio de alta disponibilidad ofrecido por varios servidores simultáneamente; el cliente solicita una determinada información y espera recibir respuesta de uno cualquiera de ellos).
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes15
Tráfico
UNICASTPUNTO A PUNTO
BROADCASTPUNTO A MULTIPUNTO
MULTICASTPUNTO A MULTIPUNTO
Video Server Cliente Cliente Cliente
Video Server Cliente Cliente Cliente
Video Server Cliente Cliente Cliente
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes16
Tráfico
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes17
Tráfico
20%
80%WORKGROUP
20%
80%BACKBONE
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes18
Topologías
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Topología FÍSICA versus LÓGICA
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes19
Topologías
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WAN (red de enlaces punto a punto)LAN (red broadcasto LAN conmutada)
Host Router
Subred
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes20
Clasificación
• Según ámbito:– Redes de área local o LAN (Local Area Network): Diseñadas
desde el inicio para transportar datos.
– Redes de área extensa o WAN (Wide Area Network): Utilizan el sistema telefónico, diseñado inicialmente para transportar voz.
• Según tecnología:– Redes Broadcast (broadcast = radiodifusión)– Redes Punto a punto
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes21
Clasificación
Tipo Broadcast Redes punto a punto
Características La información se envía a todos los nodos de la red, aunque solo interese a unos pocos
La información se envía solo al nodo al cual va dirigida
Ejemplos •Casi todas las LANs (excepto LANs conmutadas)
•Redes de satélite
•Redes de TV por cable
•Enlaces dedicados
•Servicios de conmutación de paquetes (X.25, Frame Relay y ATM).
•LANs conmutadas
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes22
ClasificaciónRedes Broadcast
• Medio de transmisión compartido.
• Suelen ser redes locales (ejemplo Ethernet 10 Mb/s)
• Los paquetes se envían a toda la red, aunque vayan dirigidos a un único destinatario. Posibles problemas de seguridad(encriptado)
• Se pueden crear redes planas, es decir redes en las que la comunicación entre dos ordenadores cualesquiera se haga de forma directa, sin routers intermedios.
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes23
ClasificaciónRedes punto a punto
• Red formada por un conjunto de enlaces entre los nodos de dos en dos
• Posibilidad de crear topologías complejas (anillo, malla,etc.)
• Generalmente la comunicación entre dos ordenadores cualesquiera se realiza a través de nodos intermedios que encaminan o conmutan los paquetes (conmutador o router).
• Un router o conmutador es un ordenador especializado en la conmutación de paquetes; generalmente utiliza un hardware y software diseñados a propósito (p. ej. sistemas operativos en tiempo real)
• En una red de enlaces punto a punto el conjunto de routers o conmutadores y los enlaces que los unen forman lo que se conoce como la subred. La subred delimita la responsabilidad del proveedor del servicio.
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes24
ClasificaciónRedes punto a punto
Estrella Anillo Estrella distribuida, árbol sinbucles o ‘spanning tree’
Malla completa Anillos interconectadosTopología irregular
(malla parcial)
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes25
ClasificaciónRedes punto a punto
• Los enlaces pueden ser:
– Simplex: transmisión en un solo sentido
– Semi-dúplex o half-duplex: transmisión en ambos sentidos, pero no a la vez
– Dúplex o full-duplex: transmisión simultánea en ambos sentidos
• En el caso dúplex y semi-dúplex el enlace puede ser simétrico (misma velocidad en ambos sentidos) o asimétrico. Normalmente los enlaces son dúplex simétricos
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes26
ClasificaciónRedes punto a punto
• NOTA 1: La velocidad de transmisión se especifica en bps, Kbps, Mbps, Gbps, Tbps,
– 1 Kbps = 1.000 bps (no 1.024)
– 1 Mbps = 1.000.000 bps (no 1.024*1.024)
• NOTA 2: La capacidad total máxima de un enlace de 64 Kbpsson 128.000 bits por segundo (64.000 bits por segundo en cada sentido).
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes27
Clasificación
Distancia entre
procesadores
Procesadores ubicados
en el mismo ...
Ejemplo
1 m Sistema Multiprocesador
10 m Habitación
LAN
100 m Edificio
1 Km Campus
10 Km Ciudad MAN (o WAN)
100 Km País
WAN
1.000 Km Continente
10.000 Km Planeta
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes28
Clasificación
Redes LAN Redes WAN
Redes broadcast Ethernet
Token Ring
FDDI
Redes vía satélite
Redes CATV
Redes de enlaces punto a punto HIPPI
LANs conmutadas
Líneas dedicadas
Frame Relay
ATM
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes29
ClasificaciónLAN
• En general tipo broadcast (medio compartido)• Cableado normalmente propiedad del usuario• Diseñadas inicialmente para transporte de datos
• Ejemplos:– Ethernet (IEEE 802.3): 1, 10, 100, 1000 Mb/s– Token Ring (IEEE 802.5): 1, 4, 16, 100 Mb/s– FDDI: 100 Mb/s– HIPPI: 800, 1600, 6400 Mb/s– Fibre Channel: 100, 200, 400, 800 Mb/s– Redes inalámbricas por radio (IEEE 802.11): 1, 2, 5.5, 11 Mb/s
• Topología en bus (Ethernet) o anillo (Token Ring, FDDI)
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes30
ClasificaciónMAN
FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
• Alta velocidad• Gestión única• 100 ó 200 Km, 100 Mbps• Paso de testigo• Topología lógica de anillo. • Medio físico: fibra óptica.
• Alta fiabilidad: Media de error cada 2.5·1010 bits. • Posibilidad de autoreconfiguración en caso de rotura. • Soporta del orden de 500 nodos, aunque no todos transmiten al tiempo.• Tamaño máximo de trama: 4500 octetos.
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes31
ClasificaciónMAN
DQDB Distributed Queue Dual Bus (802.6)
• Única red MAN incluida en IEEE 802.
• Necesidad de integrar datos, voz, vídeo, ..
• Voz y vídeo (isócronos).
• Hasta 160 Km.
• Velocidad entre 44.7 ‐ 155 Mbps.
• No fue popular.
• Los operadores de telecomunicación la utilizaron como MAN.
• Fue el predecesor de ATM.
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes32
ClasificaciónMAN
Características
• Doble bus.
• Control de acceso por algoritmo de reserva.
• Cada uno de los buses transmite en un sólo sentido. Por esta razón las estaciones deben saber si el destino está a su izquierda o a su derecha, de cara a enviar la información en el sentido correcto.
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes33
ClasificaciónWAN
• Utilizan normalmente medios telefónicos, diseñados en principio para transportar la voz.
• Son servicios contratados normalmente a operadoras de telecomunicación.
• Comunicaciones de coste elevado. Se suele optimizar su diseño.
• Normalmente utilizan enlaces punto a punto temporales o permanentes, salvo las comunicaciones vía satélite (broadcast).
• Hay servicios WAN que utilizan redes de conmutación de paquetes.
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes34
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INTERNET
París
Tokio
Londres
Madrid New York
Malaysia Melbourne
Concepto Virtual Private Networks VPNs
• GSM GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS
• Wireless LAN
ClasificaciónWAN
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes35
ARPANET
El Departamento de Defensa de EEUU crea ARPANET
Red de conmutación de Paquetes
• IMPs Interface Message Processors = Routers de 24 Kbytes RAM.
