fundamentos de telecomunicacionesunidad 5 dispositivos de comunicación

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICOIngeniería en Sistemas Computacionales

Fundamentos de TelecomunicacionesUnidad VI: Dispositivos de Comunicación

Material de clase desarrollado para la asignatura de Fundamentos de Telecomunicaciones para Ingeniería en Sistemas Computacionales

FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICACIONES

Temario de la Unidad


Introducción

• Los dispositivos de comunicación son los que envían y reciben archivos de una computadora a otra.

• Entre los más comunes tenemos el módem y las tarjetas de red

• A continuación se presentan algunos de los dispositivos de almacenamiento más comunes.


Módem:

• Un módem es un dispositivo que convierte las señales digitales de la computadora en señales analógica que pueden transmitirse a través del canal telefónico. Así pues, su trabajo es modular/demodular (mod/dem) y viceversa.

• El módem convierte las señales digitales del emisor en otras analógicas susceptibles de ser enviadas por teléfono. Cuando la señal llega a su destino, otro módem se encarga de reconstruir la señal digital primitiva, de cuyo proceso se encarga la PC receptora.


• En el caso de que ambos puedan estar transmitiendo datos simultáneamente, se dice que operan en modo full-duplex; si sólo puede transmitir uno de ellos, el modo de operación se denomina half-duplex.


• Es el elemento fundamental en la composición de la parte física de una red de área local. Es una interfaz hardware entre el sistema informático y el medio de transmisión físico por el que se transporta la información de un lugar a otro.

• Dentro del ordenador es la encargada de llevar los datos a y desde la RAM, y fuera del ordenador es quien controla el

• flujo de datos de entrada y salida del cableado de la red.

FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICACIONESTarjeta de Red:

HUB (concentrador):

• Un concentrador o hub es un dispositivo que permite centralizar el cableado de una red y poder ampliarla. Esto significa que dicho dispositivo recibe una señal y repite esta señal emitiéndola por sus diferentes puertos.

• Lo que se recibe por una puerta se envía por todas las otras (Broadcast).

• Tienden a perjudicar la velocidad en que se transmiten los datos por la red.


Entre las funciones comúnmente realizadas por el concentrador destacan: Sondeo de terminales Conversión de protocolos Conversión de códigos Elaboración de formatos de mensajes Recolección local de datos como respaldo Conversión de velocidades Compactación de datos Control de errores Reingreso automático de los datos capturados Diagnósticos.

• En general son inteligentes, de programación fija y de capacidad de almacenamiento limitada.


SWITCH (conmutador):• Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a

los puentes de red, pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino de las tramas en la red.

• El switch es un aparato muy semejante al hub, pero tiene una gran diferencia: los datos provenientes de la computadora de origen solamente son enviados a la computadora de destino.


• El router es un dispositivo utilizado en redes de mayor porte. Es más " inteligente" que el switch, pues, además de cumplir la misma función, también tiene la capacidad de escoger la mejor ruta que un determinado paquete de datos debe seguir para llegar a su destino.

• Es como si la red fuera una ciudad grande y el router elige el camino más corto y menos congestionado. De ahí el nombre de router. Existen dos tipos de routers estáticos y dinámicos.


ROUTERS (encaminadores):

Características Funcionales

• El propósito principal de los medios de comunicación es, precisamente, comunicar, pero según su tipo de ideología pueden especializarse en; informar, educar, transmitir, entretener, formar opinión, enseñar, controlar, etc. Positivas: Las características positivas de los medios de comunicación residen en que

posibilitan que amplios contenidos de información lleguen a extendidos lugares del planeta en forma inmediata.

Negativas: Las características negativas recaen en la manipulación de la información y el uso de la misma para intereses propios de un grupo específico. En muchos casos, tiende a formar estereotipos, seguidos por muchas personas gracias al alcance que adquiere el mensaje en su difusión (como sucede al generalizar personas o grupos).


Terminales• Son lugares donde se conecta un sistema central de procesamiento. Se hace

referencia a dos formas de conectar un sistema central con una o varias terminales o sistemas secundarios: punto a punto o multipunto.

