PDF de programación - Redes tema2 sistemas

La fuente original de gran parte de las imágenes presentadas en esta lección son cortesía
del texto docente “Redes y Transmisión de Datos” P. Gil, J. Pomares, F. Candelas. Servicio

de Publicaciones Universidad de Alicante.

Redes (9359). Curso 2010-11
Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas (plan 2001)

Pablo Gil Vázquez ([email protected])
Grupo de Innovación Educativa en Automática

© 2010 GITE – IEA

Redes (9359). Curso 2010-11
Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas (plan 2001)

BLOQUE I: INTRODUCCIÓN.

Tema 1: Introducción a las redes de computadores.

BLOQUE II. NIVEL FÍSICO.

Tema 2: Transmisión de señales.
Tema 3: Codificación de la información.
Tema 4: Medios de transmisión.

BLOQUE III. NIVEL DE ENLACE.

Tema 5: Diseño del nivel de enlace y control de errores.
Tema 6: Control de flujo en el nivel de enlace.
Tema 7: Protocolos estandarizados del nivel de enlace.

BLOQUE IV. NIVEL DE RED.

Tema 8: Diseño del nivel de red.
Tema 9: Encaminamiento y control de congestión del nivel de red.

Pablo Gil Vázquez ([email protected])
Grupo de Innovación Educativa en Automática

© 2010 GITE – IEA

1

Contenidos

1. Introducción. Funciones de la capa física.
2. Fundamentos de la transmisión de datos.
3. Perturbaciones en la transmisión.
4. Velocidades máximas de envío de datos.
5. Filtrado de señales.
6. Transmisión analógica y digital. Definiciones y conceptos

básicos.

7. Modos de transmisión.

1
1
-
0
1
0
2

i


.
s
a
m
e
t
s
S
e
d
a
c
i
t



á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–


s
e
d
e
R

II.Transmisión de Señales

3

Introducción. Funciones de la capa física

 Los objetivos de este nivel son:

 Coordinar las acciones necesarias para la transmisión de un flujo de

bits a través de un medio físico:

 Definir el tipo de medio.
 Velocidad de transmisión.
 Configuración de la línea (punto a punto o multipunto).
 Señalización / Modulación.
 Sincronización emisor-receptor.
 Topología.
 Interconexiones mecánicas...

1
1
-
0
1
0
2

.
s
a
m
e
t
s
S

e
d
a
c
i
t



i

á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–



s
e
d
e
R

II.Transmisión de Señales

4

2

Introducción. Funciones de la capa física

Elementos básicos de comunicación

 Canal de datos: Define una transmisión unidireccional en el medio físico.
 Circuito de datos: Define la comunicación entre los dos DCE (puede

comportar más de un canal de datos).

 Enlace de datos: Define la comunicación entre los dos DTE.

1
1
-
0
1
0
2

i


.
s
a
m
e
t
s
S
e
d
a
c
i
t



á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–


s
e
d
e
R

II.Transmisión de Señales

Contenidos

1. Introducción. Funciones de la capa física.
2. Fundamentos de la transmisión de datos.
3. Perturbaciones en la transmisión.
4. Velocidades máximas de envío de datos.
5. Filtrado de señales.
6. Transmisión analógica y digital Definiciones y conceptos

básicos.

7. Modos de transmisión.

1
1
-
0
1
0
2

.
s
a
m
e
t
s
S

e
d
a
c
i
t



i

á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–



s
e
d
e
R

II.Transmisión de Señales

5

6

3

Fundamentos de la transmisión de datos

Señal:

 Variación en el tiempo de una magnitud física.

 Ej. Señal electromagnética, óptica.

Clasificación de las señales:

ANALÓGICAS

DIGITALES

PERIÓDICAS

APERIÓDICAS

SIMPLES

COMPUESTAS

1

0

-1

1

0

-1

1

0

-1

1

0

-1

1

0

-1

1

0

-1

A

1

0

-1

T

T’

II.Transmisión de Señales

7

Fundamentos de la transmisión de datos

 Definiciones

 Analógica: señal continua que varía suavemente en el medio.
 Digital: señal discreta que sólo puede tener un número definido de

valores en instantes de tiempo determinados.

 Periódica: formada por un patrón que se repite continuamente.
 Aperiódica: no posee patrón repetitivo.

 Simples: seno, coseno...
 Compuestas: basadas en una composición de señales simples.

1
1
-
0
1
0
2

i


.
s
a
m
e
t
s
S
e
d
a
c
i
t



á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–


s
e
d
e
R

1
1
-
0
1
0
2

.
s
a
m
e
t
s
S

e
d
a
c
i
t



i

á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–



s
e
d
e
R

II.Transmisión de Señales

8

4

1
1
-
0
1
0
2

i


.
s
a
m
e
t
s
S
e
d
a
c
i
t



á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–


s
e
d
e
R

1
1
-
0
1
0
2

.
s
a
m
e
t
s
S

e
d
a
c
i
t



i

á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–



s
e
d
e
R

Fundamentos de la transmisión de datos

 Desarrollo en Serie de Fourier

 Los efectos de los medios de transmisión sobre las señales se expresan en

términos de frecuencia.

 Dada una señal compuesta periódica cualquiera, el matemático Fourier demostró

que es posible descomponerla en una serie infinita de funciones simples
(senos y cosenos) de diferente amplitud y frecuencia.