• Cada IMP conectado a otros 2.
• Enlaces punto a punto de 56 Kbps.
• 1969 con 4 nodos, 1972 con 34 nodos.
• 1983 TCPIP en ARPANET.
• Para fomento del uso de ARPA => contrato con Berkeley + BBN (empresa que gestiona ARPANET).
• 1984 NSF National Science Foundation crea una red paralela a las universidades NSFNET
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes36
ARPANET
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• Carnegie‐Mellon puente entre ambas redes.
• 56 Kbps ‐> 448 Kbps ‐> 1.5 Mbps.
• 1990 IBM + MCI + MERIT forman ANS (Advanced Networks and Services) sin ánimo de lucro y crean ANSNET (45 Mbps).
• 1990 desaparece ARPANET.
• 1995 ANSNET vendida a AOL.
• Europa: Se produce freno debido a OSI frente a TCPIP.
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes37
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WAN
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes38
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WAN
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes39
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WAN
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes40
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ANSANS Communications, Inc., Elmsford, NY
CERNEuropean Laboratory for Particle Physics, Geneva
CSCSCentro Svizzero di Calcolo Scientifico, Manno
EPFLEcole Polytechnique Fédérale de Lausanne
ETHZEidgenössische Technische Hochschule Zürich
TEN-34TEN-34 c/o DANTE, Cambridge, Great Britain
JRCJoint Research Centre, Ispra, Italy
NAZNationale Alarmzentrale, Zürich
PSIPaul Scherrer Institut, Villigen
SLFEidgenössisches Schnee- und Lawinenforschungsinstitut,Davos
UniTIUniversità della Svizzera Italiana
UniBASUniversität Basel
UniBEUniversität Bern
UniFRUniversité de Fribourg
UniGEUniversité de Genève
UniLSUniversité de Lausanne
UniNEUniversité de Neuchâtel
UniSG, HSGUniversität St. Gallen
UniZHUniversität Zürich
WAN
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes41
SOLUCIÓN
– ATM / FRAME RELAY
– ACCESO “UNITEL”
– NODOS PRIVADOS
– INTEGRACIÓN VOZ, AHORRO
– DIFERENTES TIPOS DE TRÁFICO
– NO CONGESTIÓN => MISMA PLATAFORMA QUE “UNITEL”
IPX
IPXIPX
IPX
IPX
T1
T1
T1
Boston
Montreal
TorontoT1
IPX
IPX
T1
T1 IPX
T1
T1
T1
T1
T1 T1
PRESTACIONES10.000 - 15.000 USUARIOS
INTEROPERACIÓN SERVICIOS PÚBLICOSAPLICACIONES MULTIMEDIA
ACCESO DINÁMICO
“Red Híbrida, crecimiento de LANs y
tráfico cliente-servidor,
voz, video, SNA y
aplicaciones emergentes”
WAN
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes42
WAN
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes43
Ejemplo
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes44
Ejemplo
23
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes45
Ejemplo
InternetViana
BellasArtes
FUE
Naútica
BACKBONEATM
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes46
Ejemplo
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes47
Tipos de redes
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CONMUTACIÓN (De paquetes, de circuitos, o de mensajes)
DIFUSIÓN (Sátelite, Radio, Locales) No hay conmutación
El medio físico es compartido mediante Técnicas de Acceso al Medio
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes48
Conmutación
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TECNICAS DE CONMUTACIÓN
C. de Circuitos Almacenamiento y Reenvío(Store & Forward)
C. de Mensajes C. de Paquetes
Circuito Virtual Datagrama
Permanente PVC Conmutado SVC
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes49
ConmutaciónDe circuitos
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Red de Telecomunicación: Conjunto de medios ‐ transmisión y conmutación ‐necesarios para permitir el intercambio de información entre usuarios situados en diferentes puntos.
Red Telefónica Conmutada RTC
– Red Telefónica Básica RTB
– Red Digital de Servicios Integrados RDSI 1994
– Red GSM (Global System for Mobile communications) 1995
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes50
ConmutaciónDe paquetes
Redes Públicas o Privadas de conmutación de paquetes
• X.25 (Iberpac, Transpac, ...)
• Frame Relay
• ATM
Las redes de conmutación de paquetes suelen ofrecer servicios orientados a conexión CONS (facilita la facturación)
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes51
ConmutaciónDe paquetes
• Connection Oriented Network Service (telefónico) ‐ CONS
– Establece canal, transmite y termina
– Circuito virtual (VC)
• Permanente (Permanent VC)
• Conmutado (Switched VC)
– Mismo camino físico implica mismo orden
– Paquetes sin dirección destino
• Connectionless Network Service (postal) ‐ CLNS
– Transmite sin preguntar
– Datagramas = paquetes
– Orden no respetado
– Paquetes con dirección destino
– Ruta puede variar, red robusta (rutas alternativas)
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes52
Arquitectura de red
• Patrón común al que han de ceñirse unos productos (hard y soft) para mantener un cierto grado de compatibilidad entre sí.
• La necesidad de diseñar arquitecturas de redes surgió en los años 70 por razones parecidas a las que dieron lugar a las primeras arquitecturas de computadores en los años 60:
– Sistema IBM 3/60 360 370 XA 390
• La primera arquitectura de redes, llamada SNA (Systems Networks Architecture), fue definida por IBM en 1974 mediante un modelo de 7 capas.
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes53
Arquitectura de red
No se puede mostrar la imagen en este momento.Diseño
• Direccionamiento
• Control de errores
• Orden secuencial
• Prioridades (QoS)
• Congestión
• Fragmentación / agrupamiento
• Full‐Dúplex, Half‐Dúplex, …
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes54
Modelo OSI
Fue definido entre 1977 y 1983 por la ISO (International Standards Organization) para promover la creación de estándares independientes de fabricante. Define 7 capas:
Capa de Aplicación
Capa Física
Capa de Enlace
Capa de Red
Capa de Transporte
Capa de Sesión
Capa de Presentación
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes55
Modelo OSINo se puede mostrar la imagen en este momento.
Nivel de SESIÓN
Nivel FÍSICONivel de ENLACE
Garantiza comunicación
Nivel de RED
Nivel de TRANSPORTE
!x@..$$
Nivel de PRESENTACIÓN Nivel de APLICACIÓN
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes56
Modelo OSI
• Nivel 0 o Medio Físico:
– Transportar la señal. Puede ser un par de cables, el aire...
• Nivel 1 o Nivel Físico:
– Garantizar el envío de bits. P.e: decidir voltaje de un '1' y de un '0' o determinar cuántos microsegundos dura un bit. No está en los cables pero sí forman parte de este nivel los conectores y la codificación.
• Nivel 2 o Nivel de Enlace:
– Establecer conexión fiable entre dos equipos directamente conectados. Implementará control errores, control de acceso al medio, establecimiento de conexiones...
• Nivel 3 o Nivel de Red:
– Lograr comunicación extremo a extremo independiente de las subredes, es decir, de las tecnologías entre ambos extremos. Entre otras funciones debe administrar los recursos de la red. Se encarga , por tanto, de establecer la ruta que ha de seguir un paquete, realizar control de congestión...
• Nivel 4 o Nivel de Transporte:
– Garantizar una comunicación fiable extremo a extremo sin preocuparse de la red que los une.