PUNTO A PUNTO: Cuando un enlace físico une sólo dos puntas de transmisión de datos, desde donde, por lo general, tanto se pueden enviar como recibir. Tiene bajo costo Permite forma “Conversacional” de comunicaciones Apta para transmisión de lotes de datos Permite fácil migración a fibra óptica Válido en topología de estrella, anillo y árbol Admite la utilización de diferentes medios físicos Es de fácil implementación (en general es simple)


MULTIPUNTO: Se utiliza este término cuando se hace referencia a un sistema central que conecta varias terminales o sistemas secundarios.

Economiza líneas, módems, adaptadores, puertos del procesador Exige la utilización de un “intermediario” Exige la utilización del sondeo Aumenta los tiempos de respuesta Permite mayor conexión de terminales por cada procesador central Software y hardware relativamente complejo


ADAPTADORES DE COMUNICACIÓN• Son un elemento que conceptualmente existe en cada extremo de cada cable

de comunicaciones. Normalmente son dos piezas de hardware independientes, tarjetas de circuitos.

• Su modularidad es una condición deseable porque proporciona mayor flexibilidad de configuración.

• En salida su función principal es preparar los datos para su transmisión a través de la línea, serializándolos, insertando caracteres de control en el mensaje, permitiendo la sincronización.

• En la mayoría de los casos maneja la detección de errores y corrección y el encuadre de datos dentro de un bloque transmitible.


• El uso de mensajes mas cortos implicaría una pérdida de información en el receptor, que en muchos casos no sería admisible. Entonces, la solución consistió en acortar la forma de representar los datos, sin sacrificar contenido. Así es como nacen los COMPRESORES/DESCOMPRESORES DE DATOS (CODES).

• Un CODES consiste en un dispositivo capaz de analizar una secuencia de caracteres, estudiar su distribución, frecuencia e interrelaciones y producir finalmente una secuencia de bits de menor longitud que transporte la información original, con total garantía de reversibilidad fidedigna del proceso.

• De lo anterior se deduce que los CODES trabajan en pares por cada línea de comunicación.


• Los CODES mas modernos utilizan algoritmos muy sofisticados que analizan grandes bloques de datos para estudiarlos y lograr mayor compresión. Muchos garantizan una compactación que supera la relación 2:1

Características de los CODES Comprensión de datos de 2:1( o mas) Independencia del protocolo utilizado. Muy fácil instalación Transparente al usuario final Completa detección y corrección de errores Operación con módems o redes de servicio digitales Implementación conjunta con multiplexores STDM


Interfaces

• En telecomunicaciones y hardware, una interfaz es el puerto (circuito físico) a través del que se envían o reciben señales desde un sistema o subsistemas hacia otros.

• No existe una interfaz universal, sino que existen diferentes estándares (Interfaz USB, interfaz SCSI, etc.) que establecen especificaciones técnicas concretas (características comunes), con lo que la interconexión sólo es posible utilizando la misma interfaz en origen y destino.


• Así también, una interfaz puede ser definida como un intérprete de condiciones externas al sistema, a través de transductores y otros dispositivos, que permite una comunicación con actores externos, como personas u otros sistemas, a través de un protocolo común a ambos. Una interfaz es una Conexión física y funcional entre dos aparatos o sistemas independientes.

• La interfaz de E/S es requerida cuando los dispositivos son ejecutados por el procesador. La interfaz debe ser necesariamente lógica para interpretar la dirección de los dispositivos generados por el procesador.


• El Handshaking deberá ser implementado por la interfaz usando los comandos adecuados (BUSY, READY, WAIT…), y el procesador puede comunicarse con el dispositivo de E/S a través de la interfaz.

• Si se intercambian diferentes formatos de datos, la interfaz debe ser capaz de convertir datos en serie a paralelo y viceversa. Los dispositivos de E/S se comunican por interrupciones con el procesador, si una interrupción es recibida, el procesador la atenderá con la rutina de interrupción correspondiente a dicha interrupción.


• Una computadora que usa E/S mapeados en memoria por lectura y escritura accede al hardware a través de la posición de memoria especifica, usando el mismo lenguaje ensamblador que el procesador usa para el acceso a memoria.

• Implementación de interfaces a alto nivel

• Los sistemas operativos y lenguajes de programación de alto nivel facilitan el uso separado de más conceptos y primitivas abstractas de E/S.


• Por Ejemplo: la mayoría de sistemas operativos proporcionan aplicaciones con el concepto de fichero. Los lenguajes de programación C y C++, y los sistemas operativos de la familia UNIX, tradicionalmente abstraen ficheros y dispositivos como streams, los cuales pueden ser leídos o escritos, o ambas cosas. La librería estándar de C proporciona funciones para la manipulación de streams para E/S.


