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Tema 2-Nivel Físico

Redes(4º) T2 Nivel Físico 2

Tema 2 Nivel FísicoIntroducciónBases teóricas de la comunicación de datos.Medios de transmisiónMultiplexaciónRepetidoresSistema telefónicoRDSI de banda estrechaADSL y DSLOtros: Radio


Nivel Físico: IntroducciónContenido:

Canales.Transmisión asíncrona y síncrona.Errores - probabilidad de error.Velocidad de transmisión..Tipos de canales y equipos de transmisión.


Nivel Físico: Introducción

El nivel físico se ocupa de la transmisión de bits.

Receptor

Canal

Datos00111000

Datos00111000

TransmisorInterfaz digitalInterfaz digital


Canales(I) analógicos y digitales• La información analógica se puede convertir en digital

y viceversa.• Los canales pueden ser analógicos o digitales.• En esta asignatura vamos a estudiar la transmisión

digital independientemente del tipo de canal físico.

MODEMCanal analógico

Datos00111000

Datos00111000

MODEM

CODEC CODECCanal digital

Datos00111000

Datos00111000

CANAL DIGITAL


Canales.(II)Dirección de la comunicación:• Simplex en una dirección.• Dúplex (full-dúplex) ambas direcciones.• Semi dúplex ambas alternativamente.

Transmisión serie y paralelo.• Serie un bit detrás de otro.• Paralelo varios bit a la vez.

o bien

10101100

0 0

1 0

0 1

1 1


Canales.(III)Transmisión síncrona y asíncrona.:• Síncrona: el Tx y Rx. Comparten una referencia

temporal:- El reloj de transmisión.

• Asíncrona: el Tx y Rx no comparten una referencia temporal.

- El receptor se sincroniza en cada carácter.- Ejemplo: la RS232.

Datos

Reloj

Datos Datos

Carácter Carácter


Canales.(IV)• Transmisión asíncrona :

- Formato:

Datos P SAu.t.

Nivel marca “1”

Nivel espacio “0”

A Arranque (start) 1u.t. (unidad de tiempo)Datos de 5 a 8 bits 5 a 8 u.t.P Paridad: 0 a 1 u.t.

(sin paridad, par, impar, marca(1) y espacio(0))S parada (stop). 1 y 2 u.t.

Velocidad de transmisión= 1/u.t.

Eficiencia= bits útiles/bits totales5/(5+4) ≤ Eficiencia asíncrona ≤ 8/(8+2)


Velocidad de transmisión:Velocidad de transmisión.• Es el número de bits transmitidos por unidad de tiempo.

• A veces se denomina “ancho de banda”.

• Unidades: bps. (Bits por segundo), Kbps, Mbps y Gbps.1 Mbps=106 bps.1 Kbps=103 bps.

• CUIDADO: A veces se utilizan BYTES ( 1 byte =8 bits).

Velocidad de transmisión efectiva.• Es el número de bits útiles transmitidos por unidad de tiempo.

1 MBps= 220 Bps.= 8*220bps1 KBps= 210 Bps.


ErroresEl Tx transmite datos.El Rx recibe los datos + perturbaciones.Los errores son debidos a perturbaciones eléctricas y electromagnéticas en la línea.Probabilidad de error.

Pe= número de bits erróneos / número de bits recibidos.Podrá ser muy pequeña (P.Ejem. 10-8 a 10-20), pero no nula.

Datos con ERRORES

00101000

TX RX

Datos

00111000

Perturbaciones


Tiempo de transmisión:Es el tiempo que tarda un bit desde que empieza a transmitirse hasta que se ha transmitido completamente.

Tiempo de transmisión de 1 bit:

t1bit= 1 bit /velocidad bps .

Tiempo de transmisión de n bits:

tnbit= n bit / velocidad bps.

• Generalmente nos interesa saber cuanto tarda en transmitirse una trama (n bits).


Velocidad de propagación:Las señales electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de la luz (c = 3*108 m/s).En otro medio se propaga a una velocidad inferior.

vpropagación = f*c.Donde c velocidad de la luz y f constante de propagación (alrededor de

0.5 y 0.6).

Es independiente de la velocidad de transmisión.Es característica del medio de transmisión.


Tiempo de propagación:El tiempo de propagación es lo que tarda un bit en llegar a

extremo de la línea.tpropagación= L / vpropagación.