IMPORTANTE: Los Niveles superiores están siendo muy cuestionados: Se opina que deberían formar parte de las aplicaciones y NO del sist. de comunicaciones
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes57
Modelo OSI
• 1977 ‐ 1983
• International Standards Organization
Físico Especificaciones mecánicas, eléctricas
– Data Terminal Equipment (PC)
– Data Circuit Terminating Equipment (modem)
– EIA RS‐232‐c, EIA RS‐449, CCITT x.21, CCITT v.35, IEEE 802.3
Enlace Transmisión fiable
– Detección, [corrección] errores, control flujo
– LLC logical link control , MAC (media access control)
– LLC = 802.2, x.25, RDSI, LAPD, ISO HDLC
– MAC = 802.3, 802.5, ISO 9314 (FDDI)
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes58
Modelo OSI
Red
– Paquete
– TCP/IP (máximo = 64 kbytes), IPv6 (máx = 4gbytes)
– Gestión de conexión
– Control errores, flujo
– [reserva para QoS]
– IP, CCITT x.25,
Transporte (host‐host)
– Fragmenta datos del nivel de sesión
– Asegura llegada
– Control de errores, control de flujo
– TCP, UDP, ...
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes59
Modelo OSI
Sesión
– Primera que detecta el usuario
– En multiusuario los diferencia frente a n4
Presentación (host‐host)
– Interpretación
– ASCII‐EBCDIC
– Encriptación, ...
Aplicación servicios
– Interfaz de usuario
– CCITT x.400, x.500, ftp, smtp, http, ...
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes60
TCP/IP
FTP Telnet SMTP
TCP EGP
RIP DNS RPC
NFS NIS/YP
UDP
IP / ICMP
X.25 FDDI TokenRing
Ethernet
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes61
TCP/IP
• Estándares abiertos
• Gratuitos
• Independientes de la red física
• Direccionamiento
• Amplia gama de servicios
Hardware de Red (Nivel Físico)
Internet Protocol (IP)
ICMP
RARPARP
TCP UDP
SMTP rlogin Telnet
FTP
TFTP BOOTP
NFSULP
LLP
RPCUpper-level Protocols
Low-level Protocols
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes62
TCP/IP
• SUBRED ó HOST‐RED
• INTERRED´ó INTERNET
– EVITA CONGESTIÓN
– FORMATO IP
– CONMUTACIÓN DE PAQUETES (NO ORIENTADO A CONEXIÓN)
• TRANSPORTE
– MENSAJES
– TCP (CONS): ORDEN, ERRORES, CONTROL FLUJO
– UDP (CNLS): NO ERRORES, NO CONTROL FLUJO (EX: TX A/V, NFS)
• APLICACIÓN
– SMTP, FTP, TELNET, DNS, NNTP, HTTP, ...
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes63
Internetworking
• Interconexión de redes diferentes
• Las redes pueden diferir en tecnología (p. ej. Ethernet-Token Ring) o en tipo (p. ej. LAN-WAN).
• Pueden diferir en el protocolo utilizado, p. ej. DECNET y TCP/IP.
• Los dispositivos que la permiten son:
– Repetidores y amplificadores– Puentes (Bridges)– Routers y Conmutadores (Switches)– Pasarelas de nivel de transporte o aplicación (Gateways)
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes64
Internetworking
– Definición
– Diferentes medios
– Diferentes tecnologías ‐ velocidades
– Diferentes protocolos
– MTU (Maximun Transmition Unit) puede ser diferente
– Unas subredes pueden ser orientadas a conexión y otras no
– En unos casos el servicio que ofrezcan será fiable (X.25) y en otros no (ETH)
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes65
Internetworking
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes66
Internetworking
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes67
Internetworking
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes68
Internetworking
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Nivel físico
Tema 1
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes70
Conceptos
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Tx RxInformación
Medio de TX
Señales Electromagnéticas
Información
SeñalANALÓGICA
SeñalDIGITAL
T
Amplitud
f = 1/T
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes71
Conceptos
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes72
ConceptosNo se puede mostrar la imagen en este momento.
+
+=
DISPOSITIVOS REGENERATIVOS
AMPLIFICADOR (Introduce distorsión, es acumulativa)
REPETIDOR
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes73
Conceptos
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20 Hz - 20 Khz
Señal Video Analógica Cámara TV4 Mhz (6Mhz a color)
300 - 3400 Hz
< 20 Khz
Medio de transmisión Ancho de banda enKHz
Línea telefónica 3Emisión de radio de onda media (AM) 4,5Emisión de radio de FM 75Emisión de televisión PAL 8 000Red local Ethernet 10 000Emisión de televisión de altadefinición
30 000
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes74
ConceptosBaudio versus Bits por segundo
1 Khz = 0
2 Khz = 1
0.5 Khz = 00
1.0 Khz = 01
1.5 Khz = 10
2.0 Khz = 11
Velocidad de modulación Vm
= Nº Máx de veces posible cambiar estado línea
= 1/ Intervalo significativo mínimo
= 1/T (baudios)
Velocidad de transmisión serie Vts
= Nº de bits que se pueden transmitir por segundo
= Vm * Log2 N (bps)
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes75
Baudio se asocia a LÍNEA
Bps se asocia a FLUJO
ConceptosBaudio versus Bits por segundo
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes76
ConceptosBaudio versus Bits por segundo
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TELÉFONO RDSISISTEMA DE VIDEOCONFERENCIA
CD, MINIDISC, ...
CODEC = Conversor A/D
Analógica Analógica
Digital Digital
Digital Analógica
AnalógicaDigital
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes77
ConceptosCapacidad de transferencia
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Línea ideal (Teorema de NYQUIST “El número máximo de baudios que se puede TX por un canal no puede ser superior al doble de su ancho de banda”)
C = 2 * W * Log 2 N
Vm máxima = 2*AB medio
AB = 3 KHz => Vm máx 6.000 baudios
C = 2 * 3.000 Log 2 8 = 18.000 bps
Eficiencia del canal E= C / W
E = 18.000 / 3.000 = 6 bits/Hz
Se cumple a la inversa» Muestreo Teléfonos Digitales = 8Khz (mínimo 6000)
» Muestreo HI‐FI = 44.1 Khz (capturan < 22 Khz)
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes78
ConceptosMuestreo
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MuestreoSeñal analógica
Frecuencia de muestreo 8 KHz(8.000 muestras/s)
Ancho de banda:300 Hz a 3400 Hz
Rango capturado= 0-4 KHz
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes79
ConceptosRelación señal/ruido
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SR = 30 dB: la potencia de la señal es 103=1000 veces mayor que el ruido
SR = 36 dB: la señal es 103,6 = 3981 veces mayor que el ruido
SR (dB) = 10* log10 (SR)
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes80
ConceptosCapacidad de transferencia
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Línea no ideal (Teorema SHANNON‐HARTLEY)
C = W * Log 2 (1+S/N)
dB = 10 Log 10 (S/N)
10 dB => S/N = 10
20 dB => S/N = 100
30 dB => S/N = 1000
C = 3.000 Hz * Log 2 (1+1000) = 29.902 bps
C = 3.000 Hz * Log 2 (1+100) = 19.963 bps
EFICIENCIA CANAL E= C / W = Log 2 (1+S/N)
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes81
ConceptosCapacidad de transferencia
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Binaria
simple
1 bit/símb.
1
0
2B1Q
(RDSI)
2 bits/símb.