PROTOCOLOS Y ESTÁNDARES

• Protocolo: En el campo de las telecomunicaciones, un protocolo de comunicaciones es el conjunto de reglas normalizadas para la representación, señalización, autenticación y detección de errores necesario para enviar información a través de un canal de comunicación.

• Un ejemplo de un protocolo de comunicaciones simple adaptado a la comunicación por voz es el caso de un locutor de radio hablando a sus radioyentes.


• Los protocolos de comunicación para la comunicación digital por redes de computadoras tienen características destinadas a asegurar un intercambio de datos fiable a través de un canal de comunicación imperfecto. Los protocolos de comunicación siguen ciertas reglas para que el sistema funcione apropiadamente;

• Sintaxis: se especifica como son y cómo se construyen. • Semántica: que significa cada comando o respuesta del protocolo

respecto a sus parámetros/datos. • Procedimientos de uso de esos mensajes: es lo que hay que programar

realmente (los errores, como tratarlos).


• Función De Un Protocolo: Cuando se realiza un intercambio de datos entre computadores, terminales y/u otros dispositivos se requieren las siguientes tareas: (similitud de conversación entre un profesor y un alumno)

1. El sistema fuente de información debe activar el camino directo de datos o bien proporcionar a la red de comunicación la identificación del sistema destino deseado. (....Señor Juan M.,...)

2. El sistema fuente debe asegurarse de que el destino está preparado para recibir los datos. (....Señor Juan M., míreme...)

3. La aplicación de transferencia de fichero en el origen debe asegurarse de que el programa gestor en el destino esta preparado para aceptar y almacenar el fichero para el usuario determinado. (....Señor Juan M., míreme..., Don José le estoy escuchando....)

4. Si los formatos de los ficheros son incompatibles uno de los sistemas deberá realizar una operación de adecuación. (....Señor Juan M., míreme..., Don José le estoy escuchando.... perdone pero tengo que acercarme para escucharle mejor).


• Para la comunicación entre dos entidades situadas en sistemas diferentes (entidad es cualquier cosa capaz de enviar y recibir información. Sistema es un objeto físico que contiene una o más entidades), es necesario la definición y utilización de un protocolo. Los protocolos se pueden definir como el conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre dos entidades. Los puntos que define o caracteriza un protocolo son:

• La sintaxis: Incluye aspectos como el formato de datos y niveles de señal. • La semántica: Incluye información de control para la coordinación y

manejo de errores. • La temporización: Incluye la sincronización de velocidades y la

secuenciación.


Para conseguir un alto grado de cooperación entre los computadores, en lugar de implementar toda la lógica de comunicación en un único módulo, dicha tarea se divide en subtareas, cada una de las cuales se realiza por separado. Esta estructura se denomina arquitectura de protocolos.Los protocolos pueden ser:

Directo: Los datos e información de control pasan directamente entre las entidades sin intervención de un agente activo.

Indirecto: Las dos entidades no se pueden comunicar directamente sino a través de una red conmutada o de una interconexión de redes.

Monolítico: El protocolo no está estructurado en capas. El paquete debe incluir toda la lógica del protocolo.


Estructurado: El protocolo posee una estructura jerárquica, en capas. Entidades de nivel inferior ofrecen servicio a entidades de nivel superior. A todo el conjunto de hardware y software, se le denomina arquitectura.

Simétrico: La comunicación se realiza entre unidades paritarias. Asimétrico: Las entidades que se conectan no son paritarias. Por ejemplo un

proceso “cliente” y otro “servidor”, o para simplificar al máximo la lógica de una de las dos entidades, de forma que una asuma la operación (Por ejemplo en HDCL).

Estándares: El protocolo es extensivo a todas las fuentes y receptores de información.

No estándares: Protocolo particular. Se utiliza para situaciones de comunicación muy específicas.


Protocolos CAN

• El Medio De Comunicación El protocolo CAN al igual que el protocolo VAN, no impone soporte de comunicación. El medio utiliza un par de cables conductores.