Donde L es longitud del canal.Retardo de recepción:

¿Cuanto tarda una trama de n bits en ser recibida (completa) desde que se empieza a transmitir?

T =ttransmisión + tpropagación.

Si la velocidad de Tx es baja o el canal es corto, el tpropagación es despreciable.

smVLmetros

bpsVn bit T

proptrans /+=


Tiempo de propagación:A veces se expresa la longitud del canal en tramas.

Un canal de longitud una trama es aquel que cuando el

primer bit de la trama llega al extremo, el último esta

siendo transmitido.

En este caso:

tpropagación=ttransmisión.

Para un canal de n tramas de longitud

T =ttransmisión + tpropagación. = (1+ n) ttransmisión


Bases teóricas de la comunicación.Señales elementales


Bases teóricas de la comunicación.Sinusoidal


Bases teóricas de la comunicación.Desarrollo en serie de FourierPara señales periódicas

Tf

dttnftgT

b

t)dtπnfg(t)sen(T

a

g(t)dtT

c

t)πnf(bt)πnfsen(acg(t)

T

on

T

on

T

o

nn

nn

1

)2cos()(2

22

2

2cos221

0

0

0

100

1

=

=

=

=

++=

∫

∫

∫

∑∑∞

=

∞

=

π


Bases teóricas de la comunicación.EspectroSeñales periódicas

Señales no periódicas

Ancho de banda

A. de banda efectivo


Bases teóricas de la comunicación.Efecto del ancho de banda finito


Bases teóricas de la comunicación.

Efecto del ancho de banda finito


Teorema de Nyquist1924Canal sin ruido y ancho de banda finito H

siendo V el número de niveles.

Teorema del muestreoSi esta se señal se muestrea fnyquist=2H es posible

recuperar la señal original por completo.

bpsVHvelocidad 2max log2=


Bases teóricas de la comunicación.Efecto sobre un CANAL REAL:Canal con ancho de banda finito

y con ruido


Teorema de Shannon1948Canal con ruidocon ruido y ancho de banda finito H

siendo S y N la potencia (w) de señal y ruido.

El ruido se suele expresar en decibelios dB

bpsNSHvelocidad )1(log2max +=

NSdBNS log10=


EjemploEjemplo: niveles 100Mbps y 1Gbps(Ethernet 100BASET y 1000BASET).


Bases teóricas de la comunicación.


Medios de transmisiónClasificación:• Transmisión por cable.

- Medios “magnéticos.”- Par trenzado.- Cable coaxial.- Fibra óptica.

• Transmisión inalámbrica.- Por radio.- Óptica.


Medios de TX: “Magnéticos”Es frecuente transportar datos de un ordenador a otro mediante disquetes, cinta, CD-ROM o incluso intercambiando el HD.• Bajo coste.• Elevado ancho de banda.• Elevado retardo de recepción.


Medios TX por cable: Par trenzadoDos hilos de cobre aislados y trenzados.

Originario del teléfono.Trasmiten señales analógicas y digitales.Trata de reducir las interferencias.Ancho de banda varios Mbps a varios Km.Bajo coste del cable y de la electrónica de Tx.


Medios de tx por cable:Par trenzadoSe agrupan en mangueras de 4 a 256 pares.

Los utilizados en redes son:• UTP:(Unshielded twisted pair) Es como el que hemos visto.

- UTP-CAT3 (categoria 3) Permiten la conexión de telefonos, datos a 10 Mbps y señal de video.

- UTP-CAT5 (categoria 5) Ademas datos a 100 Mbps. El paso del trenzado es menor y el aislante es mejor.

• STP: (Shielded twisted pair) Par trenzado apantallado.Esta recubierto de una malla de blindaje. Original de IBM.Son más caros y les afectan las interferencias como a los UTP.


Medios de tx por cable:Par trenzadoCableado estructurado:• El cable UTP soporta voz, datos y vídeo.• Se cablea todo el edificio para las necesidades futuras.• Según se va necesitando se interconecta en un panel.

P.Ejem.- Se da de alta una roseta de teléfono,- Se da de alta una toma de red,- Se traslada un teléfono etc.

• No es preciso poner nuevos cables.• Se prefiere UTP-CAT5.