2,64 V
0,88 V
-0,88 V
-2,64 V 00
01
10
11
QAM de 32 niveles
(Módems V.32 de 9,6 Kb/s)
5 bits/símbolo
11111 11000
0110100011
00100
QAM de
4 niveles
2 bits/símb.
01
0010
11
Portadora
Amplitud
Fase
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes82
ConceptosModulación
MODULACIÓN POR O. CONTINUA (PORTADORA A)
– MODULADORA ANALÓGICA (AM, FM, PM)
– MODULADORA DIGITAL (ASK, FSK, PSK, QAM)
MODULACIÓN POR PULSOS (PORTADORA D)
– MODULADORA ANALÓGICA (PAM, PWM, PPM)
– MODULADORA DIGITAL (PCM, DELTA, DELTA ADAPTATIVA, DIFERENCIAL PCM DE Q NIVELES)
42
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes83
ConceptosModulación
No se puede mostrar la imagen en este momento.Ondas Portadora, Moduladora y Modulada
Métodos de Modulación
• Portadora Analógica:
– Moduladora analógica
– Moduladora digital: ASK, FSK, PSK, QAM
• Portadora Digital (Modulación por pulsos)
– Analógica (PAM, PDM, PPM): Portadora puede ser modificada de infinitas formas
– Digital (PCM, Delta, Delta diferencial, etc.): Portadora de número finito de formas
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes84
ConceptosModulación
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Portadora Analógica: Señales moduladoras A y D
43
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes85
ConceptosModulación
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Portadora Digital: Modulación por Pulsos Analógica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes86
ConceptosDigitalización
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1. MUESTREO
Teorema de Nyquist fmuestreo = 2 * AB
“Una señal de AB finito puede ser satisfactoriamente definida por un conjunto de muestras instantáneas tomadas a una frecuencia de muestreo fm mayor que el doble del AB de la señal a muestrear”
44
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes87
ConceptosDigitalización
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2. CUANTIFICACIÓN
Curva de transferencia de un cuantificador
Niveles cuánticos = niveles de redondeo
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes88
ConceptosDigitalización
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3. CODIFICACIÓN
45
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes89
Medios de transmisión
MEDIOS GUIADOS (Ondas electromagnéticas)
– Cables metálicos (normalmente de cobre)• Coaxiales
• De pares trenzados (apantallados o sin apantallar)
– Cables de fibra óptica• Multimodo
• Monomodo
MEDIOS NO GUIADOS (Ondas electromagnéticas)
– Enlaces vía radio
– Enlaces vía satélite
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes90
Medios de transmisiónPar trenzado
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• Base del bucle de abonado
• Sistemas de red local modernos
• Pares trenzados para minimizar interferencias
• Inadecuado en largas distancias (atenuación)
STP (SHIELDED TWISTED PAIR)
UTP (UNSHIELDED TWISTED PAIR)
STP PANTALLA DE COBRE
STP PANTALLA DE ALUMINIO = FTP FOIL TWISTED PAIR = ScTP SCREENED TWISTED PAIR
46
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes91
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Medios de transmisiónPar trenzado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes92
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Emplea conectores denominados RJ (Registered Jack), siendo los más comúnmente utilizados los RJ-11(de 4 patillas), RJ-12 (de 6 patillas) y RJ-45 (de 8 patillas).
Medios de transmisiónPar trenzado
47
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes93
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Alambre de cobre. Normalmente AWG 24( 0,51 mm)
Cubierta hecha conmaterial aislante
Aislante de cada conductor
Medios de transmisiónPar trenzado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes94
Medios de transmisiónPar trenzado, categorías
48
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes95
Medios de transmisiónPar trenzado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes96
Medios de transmisiónCoaxial
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Conductorinterno
AislanteConductorexterno Cubierta
• La impedancia puede ser de 50 o 75
• 50 : usado en redes locales Ethernet (10BASE2 y 10BASE5)
• 75 : usado en conexiones WAN y redes CATV (Community Antenna TeleVision)
49
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes97
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Medios de transmisiónCoaxial
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes98
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El cable coaxial es un cable formado por dos conductores concéntricos:
• Un conductor central o núcleo, formado por un hilo sólido o trenzado de cobre (llamado positivo o vivo).
• Un conductor exterior en forma de tubo o vaina, y formado por una malla trenzada de cobre o aluminio o bien por un tubo, en caso de cables semirrígidos.
Este conductor exterior produce un efecto de blindaje y además sirve como retorno de las corrientes. El primero está separado del segundo por una capa aislantellamada dieléctrico. De la calidad del dieléctrico dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el conjunto puede estar protegido por una cubierta aislante.
Medios de transmisiónCoaxial
50
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes99
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Núcleo de fibra de vidrio
Las reflexiones se producencuando la trayectoria delimpulso de luz incide con elmaterial reflectante querodea a la fibra óptica"Cladding”
Una capa de PVC "Jacketing”envuelve todo y la protege(p.e. Tener característicasantiroedores)
Conector ST
Conector SC
Algunos terminadores de FO
• SMA Sub-Miniature Assembly
• ST Straight-Tip by AT&T
• FDDI MIC
• SC (más reciente)
Medios de transmisiónFibra óptica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes100
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Medios de transmisiónFibra óptica
51
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes101
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Medios de transmisiónFibra óptica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes102
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• Mayor ancho de banda, mayor capacidad
• Mucho menor atenuación, mayor alcance
• Inmune a las interferencias radioeléctricas
• Tasa de errores muy baja
• Costo elevado
• Manipulación compleja y delicada
Medios de transmisiónFibra óptica
52
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes103
• TIPO 1 LEDs LIGHT‐EMITTING DIODE
– LUZ NORMAL (NO COHERENTE)
– CADA RAYO TIENE 1 MODO
– USA FO MULTIMODO MM
• TIPO 2 DIODOS LÁSER
– LUZ COHERENTE
– ÚNICO RAYO
– USA FO MONOMODO mm
Emisor Luz Detector Luz
Señal Eléctrica
Blindaje
Núcleo
OJO fibras mm (la luz láser es perjudicial para
la vista, y además al tratarse de emisión infrarroja el ojo no aprecia luz alguna
Medios de transmisiónFibra óptica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes104
cubierta
núcleo
Pulso de entrada (a) Multimodo índice de escala (Multimode Stepped index)
(b) Multimodo índice Gradual (Multimode Graded Index)
(c) Monomodo índice de escala (Single mode Stepped index)
Medios de transmisiónFibra óptica
53
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes105
Multimodo
Monomodo
Cubierta125 m
Núcleo62,5 m
Núcleo9 m
Cubierta125 m
Pulsoentrante
Pulsosaliente
Los múltiples modos que se propagan generan un ‘jitter’ que ensancha los pulsos y limita la distancia o la frecuencia
Al propagarse solo un modo no se produce ‘jitter’ y el pulso no se ensancha
Medios de transmisiónFibra óptica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes106
DISPERSIÓN = Ensanchamiento del pulso recibido cuando se transmite por MM. La dispersión limita la velocidad de transferencia, ya que el emisor no puede enviar los pulsos con la rapidez que en principio podría
Dispersión = Frecuencia * Long. fibra
– Ejemplo: Fibra de 2 Km que transmita a 155 Mbps (equivalente a 155 MHz) tendrá una dispersión de 310 MHz Km.