• Se denominará a los dos cables CAN H (CAN HIGH) CAN L (CAN LOW) Líneas (par) trenzadas(o)

• La línea física que constituye el bus es llamada igualmente par diferencial. • Estos pares diferenciales están trenzados con el fin de reducir las perturbaciones

radioeléctricas (las radiaciones de campo emitidas por los cables se anulan).• La diferencia de potencial eléctrico entre estos dos cables permitirá codificar

dos estados lógicos distintos:


CODIFICACION DE LAS INFORMACIONES

• El protocolo CAN utiliza la codificación NRZ y MANCHESTER contrariamente al VAN que inserta un bit inverso cada 4 bits, el CAN utiliza el método del "bit stuffing" o bit de relleno.

• El bit invertido permitirá la sincronización del reloj del receptor provocando un frente ascendente o descendente. Después de cinco bits de mismo nivel, un bit de nivel inverso sin ningún significado es añadido.


Protocolos VAN

• Este proceso permite:• Limitación de las radiaciones emitidas,• Compensación de los de calajes de masa,• Muy buen comportamiento antes las perturbaciones (ver croquis).• Funcionamiento en modo degradado si uno u otro de los cables está

seccionado, en cortocircuito a positivo, o a masa.• En el caso de pérdida de un cable, la electrónica compara el nivel de tensión

de la señal respecto a un umbral, y decide si la señal se encuentra a 1 o a 0. La electrónica indicará igualmente los defectos de las líneas de datos.


Protocolo LIN BUS

• Local InterConnect significa aquí, que todas las unidades de control están localizadas en una zona limitada (p. ej. en el techo). También se le da el nombre de «subsistema local».

• En el caso del LIN-Bus se trata de un bus monoalámbrico. El cable tiene el color básico violeta y un color de identificación. La sección del conductor es de 0,35 mm2. No requiere apantallado.

• El sistema permite el intercambio de datos entre una unidad de control LIN maestra y hasta 16 unidades de control LIN esclavas.


Funciones asignadas

• Controla la transmisión de datos y su velocidad. La unidad de control LIN maestra transmite el encabezamiento del mensaje (header, ver página 12).

• En el software se define un ciclo, según el cual se han de transmitir mensajes al LINBus y se especifica cuáles.

• Asume la función de traducción entre las unidades de control LIN abonadas al sistema del LIN-Bus local y el CAN-Bus de datos. De esa forma es la única unidad de control del LIN-Bus que va conectada a su vez al CAN-Bus.

• La diagnosis de las unidades de control LIN esclavas que lleva conectadas se realiza a través de la unidad de control LIN maestra.


ESTÁNDARES

• X10: es un protocolo de comunicaciones para el control remoto de dispositivos eléctricos. Utiliza la línea eléctrica (220V o 110V) para transmitir señales de control entre equipos de automatización del hogar en formato digital. El problema es que este protocolo ha tenido que ser desestimado y ahora se utiliza el EIB.pl para la transmisión por la red eléctrica. Los dispositivos X10 que se comercializan son solo para uso individual y es complicado el enlazarlos para crear un autentico proyecto domótico.

• KNX/EIB: Bus de Instalación Europeo con más de 20 años y más de 100 fabricantes de productos compatibles entre sí.


• ZigBee: Es el nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de alto nivel de comunicación inalámbrica para su utilización con radiodifusión digital de bajo consumo, basada en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal (Wireless Personal Area Network, WPAN). Su objetivo son las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías.

• OSGi: Open Services Gateway Initiative. Especificaciones abiertas de software que permita diseñar plataformas compatibles que puedan proporcionar múltiples servicios. Ha sido pensada para su compatibilidad con Jini o UPnP.


• LonWorks: Plataforma estandarizada para el control de edificios, viviendas, industria y transporte.

• Universal Plug and Play (UPnP): Arquitectura software abierta y distribuida que permite el intercambio de información y datos a los dispositivos conectados a una red.


MECANISMOS DE DETECCIÓN Y CORRECCIÓN DE ERRORES

• Las redes deben ser capaces de transferir datos de un dispositivo a otro con total exactitud, si los datos recibidos no son idénticos a los emitidos, el sistema de comunicación es inútil.

• Sin embargo, siempre que se transmiten de un origen a un destino, se pueden corromper por el camino. Los sistemas de comunicación deben tener mecanismos para detectar y corregir errores que alteren los datos recibidos debido a múltiples factores de la transmisión.

• La detección y corrección de errores se implementa bien en el nivel de enlace de datos o bien en el nivel de transporte del modelo OSI.