Cableado estructurado Racionalización del cableado.Independencia del fabricante.Comunicación de ordenadores y teléfono.También video. Sistema flexible.Sistema jerárquico basado en troncales entre armarios de comunicaciones y el área de trabajo.Facilidad de mantenimiento.Fiabilidad.


Cableado estructurado

o cableado NO estructurado


Medios de tx por cable:Cable coaxial.Dos conductores con el mismo eje de simetría.Buena inmunidad al ruido.Buen ancho de banda.Pequeña atenuación.


Medios de tx por cable:Cable coaxial.Dificultad de montaje y de ramificación.

Ramificación en T.Caro.

Se prefiere la fibra óptica o el UTP.


Medios de tx por cable:Fibra óptica.La transmisión se hace por luz:• Destello de luz = 1.• Ausencia de luz =0.

A partir de un cierto ángulo lareflexión es total.El sistema se compone de:• Emisor de luz (LED láser o LED).• Fibra óptica.• Fotodetector.

Características:• Magnífica inmunidad al ruido.• Altísimo ancho de banda.• Pequeña atenuación.• Electrónica cara.• Empalmes caros.


Medios de tx por cable:Fibra óptica.Difracción


Medios de tx por cable:Fibra óptica(II).Pueden ser:• Multimodo: hay varios caminos del rayo.

• Monomodo : solo hay un camino.El núcleo de la fibra es de menor diámetro (≈10µm).Permiten mayores velocidades. 30 Gbps a 1km.Es más difícil de fabricar.


Medios de tx por cable:Fibra óptica(III).


Medios de tx por cable:Fibra óptica(IV).

Empalmes:Hay distintos tipos según las necesidades. Ordenados por orden decreciente de atenuación:

- Conectores especiales.

- Empalme mecánico.- Soldadura por fusión de las dos fibras.


Medios de tx por cable:Comparativa

Coaxial.• Cada vez se usa menos.

Fibra óptica.• Mayor capacidad para igual diámetro.

• Mejor inmunidad eléctrica.

Cable de pares.• Fácil de empalmar.

• Electrónica barata.


Medios de transmisión inalámbricos:Puede transmitirse por el vacío o por la atmósfera.Usan una parte de espectro electromagnético.


Medios de transmisión inalámbricos:Por radio.• El espectro esta saturado, quedan pocas frecuencias

libres: microondas.• Necesitan una licencia del ministerio.Hay bandas libres para WLAN.

• Radioenlaces de microondas.- Propagación rectilínea. - No puede haber obstáculos.- Hasta unos 30 Km.- Bajo coste de la obra civil.


Medios de transmisión inalámbricos:Satélites:


Medios de transmisión inalámbricos:Comunicación óptica.• Comunicación visual.• Espectro no visible.• No necesitan una licencia del ministerio.• Desvanecimiento por lluvia, niebla y turbulencias.


Multiplexación.

n entradas n salidas

n salidas n entradas

CANAL

Se trata de aprovechar un canal de alta velocidad para transmitir canales afluentes de baja velocidad.Economía de escala.La suma de los afluentes ≤ ancho del canal.


Multiplexación.

Puede ser:• FDM.Por división en frecuencias

(longitud de onda).• TDM.Por división en el tiempo.

…


Mux por división en frecuencias.

FDM como la TV o la radio (analógicas).

• Al mismo tiempo se tramiten todos los canales, pero en diferentes bandas.

• Apto para canalesanalógicos.


Mux por división en frecuencias.FDM (WDM).• También con fibra óptica.


Mux por división en el tiempo.TDM.• Utiliza la misma banda de frecuencias.• El tiempo se reparte entre los afluentes.• Apto para canales digitales.

• Puede ser:- TDM síncrona.- TDM aleatoria o estadística.


TDM síncrona.


TDM síncrona.Los datos de cada afluente se guardan en una memoria temporal FIFO.A cada afluente se le asigna una ranura de tiempo en que se transmite.Se sincroniza la multiplexión con la desmultiplexión.

Si no hay datos para transmitir, esa ranura queda vacía. Podría usarse para otro afluente. Los ordenadores transmiten en ráfagas.


TDM aleatoria o estadística.

No envía ranuras vacías.Debe añadir un campo de dirección D. (Pérdida de rendimiento).