– Sólo es importante en conexiones de alta velocidad (ATM a 622 Mb/s o Gigabit Ethernet)
Medios de transmisiónFibra óptica
54
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes107
Ejemplo: Enlace ATM a 622 Mb/s sobre fibra Multimodo de 500 MHz*Km de ancho de banda. Supongamos que 622 Mb/s = 622 MHz
Dispersión = Frecuencia * Long fibra
500 (MHz*Km) = 622 (MHz) * Longitud (Km)
Longitud = 500/622 = 0,8 Km = 800 m
Medios de transmisiónFibra óptica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes108
– Fibras MM a 622 Mbps (máx habitual en MM) => Long = 800 m.
– Fibra MM a 155 Mbps => Long = 3,2 Km
– Fibra MM a 100 Mbps => Long = 5 Km
• En gran distancia se deben utilizar fibras mm
• Concepto de “Solitones”
Medios de transmisiónFibra óptica
55
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes109
AltoBajoCosto
ElevadaPequeñaSensibilidad a la temperatura
CortaLargaVida media
Hasta 160 KmHasta 2 KmDistancia
Multimodo y Monomodo
MultimodoFibra
Alta (10 Gb/s)Baja (622 Mb/s)Velocidad máxima
Láser semiconductor
LEDCaracterística
Medios de transmisiónFibra óptica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes110
La longitud de una onda es la distancia entre dos crestas consecutivas.
La longitud de una onda describe cuán larga es la onda. La distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos es lo que llamamos longitud de onda.
La letra griega "λ" (lambda) se utiliza para representar la longitud de onda en ecuaciones. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda. Una longitud de onda larga corresponde a una frecuencia baja, mientras que una longitud de onda corta corresponde una frecuencia alta.
La longitud de ondas de las ondas de sonido, en el rango que los seres humanos pueden escuchar, oscilan entre menos de 2 cm (una pulgada), hasta aproximadamente 17 metros (56 pies). Las ondas de radiación electromagnética que forman la luz visible tienen longitudes de onda entre 400 nanómetros (luz morada) y 700 nanómetros (luz roja).
Medios de transmisiónFibra óptica
56
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes111
Long. Onda = Velocidad / Frecuencia
Medios de transmisiónFibra óptica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes112
• Para la TX luz se utilizan 3 rangos de frecuencias donde las fibras muestran menor absorción (mayor 'transparencia')
• Son bandas situadas alrededor de 0,85, 1,30 y 1,55 micras (zona infrarroja del espectro). La parte visible esta entre 0,4 y 0,7 micras.
PRIMERA VENTANA– Tiene mayor atenuación, Poco utilizada
SEGUNDA VENTANA– Anchura de 18 THz (THz = 1 TeraHertzio = 1000 GHz = 1012 Hz), la más utilizada
TERCERA VENTANA– Anchura de 12,5 THz, es la que presenta menor atenuación
– Se utiliza en monomodo para cubrir una gran distancia sin repetidores
Medios de transmisiónFibra óptica
57
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes113
Primera ventana 0,85 m
Segunda ventana 1,30 m
Tercera ventana 1,55 m
Los picos corresponden a absorción producida por el ión hidroxilo, OH-
OH-
OH-
OH-
Ate
nuac
ión
(dB/
Km))
2,0
1,8
1,6
0,6
0,8
1,4
1,2
1,0
0,4
0,2
0 1,00,90,8 1,41,31,21,1 1,71,61,5 1,8
Luz visible Longitud de onda (m)Luz infrarroja
Medios de transmisiónFibra óptica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes114
• Distancia a cubrir
• Latiguillos, conexiones y soldaduras
• Curvas cerradas en la fibra
• Suciedad en conectores
• Variaciones de temperatura
• Envejecimiento de componentes
Factores que influyenen la atenuación
Medios de transmisiónFibra óptica
58
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes115
• MUX por división en longitud de onda de banda ancha (wideband WDM, Wavelength Division Multiplexing) = Mejor aprovechamiento con varias longitudes de onda por fibra en cada una de estas ventanas.
• 1996 Fujitsu consiguió TX 55 canales (haces) independientes por una fibra monomodo a una distancia de 150 Km utilizando tercera ventana y 2 repetidores intermedios; Cada canal tenia una anchura de 0,6 nm (equivalente a 75 GHz) y transportaba una señal de 20 Gbps, con lo que la capacidad total de la fibra era de 1,1 Tbps. Para poder utilizar WDM de banda estrecha el emisor debe ajustarse con mucha precisión, los amplificadores han de actuar sobre todo el rango de longitudes de onda de la manera mas lineal posible, y en el lado receptor se ha de descomponer la señal en los canales originales, también de forma muy precisa
Medios de transmisiónFibra óptica
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes116
Cableado estructurado
Armario (o ‘rack’) decomunicaciones
Latiguillo
Enlace básico(max. 90 m)
Enlace de canal = enlace básico + latiguillosmax. 100 m
Roseta
Latiguillo
Switch o hub
Panel de conexión o ‘patch panel’
59
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes117
T568A T568B
1 3 42 6 7 85 1 3 42 6 7 85
Par 3
Par 2
Par 1 Par 4 Par 2
Par 3
Par 1 Par 4
B/V V B/N A B/A N B/M M B/N N B/V A B/A MB/MV
Colores: Par 1: A y B/A (Azul y Blanco/Azul)Par 2: N y B/N (Naranja y Blanco/Naranja)Par 3: V y B/V (Verde y Blanco/Verde)Par 4: M y B/M (Marrón y Blanco/Marrón)
10/100 BASE-T usa:1-2 para TX3-6 para RX
Cableado estructurado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes118
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Terminadores RJ45 y RJ49 (para cable FTP porque tiene envoltura de metal)
Cableado estructurado
60
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes119
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Terminadores RJ45 y RJ49 (para cable FTP porque tiene envoltura de metal)
Pin#
EIA/TIA568A
AT&T258A/268B(EIA/TIA568B)
Ethernet10BASE-T
100BASE-T4
Ethernet100BASE-T8 Token Ring ATM,
and TP-PMD
1 White/Green White/Orange X X X
2 Green/White Orange/White
X X X
3 White/Orange White/Green X X X4 Blue/White Blue/White X X5 White/Blue White/Blue X X6 Orange/White Green/White X X X7 White/Brown White/Brown X X8 Brown/White Brown/White X X
Cableado estructurado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes120
Cableado estructurado
61
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes121
Distrib. Planta
Building Distributor Repartidor de Edificio
Rosetas Interconexión
Floor Distributor
Cableado Horizontal
Campus Distributor Repartidor de Campus
Building Distributor Repartidor de Edificio
Distrib. Planta
Building Distributor Repartidor de Edificio
Rosetas Interconexión
Floor Distributor
Cableado Horizontal
Building Distributor Repartidor de Edificio
Cableado estructurado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes122
Repartidor Edificio
Repartidor Campus
Repartidor Edificio
Repartidor Edificio
Repartidor Planta
Repartidor Planta
Repartidor Planta
Repartidor Planta
Cable Distribución de Campus BACKBONE
Cable Distribución Edificio
Cableado Horizontal
Máximo 90 m.
Cableado estructurado
62
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes123
Cableado estructurado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes124
Planos
– Terminación red / planta
– Identificación / ubicación repartidores
– Canalizaciones troncales
– Canalizaciones hasta puesto trabajo
– Materiales / tramo
Alcance
– Suministro, instalación
– Canalizaciones
– Albañilería
– Electrificación
– Migración
Cableado estructurado
63
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes125
Subsistema horizontal
– Rosetas dobles
– 4 pares
– 90 m.