Funciones armónicas

f(t) = ½ c + Σ an sen(2Π nfot) + Σ bn cos(2Πn fot)
donde:

an = 2/T ∫ f(t) sen(2Π nfot)dt (amplitud del seno del n-ésimo armónico)
bn = 2/T ∫ f(t) cos(2Π nfot)dt (amplitud del coseno del n-ésimo armónico)
c = 2/T ∫ f(t)dt

fo=1/T (frecuencia fundamental)
n= 1, 2, 3, 4, .....∞

II.Transmisión de Señales

9

Fundamentos de la transmisión de datos

 Desarrollo en Serie de Fourier

 Espectro de potencias:

 Contribución de cada término armónico a la reconstrucción de la señal

original:

Pn

=

a

n

2

+

2

b
n

 Ancho de banda (B):

 Rango de frecuencias que un medio es capaz de transmitir:

 Es una característica natural de todos los medios.

P

P2 P3

P1

Los primeros

armónicos poseen

más potencia

P4 P5

...

B

f1

f2

f3

f4

f5

f6

......

f (Hz)

II.Transmisión de Señales

10

5

1
1
-
0
1
0
2

i


.
s
a
m
e
t
s
S
e
d
a
c
i
t



á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–


s
e
d
e
R

1
1
-
0
1
0
2

.
s
a
m
e
t
s
S

e
d
a
c
i
t



i

á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–



s
e
d
e
R

Fundamentos de la transmisión de datos

 Desarrollo en Serie de Fourier

 Ejemplo para carácter ‘b’.

Señal original
λ=8

0 1 1 0 0 0 1 0

1

0

P

T

1 2 3 4 5 ..

Armónicos=

∞

Al aumentar el número de

armónicos en el medio la señal

posee mejor definición

0 1 1 0 0 0 1 0

0 1 1 0 0 0 1 0

0 1 1 0 0 0 1 0

0 1 1 0 0 0 1 0

0 1 1 0 0 0 1 0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

T

T

T

T

T

1

Armónicos=1

1 2

Armónicos=2

1 2 3 4

Armónicos=4

1 2 3 4 5 ..

Armónicos=8

1 2 3 4 5 ..

Armónicos=16

II.Transmisión de Señales

11

Fundamentos de la transmisión de datos

 Prestaciones del medio físico

 La velocidad de modulación Vm se define como la cantidad de veces
por segundo que una señal puede cambiar su valor.

1V

0V

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 s

mV =

1

0.1

=

10

 Un medio de transmisión de b baudios podría transportar varios bits
en cada instante. En este caso, la velocidad de transmisión (en bits
por segundo) es igual a:
Vm

(N es el número de estados significativos de la señal)

bps

log

̱

=

)

(

Vt

2

1

1V

0V

0

1s 2s

t

Vm = b baudios.
V t= b bps.
2 estados.

1V

0.7 V

0.35 V

0V

11

10

01

00

1s 2s 3s 4s

t

II.Transmisión de Señales

Vm = b baudios.
V t= 2b bps.
4 estados.

12

6

Fundamentos de la transmisión de datos

 Prestaciones del medio físico

 Si se aumenta el número de estados posibles de la señal, aumenta

la velocidad de transmisión (la de modulación no varía).

Ejemplo:
 2 estados: 1 bit en cada estado (0,1)
 4 estados: 2 bits en cada estado (00, 01, 10, 11)

Se duplica la velocidad inicial

 8 estados: 3 bits en cada estado (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111)

Se triplica la velocidad inicial

 16 estados: 4 bits en cada estado (0000, 0001, .... 1110, 1111)

Se cuadriplica la velocidad inicial

1
1
-
0
1
0
2

i


.
s
a
m
e
t
s
S
e
d
a
c
i
t



á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–


s
e
d
e
R

II.Transmisión de Señales

13

Fundamentos de la transmisión de datos

 Relación entre la Velocidad y el Ancho de banda

=

tV

λ

T

V
t

fλ=

o

=

f

o

V
t
λ

λ= bits que transmite una señal periódica.

Si ↑ Vt
Si ↓ Vt

⇒ ↑ fo , ↓ número de armónicos en canal B, ↓ calidad de la señal.
⇒ ↓ fo , ↑ número de armónicos en canal B, ↑ calidad de la señal.

1
1
-
0
1
0
2

.
s
a
m
e
t
s
S

e
d
a
c
i
t



i

á
m
r
o

f

n

I


Ejemplo para carácter ‘b’, ancho de banda de 1000Hz:

i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–



s
e
d
e
R

Bps

100
300
600
1200
2400
4800
9600

Frecuencia fundamental

Armónicos en canal B

Frecuencia del último armónico

(Hz)
12,5
37,5
75
150
300
600
1200

80
26
13
6
3
1
0

(Hz)
1000
975
975
900
600
600
0

II.Transmisión de Señales

14

7

Fundamentos de la transmisión de datos

 Relación entre la Velocidad y el Ancho de banda

 En general, para caracteres se cumplirá que λ=8 (8 bits).

=

tV

8

T

V
t

f=
8.

o

f =

o

V
t
8

Si ↑ Vt

⇒ ↑ fo , ↑ fn

nf o

≤

B

n

tV
8

B≤

Relación entre Vt y B

La última frecuencia de la señal que pasa por el medio

1
1
-
0
1
0
2

i


.
s
a
m
e
t
s
S
e
d
a
c
i
t



á
m
r
o

f

n

I


i



n
e
a
c
n
c
é
T
a
í
r
e
n
e
g
n



i

I

–


s
e
d
e
R

II.Transmisión de Señales

15

Contenidos

1. Introducción. Funciones de la capa física.
2. Fundamentos de la transmisión de datos.
3. Perturbaciones en la transmisión.
4. Velocidades máximas de envío de datos.
5. Filtrado de señales.
6. Transmisión analógica y digital Definiciones y conceptos

básicos.

7. Modos de transmisión.

1
1
-
0
1
0
2

.
s
a
m
e
t
s
S

e
d
a
c
i
t



i

á
m
r
o

f

n

I


i