Suma velocidad efectiva afluentes ≤velocidad efectiva canal.Velocidad efectiva del canal = velocidad del canal x eficiencia.

Puede haber pérdidas de datos si transmiten todos los afluentes.

dirección datos totallongituddatos totallongitudeficiencia+

=

A1 B1 A2 B2 A3DD D D D

A1 B1 A2 B2 A3 MULTIPLEXOR SÍNCRONO

MULTIPLEXOR ALEATORIO


RepetidoresEn el mundo analógico cuando se amplifica una señal se amplifica también el ruido asociado. • No es posible recuperar la señal original. Hay un

deterioro.En el mundo digital se amplifica la señal y se regenera la forma de la onda: REPETIDOR. • Se puede recuperar la señal original.• El ruido se elimina.• Es electrónico. No hay memoria (almacenamiento y

reenvío).• Es posible transmitir a mayores distancias.• Ejem. No se aprecia cambio de calidad al llamar por

teléfono a las antípodas o a la misma ciudad.


Sistema telefónicoEvolución del sistema telefónico

(a) (b) (c)

Fig. 2-14. (a) Fully interconnected network. (b) Centralizedswitch. (c) Two-level hierarchy.


Sistema telefónicoJerarquía de centrales

1 2

To local loops

IXC #1's#toll office

IXC #2's#toll office

IXC pop

Tandem#office

End#office

LATA 3LATA 2LATA 1

1 2 1 2 1 2


Sistema telefónicoBucle de abonado analógico

#Telephone

#End#

office

#Toll#

office

Intermediate#switching#office(s)

#Telephone

#End#

office

#Toll#

office

Local#loop

Toll#connecting#

trunk

Very high#bandwidth#

intertoll#trunks

Toll#connecting#

trunk

Local#loop

Fig. 2-15. Typical circuit route for a medium-distance call.


Sistema telefónicoBucle de abonado analógico para datos.


Sistema telefónico: ModemModulación

0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0

(a)

(b)

(c)

(d)

Phase changes

Fig. 2-18. (a) A binary signal. (b) Amplitude modulation.(c) Frequency modulation. (d) Phase modulation.


Sistema telefónico: ModemModulación QAM

Cancelación de eco• Mejor aprovechamiento del canal.• Misma banda para tx y rx: se pueden confundir.• Fundamento “Lo que B transmite es lo que recibe A

menos el eco de lo que transmite A”

Redundancia/correccion/compresión


Digitalización de las comunicaciones.Teorema del muestreo. Voz+datos+ música+ imágenes.Datos más rápidos.Tecnología más barata.Mantenimiento.Servicios de valor añadido.


Digitalización de las comunicaciones.


RDSI de banda estrecha.

Bucle de abonado digital• Mismo cable de cobre.• Equipo terminal de red.• Bus pasivo.• Terminales de usuario (<8).


RDSI de banda estrechaCentralitas RDSI

Adaptadores POTS-RDSI


Interfaz RDSI (ISDN)Multiplexión TDM .RDSI básica

- Canales: 2B (datos 64kbps)+D (señalización 16Kbps).

- Permite 128kbps full dúplex.

La RDSI básica ha tenido poca penetración en el mercado.

Basic ratePrimary rateD (16 kbps)

D (64

B1 to B2B1 toor B3#

(a) (b)

Fig. 2-42. (a) Basic rate digital pipe. (b) Primary rate digital pip


Interfaz RDSI (ISDN)RDSI-primario(Europa)• Canales: 30B (datos 64kbps)+D (señalización 64Kbps).

2048 Kbps


Jerarquía digital europea


ADSLAsymmetric Digital Subscriber Line


ADSL


ADSL(Europa)

(USA)


xDSL


xDSLEl ADSL es un miembro de la familia xDSL.Comparativa (xdsl-USA):


Otros


OtrosLMDS local multicast distribution service(IEEE 802.16 “man inalámbrica”)

GSM, GPRS, UMTS


Power Line CommunicationPLC power line (carrier) communication

PLC utiliza la red de electricidad de la casa que ya existe. El circuito de electricidad de 230V es la infraestructura para la red de datos.

PLC provides the following:Last mile for utilitiesLast 100 yards for XDSL, Cable Modems and UtilitiesIn-Home LAN for consumersNew Revenue Stream for Power Utilities

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