– Etiquetado (repartidor ‐ nº roseta)
Subsistema administración
– Repartidores 1ario, 2ario
– Racks
– Repartidor con más de 200 rosetas puede implicar nuevo Rack
– Paneles 24 ó 48
– Pasahilos
– LIU
– Fibra MM 62.5/125 micras
Cableado estructuradoElementos de red
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes126
Cableado estructurado
64
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes127
Cableado estructurado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes128
Cableado estructurado
65
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes129
La distancia entre cada guía horizontal o "estante"
de un rack se denomina U.
Todos los equipos deben adaptar su altura a un múltiplo de dicha unidad.
Ejemplo: un equipo 2U ocupará dos estantes de altura. Los bastidores se fabrican en alturas de 18U
o 20U.
1U equivale a 4,5 cm.
Cableado estructurado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes130
Las especificaciones de una rack estándar se encuentran bajo las normas equivalentes EIA 310-D, IEC
60297 y DIN 41494 SC48D.
Las columnas verticales miden 15.875 milímetros de ancho cada una formando un total de 31.75
milimetros(5/4 pulgadas). Están separadas por 450.85 milímetros (17 3/4 pulgadas) haciendo un total de 482.6
milímetros (exactamente 19 pulgadas).
Cableado estructurado
66
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes131
Cada columna tiene agujeros a intervalos regulares agrupados de tres en tres. Verticalmente, los racks se
dividen en regiones de 1.75 pulgadas de altura. En cada región hay tres pares de agujeros siguiendo un orden simétrico. Esta región es la que se denomina
altura o "U".
La profundidad del bastidor no está normalizada, ya que así se otorga cierta flexibilidad al equipamiento.
No obstante, suele ser de 800 milímetros.
Cableado estructurado
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes132
Subsistema vertical
• Multipar 25 pares CAT 3
• 8 F.O. multimodo 62.5 / 125 micras
Canalizaciones / obra civil
• Diámetro = 30 % dimensionamiento
Subsistema puesto trabajo
• Latiguillos RJ45 ‐RJ45
Certificación
Cableado estructuradoElementos de red
67
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes133
Par trenzado
• Continuidad cableado horizontal
• Continuidad cableado vertical y equipos
• Pruebas de transmisión
Fibra óptica
• Pérdidas potencia
Cableado estructuradoPlan de pruebas
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes134
Espectro electromagnético
Frecuencia Designación
3 Hz - 30 kHz Very Low Frequency (VLF)30 - 300 kHz Low Frequency (LF)300 kHz - 3 MHz Medium Frequency (MF)3 - 30 MHz High Frequency (HF)30 - 300 MHz Very High Frequency (VHF)300 MHz - 3 GHz Ultra High Frequency (UHF)3 - 30 GHz Super High Frequency (SHF)30 - 300 GHz Extremely High Frequency (EHF)1000 GHz - 107 GHz Infrared or ultraviolet
Radiofrecuencia (10 KHz a 300 MHz)Microondas (300 MHz a 300 GHz)
Infrarroja (300 GHz a 400 THz)
68
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes135
Espectro electromagnético
Para infrarrojo mejor se utiliza la longitud de onda. Recordemos que ambas magnitudes están relacionadas por la fórmula:
* f = c = longitud de onda, f = frecuencia, c = velocidad de la luz en el vacío.
Ejm: onda de 30 GHz (microonda) => longitud de onda = 1 cm
Radiofrecuencia (10 KHz a 300 MHz)Microondas (300 MHz a 300 GHz)
Infrarroja (300 GHz a 400 THz)
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes136
Sistema telefónico
El sistema telefónico analógico, extremo a extremo implica:
• Amplificadores para regenerar la señal.
• Se distorsiona la señal y se reduce la relación S/N.
• En larga distancia => Multiplexar conversaciones para demultiplexar y volver a Mutiplexar (añadía complejidad, costo y reducía calidad de la señal).
Digitalizar abonado (caro).
A partir de 1960 Digitalizar troncales (solución intermedia).
69
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes137
Sistema telefónico
Bucle de abonado (local loop)
• 1‐10 Km
• Pares de cobre trenzados; las líneas troncales típicamente utilizan cable coaxial, microondas, fibra óptica o satélite.
• AB telefonía = 3,1 KHz (300 ‐ 3.400 Hz).
• RDSI = Bucle de abonado digital
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes138
Sistema telefónico
100 Hz 1 KHz 10 KHz
Frecuencia
100 KHz10 Hz
Pote
ncia
rela
tiva
0 dB
-20 dB
-40 dB
-60 dB
Rango dinámicoaproximado
de la voz
Canal telefónico
Límite superiorde la radio AM
Límite superiorde la radio FM
Rango dinámicoaproximado de
la música
MÚSICA
VOZ
Ruido
3,4 KHz300 Hz
70
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes139
Sistema telefónicoTelefonía digital ‐ PCM
• PCM = Pulse Code Modulation
• Se implanta en los años 60 para simplificar la multiplexación de conversaciones y la amplificación de señales
• La señal se muestrea 8.000 veces por segundo (una vez cada 125 s) para extraer frecuencias de 0 a 4 KHz (Nyquist)
• Cada muestra genera un byte de información
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes140
Sistema telefónicoTelefonía digital ‐ PCM
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Portadora Digital: Modulación por pulsos Digital
Filtr
o Pa
so B
and
a
Mue
stre
ador
Cua
ntifi
cad
or
Cod
ifica
dor
Circ
uito
de
Rege
nera
ción
Dec
odifi
cad
or
DES
TINO
RepetidorRegenerativo
RepetidorRegenerativo
SISTEMA PCM
Línea de transmisión
71
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes141
Sistema telefónicoTelefonía digital ‐ PCM
Etapa de muestreo
Señal analógica
Frecuencia de muestreo 8 KHz(8.000 muestras/s)
Ancho de banda voz:300 Hz a 3400 Hz
Rango capturado= 0-4 KHz(Teorema de muestreo de Nyquist)
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes142
Sistema telefónicoTelefonía digital ‐ PCM
Etapa de muestreo
Etapa de cuantificación = Conversión A/D
Ruido de cuantificación
100100111011001
72
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes143
Sistema telefónicoTelefonía digital ‐ PCM
PCM de 30 canales
– Frecuencia muestreo = 8.000 Hz
– 8 bits/muestra
– 30 canales telefónicos
– 1 canal de señalización, 1 canal de sincronización
– 32 canales de 8 bits/canal = 256 bits
– 8.000 tramas * 256 bits/trama = 2’048 Mbps
– 32 canales * 8 bits/muestra * 8.000 muestras/s = 2’048 Mbps
– (1/8000) 125 microseg. duración de trama
– Formato de trama
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes144
Sistema telefónicoTelefonía digital ‐ PCM
PCM de 24 canales
– Frecuencia muestreo = 8.000 Hz
– 7 bits/muestra
– 24 canales telefónicos
– 1 canal de señalización
– 24 canales de 8 bits/canal = 192 bits + código de trama (1bit)