TIPOS DE ERRORES: Interferencias, calor, magnetismo, etc, influyen en una señal electromagnética, esos factores pueden alterar la forma o temporalidad de una señal. Los errores posibles son:

• ERROR DE BIT: Únicamente un bit de una unidad de datos determinada cambia de 1 a 0 o viceversa. Un error de bit altera el significado del dato.

• ERROR DE RÁFAGA: El error de ráfaga significa que dos o más bits de la unidad de datos han cambiado. Un error de ráfaga no significa necesariamente que los errores se produzcan en bits consecutivos. La longitud de la ráfaga se mide desde el primero hasta el último bit incorrecto, algunos bits intermedios pueden estar bien.


DETECCIÓN: Se conocen el tipo de errores que pueden existir, el problema es ser capaz de reconocerlos, dado que no se puede comparar el dato recibido con el original, sólo se podría saber que ha habido un error cuando se descodifique todo el mensaje y se vea que no tiene sentido. Sin embargo existen determinadas técnicas sencillas y objetivas para detectar los errores producidos en la transmisión:

• REDUNDANCIA: La redundancia consiste en enviar dos veces cada unidad de datos, de forma que el dispositivo receptor puede hacer una comparación bit a bit entre ambos datos y detectar si ha habido errores, para corregirlos con el mecanismo apropiado. Esta técnica es muy exacta pero enlentece la transmisión.


VERIFICACIÓN

• DE REDUNDANCIA VERTICAL VRC.• DE REDUNDANCIA LONGITUDINAL LRC.• DE REDUNDANCIA CÍCLICA CRC.• SUMAS DE COMPROBACIÓN.


• CORRECCIÓN DE ERRORES: Los mecanismos explicados detectan errores pero no los corrigen. La corrección del error se puede conseguir de dos formas, en la primera, cuando de descubre un error el receptor puede pedir al emisor que retransmita toda la unidad de datos, con la segunda, el receptor puede usar un código de corrección de errores que corrija automáticamente determinados errores.

• En teoría es posible corregir automáticamente cualquier error en un código binario, sin embargo los códigos de corrección son más sofisticados que los de detección y necesitan más bits de redundancia, el número de bits necesarios es tan alto que su uso no es eficiente, por esa razón la mayoría de la corrección se limita a errores de tres bits o menos.


• CORRECCIÓN DE ERRORES DE UN ÚNICO BIT: El concepto de la corrección de errores se puede comprender con el caso más sencillo: el error de un único bit. Un error de un bit supone que un bit ha cambiado de un 0 a un 1 o viceversa, para corregir el error, el receptor sólo tiene que invertir el valor del bit alterado, sin embargo, para hacer eso, el receptor debe saber en qué bit está el error, por lo que el secreto de la corrección de errores es localizar el bit o bits inválidos. La cuestión es el uso de los bits de redundancia para la corrección.


• CÓDIGO HAMMING: Se pueden utilizar los bits de redundancia para corregir errores, pero ¿cómo se manipulan esos bits para descubrir en qué posición se ha producido el error? R. W. Hamming desarrolló una técnica que proporciona una solución práctica. El código Hamming se puede aplicar a unidades de datos de cualquier longitud y usa la relación de bits de datos y de redundancia. En el código cada bit r es el bit de VRC (redundancia vertical) para una combinación de bits de datos. Por ejemplo, un dato de 7 bits necesita 4 bits de redundancia, los colocaremos en las posiciones 1, 2, 4 y 8, con lo que la secuencia transmitida es la que indica la figura.


• DETECCIÓN Y CORRECCIÓN: El receptor recibe la transmisión, toma los datos y recalcula cuatro nuevos VRC usando el mismo conjunto de bits usados en el cálculo en el emisor, a continuación reensambla los nuevos valores de paridad siguiendo el orden de la posición (r8, r4, r2, r1) la cifra resultante indica si ha habido error y en qué bit se ha producido. Si el resultado es 0000 no ha habido error, cualquier otro resultado indica error y bit erróneo. Una vez identificado el bit erróneo, el receptor puede cambiar el valor de ese bit para corregir el error.


• CORRECCIÓN DE ERRORES DE RÁFAGA: Se puede diseñar un código Hamming para corregir errores de ráfaga de una cierta longitud, sin embargo el número de bits de redundancia necesarios es muy elevado, porque los errores pueden ser de tantos bits pero pueden estar en cualquiera de los bits de la cadena transmitid.


fundamentos de telecomunicacionesunidad 5 dispositivos de comunicación

Engineering