– 8.000 * 193 bits/trama = 1’544 Mbps
– (1/8000) 125 microseg. duración de trama
– Formato de trama
73
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes145
Sistema telefónico
Ordenador OrdenadorMódemMódem CentralTelefónicade origen
CentralTelefónicade destino
CentralTelefónicaintermedia
Códec Códec
Equipo de usuario Equipo de usuario
Información digital(cable corto)
Información digital(cable corto)
Información analógica(bucle de abonado)
Información analógica(bucle de abonado)
Información digital(enlaces troncales
del operador))
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes146
Sistema telefónico
Estructura jerárquica del sistema telefónico de AT&T
1
8910
543
2
6
7
676665321
2301 228 2291
2 3
1300129912981 2 3
1 2 3 4 5
200 millones de teléfonos
19.000 centrales finales
1.300 centrales de facturación
230 centrales primarias
67 centrales seccionales
10 centrales regionales(completamenteinterconectadas)
74
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes147
Sistema telefónico
1
Canal 1
1
Canal 2
1
Canal 3
60 64 68 72
Frecuencia (KHz)
Frecuencia (KHz)
Frecuencia (KHz)
60 64 68 72
Fact
or d
e a
tenu
aci
ón
60 64 68 72
60 64 68 72
Canal 1Canal 2
Canal 3
Señalesoriginales
Señales desplazadasen frecuencia
Señales multiplexadas
FDM - Frequency Division Multiplexing
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes148
Sistema telefónicoFDM versus TDM
FDM ‐ Frequency Division Multiplexing
– Ya no se utiliza
– Equipos costosos
– Se adapta mal al proceso digital
TDM ‐ Time Division Multiplexing
– 30 canales voz + 2 señalización = línea E1 (2,048 Mb/s) 32 x 8 = 256, 256 x 8.000 = 2.048.000
– (4 * E1) + info. control (256 Kb/s) = E2 (8,448 Mb/s)
– (4 * E2) = E3 = 139,264 Mb/s
– (4 * E3) = E4 = 565,148 Mb/s
– USA utiliza otro sistema, Japón otro
– Estos sistemas, todos incompatibles entre sí, se llaman Jerarquía Digital Plesiócrona
(PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy)
75
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes149
Sistema PDH
‐‐32124232221201918171615141312111009080706050403020124‐‐
‐‐0100313029282726252423222120191817161514131211100908070605040302010031‐‐
Trama E11 trama = 125 s = 32 intervalos de 8 bits = 2.048 Mb/s
Alineamiento y
sincronización de la trama
Canal de señalización
Canales de información (intervalos
1-15 y 17-31)
Trama T1
Intervalos 6 y 12
Bit de entramado
7 bits de información
(56 Kb/s)
Bit de señalización
8 bits de datos (64 Kb/s)
8 bits de datos (64 Kb/s)
Canales de información (intervalos
1-5, 7-11 y 13-24)
1 trama = 125 s = 24 intervalos + 1 bit = 1.544 Mb/s
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes150
Sistema PDH
139,264(3*)T4 o DS420164
139,264(4*)E419204
97,728 (3*)J314403
44,736 (7*)T3 o DS36723
34,368 (4*)32,064 (5*)E34803
8,448 (4*)E21202
6,312 (4*)6,312 (4*)T2 o DS2962
2,048E1301
1,5441,544T1 o DS1241
0,0640,0640,064E010
Resto MundoJapónNorteaméricaNombreCanalesNivel
Niveles y caudales en PDH (en Mb/s)
La frecuencia de muestreo internacional = 8 KHz
76
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes151
Sistema PDH
Las velocidades más comunes en datos son:
– 64 Kb/s
– n x 64 Kb/s (E1 o T1 fraccional, n = 1, 2, 3, 4, 6 y 8)
– 2,048 Mb/s (E1) en Europa y 1,544 Mb/s (T1) en América
– 34,368 Mb/s (E3) en Europa y 44,736 Mb/s (T3) en América
Cálculo del tamaño de trama = dividir velocidad por 8.000.
– Trama E1: 2.048.000 / 8.000 = 256 bits = 32 bytes
– Trama E2: 8.448.000 / 8.000 = 1.056 bits = 132 bytes
– Trama E3: 34.368.000 / 8.000 = 4296 bits = 537 bytes
E2 = 4 * E1 + 4 bytes
Igualmente E3 = 4 * E2 + 9 bytes
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes152
SONET / SDH
Synchronous Optical NETwork / Synchronous Digital Hierarchy
En 1987 las compañías telefónicas estadounidenses proponen nuevo sistema de MUX denominado SONET
Objetivos:
– Unificar velocidades a nivel intercontinental
– Aprovechar mejor la transmisión por fibras ópticas
– Llegar a velocidades superiores a las que conseguía PDH (140 Mb/s)
– Mejorar la posibilidad de gestión y tolerancia a fallos de la red
SONET no acoplaba bien con el sistema PDH internacional, por lo que la ITU desarrolló otro sistema parecido denominado SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
77
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes153
SONET / SDH
SONET es un estándar ANSI (americano), SDH es ITU‐T (internacional). Ambos son compatibles
Nivel base SONET: 51,84 Mb/s.
– Interfaz eléctrico: STS‐1 (Synchronous Transfer Signal – 1)
– Interfaz óptico: OC‐1 (Optical Carrier – 1)
– Todas las demás velocidades son múltiplos exactos de esta
– Ejemplo: OC‐12 = STS‐12 = 622,08 Mb/s
Nivel base SDH: 155,52 Mb/s (3 x 51,84)
– Interfaz óptico: STM‐1 (Sychronous Transfer Module – 1)
– Todas las demás velocidades son múltiplos exactos de esta,
– Ejemplo: STM‐4 = 622,08 Mb/s
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes154
SONET / SDH
SONET
Eléctrico
SONET
Óptico
SDH Caudal físico
(Mb/s)
STS‐1 OC‐1 STM‐0 51,84
STS‐3 OC‐3 STM‐1 155,52
STS‐12 OC‐12 STM‐4 622,08
STS‐48 OC‐48 STM‐16 2488,32
STS‐192 OC‐192 STM‐64 9953,28
78
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes155
SONET / SDH
T1T1
T1
T3
T3
Conversor electro-óptico
Codificador (scrambler)
Multiplexor 3:1
Multiplexor 4:1
OC-12STS-12STS-3STS-1
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes156
SONET / SDH
Red SONET/SDH formada por:
• Repetidores o regeneradores.
• Multiplexores o ADMs (Add‐Drop Multiplexor). Permiten intercalar una trama de menor jerarquía en una de mayor (p. Ej. una STM‐1 en una STM‐4). Los ADM permiten crear anillos con satélites.
• Optical Cross‐Connect: actúan como los ADMs pero permiten interconexiones más complejas.
A menudo se utilizan topologías de doble anillo para aumentar la fiabilidad.
79
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes157
SDH
La unión entre dos dispositivos cualesquiera es una sección; entre dos multiplexores contiguos es una línea y entre dos equipos finales una ruta.
ADM
Sección
Línea
Sección Sección Sección
Ruta
Línea
MultiplexorOrigen Multiplexor
MultiplexorDestinoRepetidor Repetidor
ADM ADM
ADM: Add-Drop Multiplexor
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes158
SDH
La capa física de SONET/SDH se divide en cuatro subcapas:
o Subcapa fotónica: transmisión de la señal y las fibras.o Subcapa de sección: interconexión de equipos contiguos.o Subcapa de línea: multiplexación/desmultiplexacion de enlaces
entre dos multiplexores.o Subcapa de rutas: problemas relacionados con la
comunicación extremo a extremo.
Subcapa
Ruta
Línea
Sección
Fotónica
ADMOrigen
Repetidor ADMIntermedio
ADMDestino
Sección Sección Sección
Línea
Ruta
Línea
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes159
SDHTopologías comunes
Punto a punto
Punto a multipunto
Arquitecturamallada
ADM ADMREP
ADM ADMADMREP REP
ADM
ADM
ADM
MUX
DCSREP
REP
REP
REP
ADM: Add-Drop MultiplexorREP: RepetidorDCS: Digital Cross-Connect
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes160
SDHAnillo
ADM
ADM
ADMADM
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes161
SDHAnillo
Tráfico de usuario
Reserva
ADMADM ADMADM
Tráficode usuario
Tráfico de usuario
Funcionamiento normal Avería
Corte enla fibra
Bucle realizadopor el ADM
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes162
SDHTramas STS‐1 y STM‐1
STS‐1 (SONET, ANSI):– Matriz de 90 filas x 9 columnas = 810 Bytes = 6480 bits; 6480 x 8000
tramas/s = 51,84 Mb/s
STM‐1 (SDH, ITU‐T) = STS‐3 = 3 x STS‐1:– 90 x 9 x 3 = 2430 Bytes = 19440 bits = 155,52 Mbps
– Overhead SDH: 10 filas (3+3+3+1)
– Parte útil: 260 x 9 = 2340 Bytes = 18720 bits = 149,76 Mbps
Los enlaces ATM a 155 Mb/s son siempre de 149,76 Mb/s (el resto es overhead de gestión de SDH).
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes163
SDHTrama de SONET STS‐1 (OC‐1)
Info.
Sección
Carga útil
Info. Línea
Info
. rut
a
1 c. 3 col. 86 columnas
9 filas
Se emiten 8000 tramas por segundo (una cada 125 s):90 x 9 = 810 bytes = 6480 bits; 6480 x 8000 = 51.840.000 bits/s
Carga útil: 86 x 9 = 774 bytes = 6192 bits = 49,536 Mb/s
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes164
SDHTrama de SONET STS‐3 (OC‐3)
R
S
Carga útil
LR
S
Carga útil
LR
S
Carga útil
L
8000 tramas por segundo:90 x 9 x 3= 2430 bytes = 19440 bits x 8000 = 155,520.000 bits/sCarga útil: 86 x 9 x 3 = 2322 bytes = 18576 bits = 148,608 Mb/s
83
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes165
SDHTrama de SDH (STM‐1)
R
S
Carga útil
L
S
L
S
L
Carga útil: 260 x 9 = 2430 bytes = 19440 bits = 149,76 Mb/s
La trama STM-1 no es igual que la STS-3 (OC-3)En SONET se define la trama STS-3c (OC-3c) que es igual que la STM-1
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes166
SDHCarga SONET/SDH
SDH SONET Caudal físico (Mb/s)
Caudal usuario (Mb/s)
STM‐0 STS‐1 51,84 49,536
STM‐1 STS‐3c 155,52 149,76
STM‐4 STS‐12c 622,08 600,77
STM‐16 STS‐48c 2488,32 2404,8
STM‐64 STS‐192c 9953,28 9620,9
Los caudales de usuario son los aprovechables - por ejemplo –
por celdas ATM
84
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes167
Equipos y capacidad
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes168
RDSI
Enlace troncal Digital
Bucle Analógico Red Digital
POTS CBCB
Bucle Digital, Red Digital
RDSIo
ISDN
Switch
Switch
Switch
Switch
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes169
RDSI
Según la UIT-T podemos definir Red Digital de ServiciosIntegrados (RDSI o ISDN en inglés) como:
Una red que procede por evolución de la Red DigitalIntegrada (RDI) y que facilita conexiones digitales extremo aextremo para proporcionar una amplia gama de servicios,tanto de voz como de otros tipos, y a la que los usuariosacceden a través de un conjunto de interfaces normalizados.
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes170
RDSI
Dos tipos de canales
– Canales B (Bearer, portador): 64 Kb/s, sirven para llevar la voz o datos del usuario. Puede haber un número variable según el tipo de interfaz
– Canal D (Data): se usa para señalización (establecer o terminar la llamada, información de control, etc.). Hay uno por interfaz
Dos tipos de interfaces:
– Básico o BRI (Basic Rate Interface): 2 canales B y uno D de 16 Kb/s (2B + D) + 16 Kb/s de sincronización y entramado; 160 Kbps en total.
– Primario o PRI (Primary Rate Interface): En Europa 30B + D (una línea E1); en América y Japón 23B + D (una línea T1). Canal D de 64 Kb/s.
86
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes171
RDSI
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes172
RDSI
TE(Terminal
Equipment)
NT(Network
Termination)Interfaz S
4 hilos(conecto
r RJ45)
Domicilio del abonado
Switch
Central telefónica
Interfaz UBucle de abonado
2 hilos(5,5 Km max.)
El NT contiene un circuito híbrido que multiplexa en el mismo par de hilos
las señales de transmisión recepción
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes173
RDSIInterfaz S
1 3 42 6 7 85
TE NT
Transmit
Receive
Alimentación eléctrica opcional
Conector RJ45 (ISO 8877)
Señales:12345678
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes174
RDSI
Canal B - Canal básico de usuario.
Es un canal a 64 kbps para transporte de la información generada por el terminal de usuario. Se puede usar para transferir datos digitales, voz digital codificada PCM, o una mezcla de tráfico de baja velocidad, incluyendo datos digitales y voz digitalizada descodificada a la velocidad antes mencionada de 64 kbps.
Puede subdividirse en subcanales, en cuyo caso todos ellos deben establecerse entre los mismos extremos subcriptores.
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes175
RDSI
Puede soportar las siguientes clases de conexiones:
• Conmutación de circuitos: es el equivalente al servicio digital conmutado disponible en la RDI. El usuario hace una llamada y se establece una conexión de circuito conmutado con otro usuario de la red, con unos recursos dedicados. Cabe destacar que el diálogo de establecimiento de la llamada no tiene lugar en el canal B, sino en el D, que se define a continuación.
• Conmutación de paquetes: el usuario se conecta a un nodo de conmutación de paquetes y los datos se intercambian con otros usuarios vía X.25. Los recursos no son dedicados.
• Permanentes: no requiere un protocolo de establecimiento de llamada. Es equivalente a una línea alquilada. Se contrata un canal fijo, permanente.
E.T.S. Ingeniería Informática - Redes176
RDSI
Canal D - Canal de señalización a 16 ó 64 kbps.
Sirve para dos fines. Primero, lleva información de señalización para controlar las llamadas de circuitos conmutados asociadas con los canales B. Además el canal D puede usarse para conmutación de paquetes de baja velocidad mientras no haya esperando información de señalización.
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E.T.S. Ingeniería Informática - Redes177
RDSI
Canales H - Son canales destinados al transporte de flujos de información de usuario a altas velocidades, superiores a 64 kbps.
En la RDSI están definidos los siguientes canales H:
H0 Velocidad 384 kbps (equivalente a 6B). H10 Velocidad 1472 kbps (equivalente a 23B). H11 Velocidad 1536 kbps (equivalente a 24B). H12 Velocidad 1920 kbps (equivalente a 30B).